El efecto piezoeléctrico ha sido estudiado desde su descubrimiento en 1880 por los científicos Pierre y Jacques Curie, y sus aplicaciones recientes van desde los simples encendedores eléctricos a los sofisticados sensores ultrasónicos usados en aplicaciones médicas. Éste fenómeno se produce cuando cristales con características específicas como el cuarzo, topacio o azúcar de caña son sometidos a presión – estrujados, apretados, estirados – generando una polarización eléctrica de su masa, y en definitiva una diferencia de potencial, que se puede medir en niveles de los micro a milivoltios, en su forma más básica de configuración. Este efecto también se puede observar en cerámicas, huesos, proteínas y ADN.
Este fenómeno es tema de estudio como fuente de energía alternativa, las tendencias mundiales actuales de las nuevas tecnologías nos llevan cada día a consumir más energía eléctrica, porque casi todo dispositivo por pequeño que sea, la requiere para su control y conectividad. El crecimiento de la demanda del recurso eléctrico es exponencial, y debido a la contaminación y los diferentes procesos que degradan nuestro planeta, es necesario encontrar fuentes de energías limpias, que vayan sustituyendo y complementando paulatinamente los métodos utilizados para la generación de éste valioso recurso.
En el Reino Unido, desde el año 2009 la empresa Pavegen Systems ha venido trabajando en el desarrollo de baldosas que aplican en parte éste principio, y que ya se han implementado en mas de treinta proyectos en la región, como en el centro comercial Westfield Stratford City, el mas grande de Europa, el cual posee 20 baldosas que se encuentran en el exterior y que convierten la energía de las pisadas de los aproximadamente 40 millones de transeúntes en suficientes Kilowatts para encender la mitad de la iluminación exterior de éste recinto. Su fundador Laurence Kemball-Cook, es un diseñador industrial de la universidad de Loughborough quien ideo éstos dispositivos de 45 x 60 cm cuando estudiaba la posibilidad de aplicar la energía solar y eólica en las ciudades. El encontró poco factible el uso de éstas tecnologías, por eso pensó que era mas viable aprovechar las pisadas de las personas, y de ahí surgió la idea de las baldosas. Las baldosas, hechas de goma reciclada de neumáticos y polímeros reciclables, resistentes al agua, son capaces de generar en una pisada aproximadamente 7 vatios, de los cuales el 5% se utilizan para iluminar el logo led de las propias baldosas, y el 95% restante puede ser utilizado directamente o almacenado para usos posteriores. En asociación con Siemens, están buscando la forma de integrar ésta tecnología con la red eléctrica existente. El sueño de Kemball – Cook es que las baldosas sean parte permanente de las zonas urbanas del mundo, convirtiendo las ciudades en plantas eléctricas.
En Estados Unidos, en el laboratorio nacional de Lawrence Berkeley, un grupo de investigadores guiados por el profesor de Bioingeniería Seung – Wuk Lee, científico de ésta entidad, desarrollaron un método para convertir energía mecánica en electricidad a través de un virus inofensivo que utiliza las propiedades piezoeléctricas de un material biológico. Ellos desarrollaron un pequeño generador, tan delgado como una hoja de papel, que se encuentra recubierto en la parte del pulsador por una pequeña capa del virus. Este generador es capaz de producir una corriente máxima de 6 nanoamperios y un voltaje de 400 milivoltios, capaz de encender una pequeña pantalla de cristal líquido, que funciona presionando con un dedo un electrodo del tamaño de un sello de correos.
¿Por que utilizar un virus? Los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos normalmente son muy tóxicos, y su uso no está muy extendido. Luego de varias investigaciones en todos los laboratorios del mundo, encontraron el bacteriófago M13. Con el fin de verificar que si presentaba las propiedades requeridas, crearon una película del virus y le aplicaron un campo eléctrico, el estímulo hizo que las proteínas helicoidales que envuelven el virus giraran y se retorcieran, dando muestras seguras del efecto piezoeléctrico. Los investigadores mejoraron su sistema apilando películas compuestas de capas individuales del virus, con 20 capas observaron una mejor respuesta, y posteriormente crearon las condiciones para un generador de energía eléctrica utilizando virus, que conectaron a la pantalla de cristal líquido con dos electrodos recubiertos en oro. El científico Lee de éste estudio concluye que «debido a que las herramientas de la biotecnología permiten la producción a gran escala de virus modificados genéticamente, los materiales piezoeléctricos basados en virus podrían ofrecer una ruta sencilla hacia la microelectrónica del futuro».
Escritor: Hollman Esteban Suárez Martínez
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