El auge de los dispositivos conectados a Internet crea la necesidad de buscar nuevas formas de generar energía

Proveer de energía al creciente número de dispositivos conectados a Internet no es tarea fácil, sobre todo teniendo en cuenta el coste, las molestias y, en algunos casos, la imposibilidad de cablear dispositivos remotos o de instalar baterías. No obstante, se vislumbran nuevas soluciones para suministrar energía al Internet de las cosas.

¿Se imagina poder cargar un dispositivo con una uva? Suena descabellado, pero según John Blyler, profesor adjunto de ingeniería de sistemas de la Universidad Estatal de Portland (Oregón, EE. UU.), es una posibilidad real.

«En la actualidad, con un pequeño racimo se puede generar energía para un dispositivo electrónico de muy bajo consumo», explica. «Hace unos años, la multinacional de los semiconductores Texas Instruments creó un reloj digital con un microprocesador de 16 bits que necesitaba tan poca energía que funcionaba con un puñado de uvas. La minúscula cantidad de ácido de la uva, combinada con un contacto metálico de cinc, creaba una batería capaz de alimentar el reloj.»

Las mismas reacciones químicas basadas en el pH que hacen que un pequeño racimo provea de energía a un reloj digital sirven para que un campo de cultivo proporcione energía a un pequeño circuito de radiofrecuencia que puede enviar por vía inalámbrica información sobre las condiciones del terreno al ordenador del agricultor. «Esto es solo el comienzo de cómo la captación de energía puede llegar a ofrecernos fuentes de energía alternativas», añade Blyler.

ENERGÍA PARA EL INTERNET DE LAS COSAS

Encontrar fuentes de energía alternativas para dispositivos difíciles de conectar a la corriente se ha convertido en una prioridad para los investigadores, en gran parte debido al auge del Internet de las cosas. Según Cisco, líder mundial en tecnología de redes, en 2020 habrá en el mundo 5000 millones de personas conectadas, mientras que el número de dispositivos conectados ascenderá a 50 000 millones, es decir, 10 veces más.

«Con el creciente número de dispositivos que conforman el Internet de las cosas, las fuentes de energía que deben hacerlos funcionar se están convirtiendo en un gran problema», advierte Vamsi Talla, estudiante de doctorado de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Washington (Seattle, EE. UU.). «Imaginemos que se instalan cientos o miles de sensores en una sala. Estos sensores son muy útiles porque tienen muchísimas aplicaciones: controlar una vivienda o una ciudad inteligente; supervisar la temperatura de la tierra de cultivo de un campo; hacer el seguimiento del flujo, nivel y viscosidad de los materiales en una planta de fabricación, etc. Las posibilidades son infinitas.»

ENERGÍA PARA EL INTERNET DE LAS COSAS

Encontrar fuentes de energía alternativas para dispositivos difíciles de conectar a la corriente se ha convertido en una prioridad para los investigadores, en gran parte debido al auge del Internet de las cosas. Según Cisco, líder mundial en tecnología de redes, en 2020 habrá en el mundo 5000 millones de personas conectadas, mientras que el número de dispositivos conectados ascenderá a 50 000 millones, es decir, 10 veces más.

«Con el creciente número de dispositivos que conforman el Internet de las cosas, las fuentes de energía que deben hacerlos funcionar se están convirtiendo en un gran problema», advierte Vamsi Talla, estudiante de doctorado de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Washington (Seattle, EE. UU.). «Imaginemos que se instalan cientos o miles de sensores en una sala. Estos sensores son muy útiles porque tienen muchísimas aplicaciones: controlar una vivienda o una ciudad inteligente; supervisar la temperatura de la tierra de cultivo de un campo; hacer el seguimiento del flujo, nivel y viscosidad de los materiales en una planta de fabricación, etc. Las posibilidades son infinitas.»

ENERGÍA PARA EL INTERNET DE LAS COSAS

Encontrar fuentes de energía alternativas para dispositivos difíciles de conectar a la corriente se ha convertido en una prioridad para los investigadores, en gran parte debido al auge del Internet de las cosas. Según Cisco, líder mundial en tecnología de redes, en 2020 habrá en el mundo 5000 millones de personas conectadas, mientras que el número de dispositivos conectados ascenderá a 50 000 millones, es decir, 10 veces más.

«Con el creciente número de dispositivos que conforman el Internet de las cosas, las fuentes de energía que deben hacerlos funcionar se están convirtiendo en un gran problema», advierte Vamsi Talla, estudiante de doctorado de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Washington (Seattle, EE. UU.). «Imaginemos que se instalan cientos o miles de sensores en una sala. Estos sensores son muy útiles porque tienen muchísimas aplicaciones: controlar una vivienda o una ciudad inteligente; supervisar la temperatura de la tierra de cultivo de un campo; hacer el seguimiento del flujo, nivel y viscosidad de los materiales en una planta de fabricación, etc. Las posibilidades son infinitas.»

ENERGÍA PARA EL INTERNET DE LAS COSAS

Encontrar fuentes de energía alternativas para dispositivos difíciles de conectar a la corriente se ha convertido en una prioridad para los investigadores, en gran parte debido al auge del Internet de las cosas. Según Cisco, líder mundial en tecnología de redes, en 2020 habrá en el mundo 5000 millones de personas conectadas, mientras que el número de dispositivos conectados ascenderá a 50 000 millones, es decir, 10 veces más.

«Con el creciente número de dispositivos que conforman el Internet de las cosas, las fuentes de energía que deben hacerlos funcionar se están convirtiendo en un gran problema», advierte Vamsi Talla, estudiante de doctorado de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Washington (Seattle, EE. UU.). «Imaginemos que se instalan cientos o miles de sensores en una sala. Estos sensores son muy útiles porque tienen muchísimas aplicaciones: controlar una vivienda o una ciudad inteligente; supervisar la temperatura de la tierra de cultivo de un campo; hacer el seguimiento del flujo, nivel y viscosidad de los materiales en una planta de fabricación, etc. Las posibilidades son infinitas.»

 

50 mil millones

En 2020, Cisco prevé que en el mundo habrá cinco mil millones de

personas conectadas, mientras que el número de dispositivos

conectados ascenderá a 50 mil millones.

 

Sin embargo, según Talla, suministrar energía a tantos sensores no es tarea fácil. Los cables no son prácticos y las baterías o pilas no solo hay que cambiarlas a cada momento, sino que además encarecen la instalación y le añaden peso y tamaño. Nos enfrentamos, pues, a un verdadero escollo. Así, si podemos eliminar las baterías de los dispositivos y alimentarlos mediante la captación de energía, los dispositivos que forman parte del Internet de las cosas se expandirán por todas partes y se implantarán de manera generalizada.

Hasta la fecha, los dispositivos autoalimentados dependen de tres fuentes principales de energía. «En primer lugar, la energía cinética, en la que un movimiento lateral, rotación o vibración pueden generar energía eléctrica mediante recolectores electromagnéticos o piezoeléctricos», explica Matthias Kassner, director de marketing de producto de EnOcean, una empresa situada cerca de Munich que desarrolla y patenta tecnologías inalámbricas autoalimentadas. «En segundo lugar, la energía térmica, surgida de la diferencia de temperaturas a distancias cortas, que se puede convertir en energía eléctrica. Y, en tercer lugar, las fuentes de energía ambiental, como la luz, las ondas electromagnéticas y los sistemas químicos y bioeléctricos.»

ENERGÍA A PARTIR DE VIBRACIONES

Los investigadores han hecho avances significativos en las tres áreas.

En el campo de la energía cinética, por ejemplo, la empresa Perpetuum, con sede en Southampton (Reino Unido), líder en la captación de energía por vibración, ha desarrollado una tecnología para convertir las vibraciones en energía eléctrica que permite alimentar de forma permanente los nodos autónomos de los sensores inalámbricos industriales. Estos nodos de sensores se utilizan en los trenes para controlar el estado de los rodamientos, una tarea que en el pasado se realizaba de forma manual.

«Perpetuum tiene uno de los mejores ejemplos de captación de energía para alimentar los dispositivos del Internet de las cosas», explica Roy Freeland, presidente de la compañía y también del comité de dirección de captación de energía de Innovate UK, y miembro del Comité Científico Asesor ZEROPOWER de la Unión Europea. «Hoy en día hay centenares de trenes en todo el mundo que utilizan los sensores de Perpetuum, que se alimentan mediante la captación de energía por vibración. Esto significa que, incluso cuando estoy de vacaciones, puedo comprobar desde mi teléfono el estado de los rodamientos del tren de las 10:37 de la mañana que va de Londres a Brighton. Es un ejemplo excelente de cómo usar a gran escala la captación de energía en el Internet de las cosas.»

 

«EN LA ACTUALIDAD, CON UN PEQUEÑO RACIMO SE PUEDE GENERAR ENERGÍA PARA

UN DISPOSITIVO ELECTRÓNICO DE MUY BAJO CONSUMO. ESTO ES SOLO EL COMIENZO

DE CÓMO LA CAPTACIÓN DE ENERGÍA PUEDE LLEGAR A OFRECERNOS FUENTES DE

ENERGÍA ALTERNATIVAS.»

JOHN BLYLER

PROFESOR ADJUNTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS DE LA UNIVERSIDAD ESTATAL DE PORTLAND

 

Los sensores de vibración también están muy extendidos en las plantas de transformación. «Las plantas químicas, eléctricas y de gas, como Bently Nevada de GE, Emerson y Honeywell, usan captadores de energía por vibración para alimentar los sistemas de detección inalámbricos de sus plantas de transformación», explica Freeland. «Esto significa que desde la oficina central se supervisa a la perfección el estado de la maquinaria, aunque se encuentre en otro país.»

GreenPeak Technologies, empresa con sede en Utrecht (Países Bajos), fabrica tecnologías de comunicación por radiofrecuencia para dispositivos conectados de forma inalámbrica en el hogar y ha desarrollado un interruptor de luz que funciona sin baterías. «Cuando se acciona el interruptor, se genera suficiente energía para transmitir una señal a la luz», explica Cees Links, fundador y consejero delegado de la empresa.

ENERGÍA TÉRMICA Y AMBIENTAL

En el campo de la energía térmica, EnOcean ha creado una tecnología que puede alimentar nodos de sensores mediante pequeñas fluctuaciones de temperatura. Este principio ya lo utilizan los agricultores para recabar datos sobre el terreno, como la temperatura, la humedad del aire y del suelo, los niveles de pH y los macronutrientes.

«Nuestra tecnología ha permitido crear válvulas térmicas autoalimentadas, que pueden regular el calor en función de la temperatura ambiente y la ocupación de una sala», señala Kassner. «Esto reduce los gastos de calefacción —que representan la mayor parte de la factura energética en los hogares— en un 20 % o 30 %, sin que el usuario tenga que hacer nada.»

 

 

Entre los avances en captación de energía ambiental destaca la capacidad de transmitir la energía a dispositivos remotos a través de señales de Wi-Fi, utilizando un router modificado que emite ruido y mantiene un suministro de energía constante. «Hace poco nuestro grupo demostró que se pueden alimentar dispositivos desde puntos de acceso Wi-Fi a una distancia de hasta 9 metros», afirma Talla. «Un ejemplo de ello es una cámara de videovigilancia que funciona mediante la energía captada con este sistema.»

La energía solar es otra forma de energía ambiental. Fujitsu, en Kawasaki (Japón), ha desarrollado una baliza con energía solar que, con solo 2,5 milímetros de grosor, se puede colocar en superficies curvas, esquinas e incluso piezas de ropa.

A su vez, dos ingenieros del departamento de Ingeniería Eléctrica del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) (Massachusetts, EE. UU.) han desarrollado un pequeño chip que puede convertir hasta el 80 % de la energía solar en electricidad. Los ingenieros, Dina El-Damak y Anantha Chandrakasan, señalan que esto es una mejora sustancial sobre las células solares tradicionales, porque estas pueden convertir como máximo la mitad de la energía solar que recogen en electricidad utilizable.

PONERLO EN PERSPECTIVA

Aunque el potencial de la captación de energía es enorme, los expertos advierten de que es importante ser realistas acerca del alcance que puedan tener estas soluciones en la vida cotidiana.

«El principal problema que presentan las técnicas de captación de energía es que aportan unas cantidades de energía mínimas», apunta Hrishikesh Jayakumar, estudiante de doctorado de la Universidad Purdue de West Lafayette (Indiana, EE. UU.). «Además, la potencia que se obtiene es dinámica (en ráfagas cortas o por goteo continuo), es decir, todo lo contrario de lo que proporciona una batería.»

 

«SI PODEMOS ELIMINAR LAS BATERÍAS DE LOS DISPOSITIVOS Y ALIMENTARLOS

MEDIANTE LA CAPTACIÓN DE ENERGÍA, LOS DISPOSITIVOS QUE FORMAN PARTE DEL

INTERNET DE LAS COSAS SE EXPANDIRÁN POR TODAS PARTES Y SE IMPLANTARÁN

DE MANERA GENERALIZADA.»

VAMSI TALLA

ESTUDIANTE DE DOCTORADO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD DE WASHINGTON

 

«Por ahora, las aplicaciones se limitan a dispositivos que funcionan solo con pequeñas cantidades de energía», explica Kassner. «Y no solo eso, sino que necesitan tener modos de reposo muy eficientes para que el sistema consuma una cantidad de energía mínima cuando no está activo.»

Freeland aconseja a los consumidores que no se crean todo lo que leen. «Hace poco leí en un artículo de un periódico que en el futuro nuestros teléfonos móviles se alimentarían de señales de radiofrecuencia ambientales mediante la captación de energía, lo cual no tiene ningún sentido», advierte Freeland. «Parece que algunas de las investigaciones que se están llevando a cabo ignoran las leyes fundamentales de la física. Para avanzar en el campo de la captación de energía es necesario ser realistas. Con estas técnicas solo se pueden captar cantidades de energía muy pequeñas.»

Debido a las limitaciones de potencia de la captación de energía, GreenPeak se ha centrado en crear nuevas formas de generación de energía mediante baterías más eficientes. «Estuvimos tres años investigando el mercado de la captación de energía», explica Links. «Aunque hay ámbitos con un gran potencial, a nosotros no nos pareció económicamente viable. Ahora queremos crear una batería económica de muy baja potencia con una durabilidad de más de diez años.»

EL FUTURO DE LA CAPTACIÓN DE ENERGÍA

A pesar de sus limitaciones, las nuevas aplicaciones de captación de energía tienen un potencial enorme, y este sector no muestra signos de desaceleración. Según WinterGreen Research, una empresa de análisis y previsiones con sede en Lexington (Massachusetts, EE. UU.), el mercado mundial de captación de energía, con un valor de 131,4 millones de dólares en 2012, podría alcanzar los 4200 millones de dólares en 2019.

Un ámbito en el que no dejará de crecer es el de las ciudades inteligentes. «Más de la mitad de la población mundial vive en las ciudades», explica Kassner. «Para coordinar la vida diaria de las personas y proteger el medio ambiente y los recursos, se necesitarán sistemas de control inteligentes. En las ciudades inteligentes, el objetivo es controlar de forma automática el tráfico, el alumbrado público, el suministro de energía, el transporte de mercancías y la eliminación de residuos. Esto solo se puede lograr con la instalación de miles de millones de nodos de sensores que recopilen y transmitan los datos necesarios.»

Según Blyler, profesor de la Universidad Estatal de Portland: «Veremos avances en diferentes aplicaciones del Internet de las cosas, como por ejemplo, los edificios inteligentes, con energía generada desde dentro y transferida sin cables, o la recarga de las pilas de los audífonos. También habrá novedades en el sector de los wearables; los consumidores muestran poco entusiasmo por los dispositivos que se deben recargar constantemente.»

«En general, el futuro es prometedor», concluye Kassner. «Esperamos que los avances en el ámbito del Internet de las cosas sean tan increíbles como los que hemos visto en el sector de la informática y de los teléfonos móviles.» ◆