Avances en los composites piezoeléctricos permiten aprovechar e interpretar la energía cinética

En un artículo anterior, discutimos los materiales piezoeléctricos, que siguen envueltos en la oscuridad entre el público general a pesar de ser comúnmente utilizados en diversas industrias.  Tras bambalinas, este no es el caso, ya que los científicos continúan trabajando arduamente en el desarrollo de nuevos y cada vez más eficientes composites piezoeléctricos que están a punto de abrir nuevas aplicaciones donde la energía cinética debe ser aprovechada y monitorizada.

Esto se destacó recientemente en un artículo publicado en la Wiley Online Library, que mostró el desarrollo e integración de un composite piezoeléctrico flexible en equipos deportivos con el objetivo de ofrecer sensores sin batería que monitorizan impactos, pasos y más.  El composite se desarrolló con éxito mediante el uso de fibras de carbono unidireccionales, empleadas como refuerzo para proporcionar al material piezoeléctrico la durabilidad necesaria para aplicaciones del mundo real.

Un repaso

A medida que nuestra comprensión de la ciencia de materiales sigue creciendo, también lo hace el potencial de los materiales que poseen propiedades piezoeléctricas.  Con eso en mente, un repaso sobre cómo pueden funcionar los materiales piezoeléctricos.  Lo siguiente es un extracto de un artículo anterior nuestro que examina estas sustancias útiles.

Los materiales piezoeléctricos nos permiten aprovechar la energía cinética, al transformar la fuerza en una carga eléctrica.  Definidos por primera vez por los hermanos Curie en 1880, la piezoelectricidad se ha convertido en un principio fundamental explotado en la tecnología moderna.

La piezoelectricidad se refiere a la capacidad de una sustancia para producir una carga eléctrica cuando se aplica una tensión mecánica. Esta carga eléctrica se genera por una asimetría forzada.  En los materiales piezoeléctricos, las cargas positivas y negativas se separan entre sí, manteniéndose alineadas en un patrón simétrico.  Cuando se aplica tensión mecánica a la sustancia, se pierde esa simetría, lo que resulta en la generación de una carga eléctrica.

Fase beta de PVDF.

Otra propiedad única de los materiales es la naturaleza aleatoria y la presencia de dominios de Weiss (orientados magnéticamente sin influencia magnética externa).

Más tarde se descubrió que estos mismos materiales demostraban una propiedad inversa directa al efecto eléctrico.  Se encontró que si se aplicaba una carga eléctrica al material, se producían deformaciones mecánicas repetibles dentro del material.  Este descubrimiento otorgó una gran utilidad a dichos materiales, ya que esencialmente duplicó sus posibles casos de uso.

En el CES 2024

DeRUCCI Group presentó una nueva línea de tecnologías para la salud del sueño, incluyendo colchones inteligentes y varias otras soluciones de Internet de las Cosas (IoT) diseñadas para un sueño más saludable.  Estos colchones incorporan características avanzadas como sensores de sueño/salud con IA y unidades de soporte de aire con sensores cerámicos piezoeléctricos, que, junto con la monitorización avanzada del sueño mediante IA, permiten ajustes automáticos de altura y firmeza.

Goertek Inc. también causó sensación con una diversa gama de productos en el evento.  Entre sus ofertas se encontraban avances en electrónica automotriz, incluido un consola central en el vehículo que incorpora tecnología de retroalimentación táctil piezoeléctrica. Esta innovación representa un paso adelante en la mejora de la experiencia interactiva en los vehículos.

Boreas Technologies presentó un producto innovador en el ámbito de la robótica, específicamente sus “Botones hápticos piezoeléctricos de estado sólido Boréas”.  Este producto se describe como un avance significativo en la tecnología háptica, utilizando materiales piezoeléctricos para crear una experiencia de usuario más táctil y receptiva.

Estos productos resaltan la naturaleza versátil de los materiales piezoeléctricos en diferentes sectores, demostrando su creciente importancia en el desarrollo de tecnologías inteligentes y responsivas.