Energía
Tela Inteligente Convierte el Calor en Electricidad
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Imagina ropa que monitorea tu temperatura, rastrea tu actividad o te mantiene cómodo por sí sola sin necesidad de una fuente de energía externa.
Bueno, todo esto y más se está convirtiendo rápidamente en una realidad gracias a toda la investigación y desarrollo que ocurre en la intersección de la tecnología y la ropa.
El avance tecnológico ha estado transformando nuestras vidas al hacer que nuestros teléfonos y electrodomésticos sean más inteligentes. Ahora, incluso nuestra ropa se está volviendo inteligente, desbloqueando posibilidades que allanan el camino hacia un futuro emocionante y más sostenible.
El mercado global de textiles inteligentes ya está valorado en $4.1 mil millones y se proyecta que aumente a $24.5 mil millones para 2032. Curiosamente, la captura de energía representa actualmente la mayor parte de este mercado, según Markets and Markets.
La captura de energía convierte la energía ambiental en energía eléctrica para alimentar dispositivos electrónicos autónomos. Esta energía puede capturarse de diversas fuentes, incluidas la mecánica y la térmica. Para crear textiles que capturan energía, normalmente se añaden materiales activos a la superficie del textil o se tejen o bordan en él.
Estas telas inteligentes pueden utilizarse potencialmente como alternativa a las baterías, que requieren recarga o reemplazo periódico porque solo contienen una cantidad finita de energía. En aplicaciones textiles portátiles, las baterías tienden a ser rígidas, voluminosas y deben retirarse antes de lavar, por lo que necesitan mejoras.
Aunque todavía se encuentra en una etapa relativamente temprana, este sector está creciendo rápidamente, impulsado por una combinación de factores, incluidos los avances tecnológicos, el diseño, la demanda del consumidor, la miniaturización y las políticas gubernamentales.
¡Ahora, echemos un vistazo a las emocionantes innovaciones en el sector y al poder literal de la ropa que usamos!
Tela Inteligente para Convertir el Calor Corporal en Electricidad
Uno de los desarrollos más recientes y electrizantes fue realizado por investigadores de la Universidad de Waterloo en colaboración con una institución líder en ciencia e ingeniería textil en la Universidad Jiangnan, que crearon una tela inteligente que convierte la energía térmica del cuerpo y la luz solar en energía eléctrica.
Esta tela inteligente tiene la capacidad de generar energía, observar métricas de salud y rastrear la actividad física. Estos sensores permiten que la tela detecte cambios de temperatura y monitoree presión, estrés y composición química.
Una aplicación prometedora de esta tela son las mascarillas faciales inteligentes que pueden rastrear la temperatura y la frecuencia de tu respiración, así como detectar químicos para ayudar a identificar condiciones como cáncer de pulmón y virus. Según Yuning Li, directora del Laboratorio de Materiales Electrónicos Imprimibles en Waterloo y profesora del Departamento de Ingeniería Química:
“Hemos desarrollado un material de tela con capacidades de detección multifuncional y potencial de autoalimentación que nos acerca a aplicaciones prácticas para telas inteligentes.”
La tela diseñada por el equipo es flexible, basada en MXene, termoeléctrica y puede determinar con precisión estímulos de deformación y temperatura. Para lograrlo, el equipo desarrolló una capa de polidopamina adhesiva (PDA) en la superficie de la tela de nylon, lo que facilitó la unión del MXene mediante enlaces de hidrógeno.
El MXene ha llamado mucho la atención por su rara combinación de propiedades como estructura en capas, flexibilidad, gran superficie, conductividad eléctrica y metálica, biocompatibilidad, hidrofobicidad, tunabilidad de tamaño y rica química superficial. El estudio señaló:
“La tela termoeléctrica basada en MXene resultante exhibe una capacidad sobresaliente de detección de temperatura y estabilidad cíclica, al mismo tiempo que ofrece una excelente sensibilidad, respuesta rápida (60 ms) y una durabilidad notable en la detección de deformación (3200 ciclos).”
La tela novedosa no solo es más rentable, duradera y estable que otras telas del mercado, sino que, a diferencia de los dispositivos portátiles actuales que requieren recargas frecuentes, esta puede operar sin necesidad de una fuente externa de energía. De este modo, la investigación demuestra el enorme potencial de integrar polímeros conductores y MXene con la tecnología de telas modernas para el avance de las telas inteligentes.
Al observar los diversos avances en tecnología, incluida la IA, que está evolucionando rápidamente para ofrecer procesamiento avanzado de señales para el monitoreo de salud y la preservación de alimentos y productos farmacéuticos, Li argumentó que todos estos avances dependen de “la recopilación integral de datos, que los sensores tradicionales —a menudo engorrosos, costosos e incómodos— no pueden lograr.” Esto hace que los sensores impresos, integrados en telas inteligentes, sean ideales para la recopilación y monitoreo continuo de datos, añadió Li.
Si bien esta tela innovadora marca un progreso significativo para hacer factibles estas aplicaciones, los investigadores ahora se centrarán en mejorar aún más las capacidades de la tela e incorporarla con sistemas electrónicos. Una aplicación para smartphone también podría formar parte de este desarrollo futuro para rastrear y transmitir datos de la tela a profesionales de la salud para un monitoreo de salud en tiempo real y no invasivo.
Tejidos Pioneros del Futuro
Los avances en ropa inteligente han ocurrido rápidamente durante algún tiempo. En 2016, investigadores del Georgia Institute of Technology en Atlanta crearon una tela de microcable que podía capturar energía de la luz solar y del movimiento.
Para ello, los científicos tejieron hilos con células solares finas basadas en fibra y nanogeneradores triboeléctricos. La tela inteligente resultante tenía una sola capa de 320 µm de grosor y podía integrarse en tiendas, cortinas y diversas prendas. Según el estudio, el textil podía cargar directamente un teléfono móvil y alimentar continuamente un reloj electrónico.
Científicos de NTU Singapur también desarrollaron con éxito un ‘tejido’ que convierte el movimiento corporal en electricidad. Para crear este tejido extensible e impermeable, los científicos usaron un polímero que convierte la fuerza mecánica, como presionar o comprimir, en energía eléctrica. La tela tiene una capa base de spandex extensible y también está integrada con un material similar al caucho que la hace flexible, resistente e impermeable.
En un experimento, el equipo demostró que al golpear un pequeño trozo de esta tela se producía energía eléctrica que podía iluminar eficazmente cien LED. Además, lavar, arrugar o doblar la tela no afectó negativamente su rendimiento y pudo mantener una salida eléctrica estable durante hasta cinco meses.
“Creemos que podría tejerse en camisetas o integrarse en las suelas de los zapatos para recolectar energía de los movimientos más pequeños del cuerpo, canalizando electricidad a dispositivos móviles.”
– Líder del estudio Lee Pooi See, científico de materiales y profesor asociado de NTU
Aunque las telas inteligentes son objeto de mucha investigación y desarrollo, su rentabilidad sigue siendo un gran desafío. Su falta de practicidad, a veces, también puede ser un problema.
Para abordar estos problemas, los investigadores han desarrollado textiles inteligentes de próxima generación que pueden producirse de forma económica utilizando las mismas máquinas que la ropa convencional. Primero demostraron que recubrir fibras con materiales que pueden soportar estiramiento es compatible con los procesos de tejido convencionales. Ahora, los textiles inteligentes también pueden fabricarse mediante procesos automatizados, sin límites de tamaño o forma.
Esto es solo el comienzo, ya que todo este interés en los textiles inteligentes está conduciendo a muchas otras innovaciones interesantes. Por ejemplo, este progreso también ha llevado al desarrollo de un dispositivo portátil que puede integrarse en la tela o usarse como una chaqueta. Puede camuflar al usuario frente a sensores que detectan calor, como gafas de visión nocturna, sin importar el clima.
Mientras la superficie del dispositivo se calienta o enfría rápidamente para coincidir con la temperatura ambiente, ocultando el calor corporal del usuario, el interior mantiene la misma temperatura que la piel humana.
Mientras tanto, en la Universidad Nacional de Singapur, los investigadores desarrollaron un dispositivo de generación de electricidad impulsada por humedad (MEG) usando tela, sal marina, tinta de carbono y un gel especial absorbente de agua. Manteniendo un extremo de la tela siempre húmedo y el otro seco, la tela recubierta de carbono generó una corriente eléctrica con la capacidad de producir energía durante más de 150 horas. Actuando esencialmente como una batería, ofreció una salida eléctrica mayor que una batería AA convencional, mostrando el potencial para alimentar dispositivos electrónicos cotidianos.
El concepto del dispositivo MEG se basa en la capacidad de diferentes materiales para generar electricidad a partir de la interacción con la humedad del aire. Esto demuestra su idoneidad para varios usos prácticos, como electrónica portátil y dispositivos de almacenamiento de información.
Los ingenieros también han fabricado transistores y dispositivos electrónicos a partir de hilo. Una investigación involucró tejer hilos finos en la tela para crear dispositivos electrónicos que pueden usarse en la piel o implantarse quirúrgicamente para monitoreo diagnóstico.
Los primeros transistores basados en hilo (TBT) se combinaron con sensores basados en hilo para permitir la creación de dispositivos completamente flexibles y multiplexados. El TBT aquí implicó recubrir un hilo de lino con nanotubos de carbono para crear una superficie semiconductora para el paso de electrones y luego conectarlo a dos finos cables de oro, uno de los cuales estaba unido a un gel impregnado de electrolito.
Según el autor del estudio, Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica y de computación en la Escuela de Ingeniería de la Universidad Tufts:
“Existen muchas aplicaciones médicas en las que la medición en tiempo real de biomarcadores puede ser importante para tratar enfermedades y monitorear la salud de los pacientes. La capacidad de integrar completamente un dispositivo de monitoreo diagnóstico suave y flexible que el paciente apenas nota podría ser bastante poderosa.”
Tejidos Inteligentes para Adaptarse a Cambios de Temperatura
Otra dimensión de los textiles inteligentes que se está explorando es la tela adaptativa a la temperatura, que mejora la eficiencia energética al reducir la necesidad de sistemas de calefacción o refrigeración alimentados.
En este contexto, una nueva investigación de la Universidad Politécnica de Hong Kong, publicada esta semana, presenta ropa robótica suave, transpirable y térmicamente aislada que puede adaptarse automáticamente a los cambios de temperatura ambiental, ayudando a garantizar la seguridad de los trabajadores en entornos calurosos.
Una investigación interesante de la American Chemical Society de hace algunos años involucró el desarrollo de un material que enfría al usuario sin usar electricidad, transfiriendo calor y permitiendo que la humedad se evapore de la piel.
Con el aire acondicionado y otros métodos de enfriamiento responsables de una parte significativa del consumo eléctrico en EE. UU., los investigadores adoptaron un enfoque dirigido, enfriando el cuerpo de una persona en lugar de una habitación completa.
Aunque la ropa y los textiles ya están diseñados para hacer precisamente eso, la mayoría tiene altos costos, poca capacidad de enfriamiento y gran consumo eléctrico. Por ello, los investigadores crearon el nuevo material mediante electrospinning de un polímero, específicamente un polímero repelente al agua, y un relleno termoconductor en membranas nanofibrosas.
Estas membranas tenían poros lo suficientemente grandes para permitir que el sudor se evaporara de la piel y el aire circulara, al mismo tiempo que repelían el agua del exterior. El estudio señaló que, además del enfriamiento personal, la membrana también podría ser útil para la desalación de agua de mar, la recolección de energía solar y la gestión térmica de dispositivos electrónicos.
De la American Chemical Society también surgió un nuevo textil que no solo te mantiene fresco en verano, sino también cálido en invierno, lo que lo hace único en este sentido. Mientras que los textiles inteligentes se han conocido por calentar o enfriar al usuario, una tela que pueda hacer ambas cosas no es muy común. Esta tela fuerte pero cómoda tampoco requiere energía.
Para crear esta tela inteligente, los científicos extruyeron chitosán congelado, que proviene del exoesqueleto de crustáceos, y seda, en fibras coloreadas con microestructuras porosas, que luego se llenaron con un polímero de cambio de fase llamado polietilenglicol (PEG). El hilo se recubrió con polidimetilsiloxano para que el PEG líquido, que absorbe y libera energía térmica, no se filtrara.
Los investigadores probaron la tela, que resultó ser flexible, resistente y repelente al agua, tejiéndola en una pieza que luego se incorporó a un guante de poliéster. Cuando una persona lo usó y se colocó en una cámara caliente (122 °F), el PEG sólido absorbió el calor y se fundió en líquido, enfriando la piel. Por el contrario, al exponerlo al frío (50 °F), el PEG se solidificó, liberando calor y calentando la piel.
Según los investigadores, la tela puede escalarse para producción masiva porque es compatible con la industria textil existente.
Empresas Involucradas en Telas Inteligentes de Captura de Energía
Ahora, echemos un vistazo a las empresas que están innovando en el campo de las telas inteligentes:
#1. Adidas
La compañía lanzó la primera pareja de sus zapatillas inteligentes hace una década. Las zapatillas tenían un sensor, microprocesador, motor eléctrico y material textil electrónico inteligente.
En 2021, Adidas presentó su nueva innovación textil, STRUNG, que se describe como un proceso textil y de creación pionero en la industria. Esta innovación permite a Adidas construir y probar diferentes estructuras antes de enviar el diseño elegido al robot STRUNG. Este concepto de producto es calzado totalmente impulsado por datos para un perfil de corredor específico.
Adidas tiene una capitalización de mercado de $43 mil millones, y sus acciones cotizan a $119.58, con un aumento del 16.74 % en lo que va del año (YTD). Su EPS (TTM) es -0.37, y su P/E (TTM) es -325, mientras que el rendimiento de dividendos pagado es 0.32 %, según CNBC. Para el segundo trimestre de 2024, la empresa alemana de ropa deportiva reportó €5.82 mil millones en ingresos, €196.0 millones en beneficio neto y un margen de beneficio del 3.4 %, superior al 1.6 % del 2T23.
#2. DuPont De Nemours
En el mundo de la ropa inteligente, DuPont ha lanzado enlaces electrónicos extensibles a través de Intexar™. Esta tecnología de ropa inteligente transforma telas ordinarias en prendas activas e inteligentes que proporcionan datos biométricos críticos como frecuencia cardíaca, ritmo respiratorio y tensión muscular.
DuPont tiene una capitalización de mercado de $33.47 mil millones, y sus acciones cotizan a $80.19, con un aumento del 4.22 % YTD. Tiene un EPS (TTM) de 0.72 y un P/E (TTM) de 111.16, mientras que el rendimiento de dividendos pagado es 1.90 %, según CNBC. Para el segundo trimestre de 2024, la compañía reportó un aumento del 2 % en ventas netas a $3.2 mil millones y un flujo de caja libre ajustado que aumentó un 53 % a $425 millones.
DD Gráfico de precios
Otros nombres destacados que trabajan en ropa inteligente incluyen a la empresa británica Pireta, que ha desarrollado un proceso aditivo único que añade conductividad a las telas sin afectar el rendimiento o la caída de la prenda. Luego está la chaqueta Solar Charged de Collebak, que absorbe luz durante el día y la emite por la noche. El e‑skin de Xenoma, mientras tanto, es una camisa inteligente con sensores integrados para monitorear movimientos corporales y datos fisiológicos. OMSignal tiene ropa biosensorial que utiliza textiles de captura de energía para alimentar sensores integrados en la tela y monitorear frecuencia cardíaca, respiración y otros signos vitales.
Applied Materials (AMAT ), Nike, SolarEdge Technologies (SEDG ), Smartex y Sensoria también están trabajando en este campo.
En Europa, varias empresas se han unido para lanzar el proyecto GRAPHERGIA, con el objetivo de transformar la forma en que se captura energía en textiles y sistemas de baterías. El proyecto se inició a finales del año pasado para pionear textiles inteligentes que se adapten al cuerpo y se carguen por sí mismos.
“Imaginamos un mundo donde tu ropa haga más que lucir bien: alimenta tus dispositivos, actúa como sensor y te conecta sin problemas al Internet de las Cosas (IoT).”
– Prof. Spyros Yannopoulos, coordinador del proyecto GRAPHERGIA
Conclusión
Todas estas emocionantes innovaciones de las que hablamos arriba hacen que la moda ahora sirva no solo para proyectar poder en la apariencia sino también para generar energía literalmente. Al integrar textiles con captadores de energía, también podemos contar con soluciones de energía portátil ambientalmente amigables, omnipresentes y sostenibles.
Las telas energéticamente eficientes están emergiendo claramente como el futuro de la moda, abriendo un mundo completamente nuevo de tecnología portátil. El único límite aquí es nuestra imaginación.
