Energía
Prendas inteligentes cargadas inalámbricamente ahora posibles con el avance de tinta MXene
Los avances tecnológicos han vuelto todo inteligente hoy en día, desde nuestros teléfonos, refrigeradores, televisores, relojes, bicicletas, automóviles y billeteras hasta hornos, gafas, timbres, termostatos y cepillos de dientes.
Otro elemento que se está volviendo inteligente y que quizás no esperabas son tus prendas. ¡Así es! Incluso la ropa y los textiles se están volviendo inteligentes. Imagina textiles que pueden detectar y responder a tu temperatura, movimiento y presión.
La omnipresencia de los textiles, así como su gran superficie y proximidad a los usuarios, hacen que integrar funcionalidad en ellos sea una empresa prometedora.
Aunque muchas marcas de moda de primer nivel han hecho promesas, la ropa inteligente con sensores y los textiles de próxima generación aún no se han convertido en una parte regular de nuestra vida diaria. Esto se debe a que la electrónica basada en textiles o los e‑textiles requieren fuentes de energía integradas en el tejido, lo que puede afectar negativamente la comodidad del usuario.
Como alternativa, se ha optado por una vía de recolección de energía en la propia prenda. Los dispositivos fotovoltaicos son ejemplos de dispositivos que logran una salida razonable pero con voltaje relativamente bajo. Además, poseen métodos de fabricación complicados y requieren luz para suministrar energía. Los piezoeléctricos son otro tipo que genera un voltaje significativo pero suministra corrientes en el rango de μA.
En este contexto, la carga inalámbrica puede ofrecer ventajas sustanciales, y los investigadores se están volcando a los MXenes e integrándolos directamente en los textiles.
Para ayudar a que los e‑textiles formen parte de nuestro guardarropa, investigadores de la Universidad Drexel se asociaron con Accenture Labs en California para construir una red energética textil completa que pueda cargarse de forma inalámbrica.
Describiendo el proceso y la viabilidad de construir una red, el último estudio, respaldado por los Institutos Nacionales de Salud, informó el uso de tinta compuesta de MXene para imprimir en textiles de algodón no tejido.
Esta impresión puede realizarse fácilmente mediante métodos de impresión directa, y la tinta puede secarse a temperatura ambiente y aplicarse sobre los textiles.
La red de energía en la prenda de la Universidad Drexel puede alimentar dispositivos electrónicos del mundo real, incluido un sensor sEMG, y transmitir datos en tiempo real. El equipo también creó un calentador de joule inalámbrico, que fue alimentado directamente por su bobina de MXene.
MXene: Un nanomaterial 2D con posibilidades infinitas
Creado en la propia Drexel, el MXene es un tipo de nanomaterial que no solo es altamente conductor, sino también lo suficientemente duradero como para soportar el lavado, estiramiento y plegado que la ropa debe soportar.
Además de su conductividad natural, el MXene es impermeable a la radiación electromagnética y puede dispersarse en agua como una solución coloidal estable. Esto permite recubrir fácilmente los textiles con MXene sin necesidad de aditivos químicos. El MXene también muestra super‑supercapacitancia y promete en sensores. Estos nanofilamentos pueden colocarse en cualquier lugar y sobre casi cualquier superficie.
Todas estas cualidades le otorgan al MXene una ventaja distintiva sobre otros materiales y lo convierten en un candidato ideal para integrarse en textiles, añadiendo funcionalidad y generando y almacenando energía eléctrica. Como señaló la Universidad Drexel:
“Las posibilidades para los MXenes son infinitas.”
Por ejemplo, los investigadores han desarrollado una estrategia escalable para fabricar películas de alto rendimiento de láminas de MXene de carburo de titanio que tienen aplicaciones prometedoras en aeroespacial, biomedicina y dispositivos electrónicos flexibles. En otro lugar, científicos han descubierto propiedades tipo p en un nuevo material MXene para avanzar su potencial en aplicaciones de nanotecnología. Otro equipo está desbloqueando el potencial del MXene en catálisis para facilitar el uso del amoníaco como portador de hidrógeno para el almacenamiento de energía renovable.
En realidad, hace más de una década que los investigadores de Drexel en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería descubrieron esta familia de carburos o nitruros 2D. Con solo unos pocos átomos de espesor, la estructura del material mostró un inmenso potencial en cuanto a sus atributos y usos.
No hay solo un MXene; hay muchos diferentes y aún más posibles.
“El cielo es realmente el límite.”
– Yury Gogotsi, profesor en la Facultad de Ingeniería de Drexel y director del Instituto de Nanomateriales A.J. Drexel, hace años
Luego, los investigadores comenzaron a explorar la posibilidad de adaptar el MXene como recubrimiento que pueda conferir una amplia gama de materiales con sus propiedades excepcionales.
Ahora, con la última prueba de concepto, la Universidad ha realizado otro gran desarrollo, lo cual representa un gran paso para la tecnología portátil, actualmente limitada por el uso de baterías voluminosas y rígidas que no están completamente integradas en la ropa.
Al hablar de cómo los suministros de energía voluminosos que requieren componentes rígidos no son ideales, el líder del estudio, Gogotsi, explicó que simplemente son incómodos e intrusivos para el usuario.
Aunque los e‑textiles pueden conectarse a la pared, la energía directa restringe el movimiento. Él añadió:
“(También) tienden a fallar en la interfaz entre la electrónica rígida y el textil suave con el tiempo.”
Estas interfaces pueden reducir la comodidad del usuario y son propensas a fallas mecánicas. Luego está el problema de la lavabilidad de los e‑textiles, que es bastante difícil de manejar.
Así que el equipo de investigación de Drexel imprimió la cuadrícula textil sobre un sustrato de algodón flexible y liviano, que era solo del tamaño de un pequeño parche.
Además, contiene una bobina resonadora impresa, llamada MX‑coil, que convierte ondas electromagnéticas en energía para habilitar la carga inalámbrica. También hay tres supercondensadores textiles que almacenan energía y se utilizan para alimentar dispositivos.
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Un parche de supercondensador para almacenamiento de energía
Fuente: Drexel University
Después de estudiar la durabilidad, conductividad eléctrica y capacidad de almacenamiento de energía de los textiles funcionalizados con MXene que no estaban optimizados para alimentar electrónica más allá de dispositivos pasivos como luces LED, Drexel y Accenture Labs desarrollaron estos supercondensadores el año pasado.
En ese momento, el equipo informó que el supercondensador podía cargarse en apenas minutos y luego alimentar un sensor de temperatura y la comunicación de datos por radio durante aproximadamente dos horas.
Gogotsi, coautor del estudio, también señaló en ese momento que, para integrar completamente la tecnología en la tela, también debemos poder integrar sin problemas su fuente de energía.
“Nuestro invento muestra el camino a seguir para los dispositivos de almacenamiento de energía textil.”
– Gogotsi
La facilidad con la que el MXene se adhiere a la tela permite que el supercondensador de Drexel muestre una alta densidad de energía y soporte aplicaciones funcionales, lo cual es necesario para implementar el almacenamiento de energía basado en textiles en aplicaciones reales.
El parche de supercondensador textil de MXene fue diseñado con el objetivo de maximizar la capacidad de almacenamiento de energía usando material mínimo y poco espacio. De esta manera, redujo el costo total de producción y, al mismo tiempo, preservó la flexibilidad y usabilidad de la prenda.
Ahora, para crear el supercondensador, se sumergieron pequeños trozos de tejido de algodón tejido en una solución de MXene. Luego se colocó sobre un gel electrolito de cloruro de litio. Cada celda del supercondensador tiene dos capas textiles, que están recubiertas con MXene.
Para obtener un parche que pueda alimentar dispositivos, se apilaron cinco celdas con un área de 25 centímetros cuadrados para crear un paquete de energía capaz de cargarse a 6 voltios. Las celdas también fueron selladas al vacío para evitar la degradación del rendimiento.
El supercondensador del equipo pudo alimentar un microcontrolador Arduino Pro Mini de 3.3 V, que fue uno de los mayores rendimientos de potencia total registrados para un dispositivo de energía textil.
El microcontrolador también pudo transmitir la temperatura de forma inalámbrica cada 30 segundos durante 96 minutos. Este rendimiento se mantuvo de forma constante durante más de 20 días.
Habilitando la carga inalámbrica en textiles
Después de haber creado el dispositivo de almacenamiento de energía, es decir, un supercondensador, que entrega energía más rápido que una batería, el equipo comenzó a trabajar en la cuadrícula textil, que incluía una MX‑coil y tres supercondensadores textiles.
El equipo demostró la efectividad de su sistema al alimentar varios usos de e‑textiles. Por ejemplo, la cuadrícula desarrollada pudo cargarse de forma inalámbrica a 3.6 voltios, lo cual es suficiente para alimentar sensores portátiles, así como relojes de pulsera y calculadoras. Además de dispositivos pequeños, la cuadrícula tenía la capacidad de alimentar incluso circuitos digitales en computadoras.
Al probar la cuadrícula con dispositivos electrónicos pequeños, se descubrió que, al cargarla durante apenas 15 minutos, la cuadrícula pudo generar suficiente energía para alimentar dispositivos pequeños durante más de 90 minutos.
Además, después de pasar por un extenso ciclo de lavado y flexión para simular el desgaste que sufre la ropa regular, los investigadores encontraron que el rendimiento de la cuadrícula apenas se redujo.
Dirigido por Flavia Vitale, PhD, profesora asociada de neurología, colaboradores de la Universidad de Pennsylvania también lo probaron para electrodos biosensores inalámbricos basados en MXene llamados MXtrodes que monitorean el movimiento muscular.
Además de las aplicaciones en la prenda que requieren almacenamiento de energía, el equipo mostró casos de uso que pueden no necesitar almacenamiento de energía, como “situaciones con usuarios relativamente sedentarios”, dijo Alex Inman, PhD, asistente de investigación con Gogotsi en el Instituto de Nanomateriales A.J. Drexel.
En este sentido, el equipo utilizó el sistema para alimentar una matriz comercial de sensores de temperatura y humedad junto con un microcontrolador para transmitir los datos que recopilaron en tiempo real. Una carga inalámbrica de solo media hora alimentó la función intensiva en energía de transmisión en tiempo real de los sensores durante 13 minutos.
La MX‑coil se utilizó además para alimentar un elemento calefactor impreso en el textil, un calentador Joule. Generó un aumento de temperatura de aproximadamente 4 grados Celsius como prueba de concepto. Según Gogotsi:
“Muchas tecnologías diferentes podrían alimentarse mediante carga inalámbrica. Lo principal a considerar al elegir una aplicación es que tenga sentido para una aplicación portátil.”
Mientras que los sensores biológicos, como el futuro de la atención médica, pueden integrarse directamente en los textiles para aumentar la calidad y fiabilidad de los datos y mejorar la comodidad del usuario, Gogotsi afirmó que su investigación muestra que una cuadrícula de energía basada en textiles puede alimentar cualquier número de dispositivos periféricos.
Desde hápticos portátiles para aplicaciones de AR/VR como entretenimiento y entrenamiento hasta LEDs basados en fibras para moda o seguridad laboral y control de electrónica externa, su cuadrícula de energía basada en textiles ha demostrado varios casos de uso potenciales.
Aunque es un gran logro, aún se necesita más trabajo para optimizar el diseño y crear comportamientos resonantes, y también pueden añadirse otros materiales para aumentar la eficiencia. En el futuro, los investigadores de Drexel se centrarán en escalar su sistema sin limitar su capacidad de integrarse en los textiles ni afectar negativamente su rendimiento.
En general, los materiales MXene, según Gogotsi e Inman, pueden desempeñar un papel importante en convertir diversas tecnologías en formas textiles.
“Estamos produciendo suficiente energía mediante la carga inalámbrica para alimentar muchas aplicaciones diferentes, por lo que los próximos pasos se reducen a la integración. Una forma importante en que el MXene puede ayudar con esto es que puede usarse para muchas de estas funcionalidades: trazas conductoras, antenas y sensores.”
– Inman
Empresas posicionadas para beneficiarse de la realidad de los e‑textiles
La ropa inteligente es un mercado en crecimiento, estimado actualmente en 5.16 mil millones de dólares, y se proyecta que crecerá a una tasa compuesta anual (CAGR) del 26.2 % de 2025 a 2030. Con un enfoque creciente en la salud y el fitness entre los usuarios, gigantes tecnológicos como Google (GOOGL ) y Apple (AAPL ) han creado tecnología portátil y también pueden beneficiarse de los e‑textiles.
En 2019, Levi (LEVI ) se asoció con Google para lanzar su chaqueta Trucker inteligente. Contaba con la tecnología Jacquard de Google incorporada, que permite que una sección particular de la tela se use para controlar teléfonos móviles.
Los textiles basados en MXene también pueden ser valiosos en el ámbito médico, donde empresas como Medtronic (MDT) pueden utilizarlos para ofrecer comodidad y seguridad.
Ahora, veamos dos empresas que pueden beneficiarse realmente de los avances continuos en la ropa inteligente.
1. Vuzix Corporation (VUZI )
La ropa inteligente tiene un amplio alcance de uso y crecimiento en las industrias de realidad virtual (VR) y realidad aumentada (AR). Puede ayudar a difuminar las líneas entre los mundos físico y en línea mediante señales sensoriales como la retroalimentación háptica, creando experiencias más inmersivas para el usuario.
Vuzix es un proveedor de tecnología de pantallas portátiles AR y VR. Al integrar e‑textiles basados en MXene en sus dispositivos portátiles, Vuzix puede mejorar significativamente la experiencia del usuario al eliminar los paquetes de baterías externos sin limitar el movimiento del usuario.
(VUZI )
Ahora, si observamos su desempeño en el mercado, las acciones de la empresa con capitalización de 76.2 millones de dólares están bajando un 44.36 % este año, cotizando a 1.22 dólares al momento de escribir. Tiene un EPS (TTM) de -1.26 y un P/E (TTM) de -0.92.
Para el segundo trimestre de 2024, la empresa informó una disminución del 77 % en sus ingresos totales a 1.1 millones de dólares frente a 4.7 millones en el 2T23. Esta caída se debió a menores ventas de productos, particularmente de las gafas inteligentes M400.
La pérdida bruta del período fue de 0.3 millones de dólares, resultado de ingresos más bajos que no pudieron cubrir los costos fijos de fabricación de la empresa. Los gastos de Investigación y Desarrollo, mientras tanto, fueron de 2.4 millones de dólares. Al 30 de junio de 2024, Vuzix tenía efectivo y equivalentes de 9.9 millones de dólares, mientras que su capital de trabajo total era de 22.1 millones de dólares.
2. Nike (NKE )
Este gigante de la ropa ha estado explorando la ropa inteligente desde hace tiempo, y la integración de prendas con carga inalámbrica basadas en MXene podría ayudar a Nike a desarrollar ropa deportiva avanzada que pueda rastrear datos biométricos sin afectar la funcionalidad y comodidad del usuario.
Recientemente, presentó Aerogami, una nueva tecnología de ropa transpirable que cuenta con ventilaciones reactivas a la humedad que se abren y cierran automáticamente al detectar sudor. Ayuda a los corredores a regular mejor su temperatura corporal durante el ejercicio. Con su tecnología de ropa de alto rendimiento, Nike buscaba “crear un producto que interactúe con los cuerpos de los atletas en tiempo real mientras se calientan, sudan y se enfrían”.
(NKE )
Ahora, para observar su situación financiera, Nike es una empresa con capitalización de 6 mil millones de dólares cuyas acciones cotizan actualmente a 77.20 dólares, con una caída del 28.18 % este año. Tiene un EPS (TTM) de 3.49 y un P/E (TTM) de 22.36, mientras paga un rendimiento de dividendo del 1.90 %.
Para sus resultados financieros del año fiscal 2025 del trimestre que terminó el 31 de agosto de 2024, la empresa informó unos ingresos de 11.6 mil millones de dólares, una disminución del 10 % interanual. El ingreso neto también cayó un 28 % a 1.1 mil millones de dólares. Aunque Nike ha tenido dificultades en los últimos años por la desaceleración de la demanda de los consumidores, todavía posee una cuota de mercado del 40 % en la industria de ropa deportiva.
Mientras tanto, su efectivo y equivalentes y sus inversiones a corto plazo ascienden a 10.3 mil millones de dólares, aproximadamente 1.5 mil millones más que el año pasado. Los retornos a los accionistas continuaron aumentando, con 558 millones de dólares pagados en dividendos, mientras que 1.2 mil millones de dólares se gastaron en recompras de acciones.
Conclusión
La tecnología es el sector de más rápido crecimiento, influyendo en casi todas las áreas de nuestras vidas, incluido nuestro vestuario. Sin embargo, las soluciones flexibles y extensibles de almacenamiento de energía textil siguen estando subdesarrolladas en la mayoría de los sistemas de e‑textiles debido al rendimiento insuficiente de los materiales y tecnologías disponibles actualmente.
Con la investigación e innovación continuas, finalmente podríamos ver la ropa inteligente convertirse en una realidad. Aquí, el material maravilloso que es MXene ofrece una gran promesa con su versatilidad, que no solo puede hacer posibles los e‑textiles, sino que también tiene el potencial de abordar las futuras demandas de energía.
