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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Energía al caminar

¿Podría diseñarse algún dispositivo acoplable a las piernas de un caminante o paseante que transformase el movimiento de las extremidades en energía acumulable capaza de hacer funcionar dispositivos electrónicos tales un teléfono móvil, un GPS portátil, una pequeña radio, una articulación de prótesis motorizada o un neurotransmisor implantado?. Si ello fuera factible tendría una trascendencia y a aplicación tremendas pues sus usos podrían ser múltiples. Muy recientemente la revista SCIENCE se hacía eco de la consecución de un dispositivo de este tipo por científicos de la Universidad de Michigan trabajando en equipo con otros investigadores canadienses y americanos, en un artículo titulado "Biomechanical Energy Harvesting: Generating Electricity During Walking with Minimal User Effort". (Recolección de energía biomecánica: la generación de electricidad al caminar con esfuerzo mínimo del usuario)

USOS   
Según uno de sus inventores, Max Donelan, “las primeras personas que lo usen serán aquellas que dependan de energía portátil para vivir". Por ejemplo, en el campo de la medicina, la energía portátil ha de ser utilizada por las personas con marcapasos implantados o aquéllos que tienen amputados miembros del cuerpo y que necesitan llevar prótesis, por lo que queda abierta la idea, por ejemplo, del diseño de nuevas rodillas ortopédicas acoplados a sistemas energéticos cuya fuente de energía fuese de ese tipo, humana.  

Equipos parecidos podrían ser utilizados por las personas que han sufrido un ataque, por ejemplo, o que se han lesionado la espina dorsal y que utilizan un exoesqueleto o esqueleto externo, una especie de mecanismo metálico que los ayuda a moverse. Los soldados también podrían beneficiarse de este dispositivo en la rodilla para crear energía y hacer funcionar los múltiples dispositivos que actualmente utilizan como, por ejemplo, los anteojos de visión nocturna y los GPS, sin necesidad de depender del suministro externo de baterías. U de gran utilidad podría ser para deportistas como los escaladores de montañas. Y no podemos olvidar que buena parte de la población mundial aun vive en zonas donde el suministro regular de energía eléctrica es inexistente.

PRECEDENTES
Recurrir a estas fuentes de energía no es una idea nueva. De hecho se trata de usar los mismos principios que se utilizan o utilizaban en dispositivos diarios tales como radios o relojes de cuerda, es decir, convertir la energía mecánica, almacenarla y utilizarla.

El ministerio de Defensa de Estados Unidos cuenta con la potentísima agencia DARPA que canaliza buena parte del gran esfuerzo investigador americano. Esa agencia hace tiempo que apoya un proyecto destinado a desarrollar energía a través de pisadas, energía que es creada por unos generadores implantados en las botas de los soldados y que funcionan con el movimiento del caminar. Y, en el año 2005, unos científicos estadounidenses desarrollaron una mochila creadora de energía capaz convertir energía eléctrica a través del movimiento.

Pero el problema de los dispositivos que se llevan en los zapatos o botas es que generan relativamente poca energía y que las personas que llevan la mochila tienen que soportar el peso de la bolsa, por lo que se requiere una carga bastante pesada, alrededor de 38 kilos, para conseguir una cantidad apreciable de energía, ya que un soldado que llevase esa mochila generadora de energía de energía y que caminase relativamente rápido, solo podía generar alrededor de 7,4 vatios de energía, 1ue es la misma cantidad que la producida por el nuevo dispositivo desarrollado acoplado a las rodillas.

FUNCIONAMIENTO
El mecanismo opera en gran medida de modo parecido a las cargas regenerativas del freno en la batería de algunos automóviles híbridos, recogiendo la energía cinética que, de otra manera, se disiparía como calor cuando disminuye la velocidad de un vehículo.

En el dispositivo comentado, una abrazadera en la rodilla recoge la energía que se pierde cuando la persona frena la rodilla después de mover la pierna hacia adelante para dar un paso ya que aunque existe energía que puede recogerse de varias partes del cuerpo y puede usarse para la generación de electricidad, la rodilla es, probablemente, el mejor sitio y la articulación de la rodilla tiene aptitudes únicas para ello.

Según el Dr. Kuo, otro de los diseñadores del invento, "Cuando uno camina disipa energía en varias partes, por ejemplo cuando el pie toca el suelo. Uno tiene que compensar esto con el trabajo de los músculos". "El cuerpo es inteligente", continuó Kuo. "En muchas partes donde el cuerpo podría disipar la energía, quizá de hecho, la almacena y la recupera de manera elástica. Los tendones actúan como resortes. En muchas partes no estamos realmente seguros si la energía verdaderamente se disipa o si uno la almacena temporalmente. En condiciones normales, cuando uno va frenando la rodilla al término del movimiento de la pierna, la mayor parte de esa energía simplemente se desperdicia".

Los científicos probaron la abrazadera para la rodilla en seis hombres que caminaron a ritmo tranquilo en una cinta mecánica a razón de 3,6 kilómetros por hora. Los investigadores midieron la respiración de los sujetos para determinar la intensidad de su esfuerzo. Un grupo de control usó la abrazadera con el generador desconectado para medir en qué forma el peso de la abrazadera, de 1,6 kilogramos (3,5 libras) afectaba al usuario.

En la modalidad en la cual la abrazadera sólo se activa cuando la rodilla frena, los sujetos requirieron menos de un vatio de energía metabólica adicional por cada vatio de electricidad que generaron mientras que un generador típico de palanca manual, por comparación, requiere un promedio de 6,4 vatios para generar un vatio de electricidad. En todo caso esta rodillera preliminar fue capaz de generar suficiente energía para que funcione un teléfono móvil más de 30 minutos con tan sólo un minuto de caminata.

Según el Dr. Kuo lo que se ha demostrado es la existencia de la posibilidad del uso de la energía mecánica al andar. Y espera que, antes de 18 meses, los científicos y empresarios que se han unido para sacar adelante el  correspondiente proyecto industrial sean capaces de haber pasado desde el prototipo de dispositivo desarrollado hasta una forma comercial, liviana y práctica que podría tener multitud de aplicaciones.