Los científicos han introducido en el mercado los dispositivos de “prótesis ópticas” más eficientes que extraen energía del calor.

Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder utilizaron la propiedad poltergeist de los electrones para diseñar dispositivos que pueden capturar el exceso de calor del medio ambiente y convertirlo en electricidad útil.

Los científicos describieron sus nuevas “prótesis ópticas” en un artículo publicado hoy en la revista. Comunicaciones de la naturaleza. Estos dispositivos, que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, son aproximadamente 100 veces más eficientes que herramientas similares que se utilizan para recolectar energía. Logran esta hazaña a través de un proceso misterioso llamado “túnel de resonancia” en el que los electrones atraviesan la materia sólida sin consumir energía.

“Entran como fantasmas”, dijo la autora principal Amina Belkadi, quien recientemente obtuvo su doctorado. de la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética (ECEE).

Rectennas (abreviatura de “antenas rectificadoras”), explicó, funcionan un poco como antenas para la radio de un automóvil. Pero en lugar de recoger ondas de radio y convirtiéndolos en melodías, las prótesis ópticas absorben la luz y el calor y los transforman en poder.

También son avances potenciales en el mundo de las energías renovables. En teoría, las piezas de mano en funcionamiento podrían acumular calor de las chimeneas de las fábricas o de los hornos de cocción que de otro modo se desperdiciarían. Algunos científicos incluso han propuesto montar estos dispositivos en aviones que volarían muy por encima de la superficie del planeta para capturar la energía que irradia desde la Tierra hacia espacio exterior.

Pero, hasta el momento, las rectennas no han podido alcanzar la eficiencia necesaria para lograr estos objetivos. Quizás hasta ahora. En un nuevo estudio, Belkadi y sus colegas diseñaron los primeros dispositivos protésicos capaces de generar energía.

“Estamos demostrando por primera vez que los electrones atraviesan un túnel de resonancia en la rectina receptora de energía óptica”, dijo. “Hasta ahora, esto era solo una posibilidad teórica”.

El coautor del estudio, Garret Moddel, profesor de ECEE, dijo que el estudio fue un gran avance en la tecnología.

“Esta innovación es un paso significativo para hacer que el rectane sea más práctico”, dijo. “La productividad es realmente baja en este momento, pero seguirá aumentando”.

Un problema inmejorable

Es un desarrollo que Moddel, que literalmente escribió un libro sobre estos dispositivos, ha estado esperando durante mucho tiempo. Las rectennas existen desde 1964, cuando el ingeniero William C. Brown usó microondas para alimentar un pequeño helicóptero. Son herramientas relativamente sencillas, que constan de una antena que absorbe la radiación y un diodo que convierte esta energía en corriente continua.

“Es como un receptor de radio que capta la luz en forma de ondas electromagnéticas”, dijo.

Sin embargo, el problema es que para capturar la radiación de calor, no solo las microondas, las piezas de mano deben ser increíblemente pequeñas, muchas veces más delgadas que un cabello humano. Y eso puede causar varios problemas. Eléctrico más pequeño equipo por ejemplo, cuanto mayor sea su resistencia, lo que puede reducir la potencia de salida de la pieza de mano.

“Es necesario que este dispositivo tenga una resistencia muy baja, pero también tiene que ser muy sensible a la luz”, dijo Belkadi. “Cualquier cosa que haga para mejorar un dispositivo de una forma empeorará la otra”.

En otras palabras, durante décadas las rectas ópticas parecían ser un escenario imposible de ganar. Eso fue hasta que Belkadi y sus colegas, incluida la investigadora de doctorado Ayendra Weerakkoda, encontraron una solución: ¿por qué no evitar este obstáculo por completo?

Una solución espeluznante

El enfoque del equipo se basa en una extraña propiedad del reino cuántico.

Belkadi lo explicó de la manera tradicional. rectennalos electrones deben pasar a través del aislante para generar energía. Estos aislantes aumentan la robustez del equipo al reducir la cantidad de electricidad que los ingenieros pueden perder.

Sin embargo, en este último estudio, los científicos optaron por agregar dos aisladores a sus dispositivos, no solo uno. Esta adición tuvo el efecto contrario a la intuición de crear un fenómeno energético conocido como el “pozo” cuántico. Si los electrones golpean tan bien con la energía adecuada, pueden usarla para hacer un túnel a través de dos aisladores, sin resistencia en el proceso. No es diferente de un fantasma que va a la deriva sin ser molestado por una pared. DETRÁS Estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Moddel teorizó previamente que tal comportamiento espectral podría ser posible en prótesis ópticas, pero hasta ahora nadie ha podido probarlo.

“Si elige los materiales correctos y les da el grosor adecuado, este será el resultado energía el nivel donde los electrones no ven resistencia “, dijo Belkadi.” Simplemente pasan volando.

Y eso significa más poder. Para probar el efecto espeluznante, Belkadi y sus colegas establecieron una red de aproximadamente 250.000 prostennas, que tienen forma de moscas diminutas, en una placa caliente en un laboratorio. Luego encendieron el fuego.

Los dispositivos pudieron capturar menos del 1% del calor generado por la placa. Pero Belkadi cree que estos números solo aumentarán.

“Si usamos diferentes materiales o cambiamos nuestros aislantes, es posible que podamos hacerlo más profundo”, dijo. “Cuanto más profundo es el pozo, más electrones pueden llegar hasta el final”.

Moddel espera con ansias el día en que los recintos se sienten en todo, desde paneles solares en el suelo hasta vehículos más livianos que el aire en el aire: “Si puedes capturar el calor radiante espacio profundoentonces puede obtener energía en cualquier momento y en cualquier lugar.