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La tecnología portátil se está volviendo común en estos días, pero el siguiente paso es mover la tecnología de estar en nuestros cuerpos a estar dentro de nosotros. La pregunta es, ¿cómo obtienes energía para un dispositivo que vive debajo de tu piel?
Baterías Internas
Los implantes médicos que ya están dentro de los pacientes hoy en día generalmente usan baterías internas. Las baterías de litio son comunes, pero no del tipo que encontrarías en tu teléfono. Estas baterías corren el riesgo de explotar, no querrás estar cerca de ellas cuando eso suceda, ¡y mucho menos tener una dentro de ti! Los marcapasos cardíacos han estado usando baterías de litio/yodo-polivinilpiridina durante décadas. ¡Una tecnología que fue patentada por primera vez en 1972! Este es un ejemplo práctico temprano de una batería de estado sólido, ya que tiene un electrolito sólido en lugar de líquido.
Sin embargo, existen varios problemas con el uso de una batería interna. Todas las baterías tienen una vida útil limitada, lo que significa que eventualmente necesitará un procedimiento para reemplazarlas o quitarlas. La tecnología de las baterías continúa avanzando y ha habido avances como baterías flexibles libres de químicos tóxicos . Así que no descarte las células de energía internas de un tipo u otro para los implantes. Incluso ha habido algunas ideas, como usar una batería de plutonio similar a los dispositivos que alimentan los satélites y los rovers extraplanetarios.
Es posible que algún día tengamos baterías seguras, duraderas y de alta capacidad que utilicen materiales como el grafeno que se puedan recargar rápidamente. La inducción eléctrica es una forma de cargar estas baterías sin cables invasivos, pero ¿por qué no alimentar sus implantes directamente con inducción?
Inducción eléctrica
La inducción eléctrica ocurre cuando se usa energía eléctrica para crear un campo magnético, que luego, a su vez, crea una corriente eléctrica en una bobina de alambre receptora. Así funciona la carga inalámbrica con teléfonos y cepillos de dientes eléctricos sellados. La inducción no tiene que ser de corto alcance como lo es con la carga inalámbrica común en la actualidad.
Ha habido algunos intentos de carga inalámbrica de largo alcance con el objetivo final de ser un futuro verdaderamente inalámbrico. Entonces, en el contexto de los dispositivos implantables, puede alimentarlos o cargarlos a través de bobinas de transmisión de energía integradas en las paredes de su hogar y otros edificios que la gente suele ocupar, como los edificios de oficinas.
Los científicos de Stanford anunciaron grandes avances en esta área en 2014. Crearon pequeños implantes que podían recibir energía de forma inalámbrica y cargar dispositivos como marcapasos.
Conversión de glucosa en energía
La glucosa es una de las fuentes de energía más importantes que usamos los humanos. No es la única forma en que obtenemos energía (por ejemplo, los cuerpos cetónicos son otra), pero con un cuerpo que está tan lleno de energía química, ¿por qué no usarlo para impulsar los implantes?
Si pudiéramos encontrar alguna forma de convertir la glucosa en nuestro torrente sanguíneo en la energía eléctrica que necesita nuestra tecnología, sería innecesario colocar baterías dentro de nosotros o dispararnos con campos magnéticos. ¡También podría ayudarte a justificar ese helado extra antes de acostarte!
Este no es un dispositivo teórico, es una tecnología real conocida como celda de combustible de glucosa. En 2012, los científicos e ingenieros del MIT anunciaron que habían desarrollado una celda de combustible de glucosa funcional con el potencial de alimentar prótesis neurales o cualquier otro dispositivo electrónico en el cuerpo que necesite energía para funcionar. La idea ha existido desde al menos la década de 1970. Incluso se consideró una celda de combustible de glucosa como una fuente de energía para los primeros marcapasos, pero finalmente ganaron las baterías de electrolitos sólidos.
Un problema con las celdas de combustible de glucosa es que pueden almacenar mucha energía, pero no pueden liberarla rápidamente y en los niveles necesarios para los implantes modernos. En 2016, los investigadores publicaron los resultados del uso de un dispositivo híbrido que combina una celda de combustible de glucosa con un supercondensador , con resultados prometedores.
Generadores impulsados por sangre
Los seres humanos han estado utilizando el flujo de líquido para generar energía durante siglos. Las ruedas hidráulicas han proporcionado energía mecánica para los molinos o para elevar el agua para el riego. Hoy usamos represas hidroeléctricas para energía limpia impulsada por la gravedad y el ciclo del agua inducido por el calor del sol.
Entonces, ¿por qué no usar el flujo de sangre a través de nuestro sistema circulatorio para alimentar nanogeneradores? En 2011, científicos suizos revelaron una pequeña turbina diseñada para caber dentro de una vena humana . La idea es aprovechar unos pocos milivatios de los 1-1,5 vatios de potencia hidráulica que genera un corazón humano. Mucho para alimentar implantes médicos y quizás otros implantes avanzados algún día.
La principal preocupación con los nanogeneradores son los coágulos sanguíneos causados por la turbulencia. Hubo una preocupación similar con los corazones artificiales o los dispositivos de asistencia cardíaca que usan diseños de flujo continuo. Estos incluyen Bivacor y Abiomed Impella . Aunque hasta ahora estos problemas no parecen haber surgido, las pruebas en humanos se encuentran en las primeras fases, por lo que nadie sabe si la coagulación de los componentes de la bomba giratoria en nuestra sangre causará problemas.
Órganos eléctricos artificiales
Es posible que los humanos no vengan con su propio generador de energía eléctrica, ¡pero las anguilas sí! Las anguilas han desarrollado algo muy parecido a una batería pero hecha de células biológicas. Dentro de la anguila hay un órgano que agrupa células que actúan como un electrolito en cualquier cosa que se electroplaca de manera efectiva. Entonces, ¿por qué no diseñar un órgano artificial para humanos que haga lo mismo, pero usar ese poder para ejecutar la futura tecnología implantable?
En 2017, un equipo de científicos publicó un artículo en Nature que detalla su «órgano» flexible y biocompatible inspirado en la anguila eléctrica. Esta pequeña central eléctrica usa agua y sal para funcionar, pero la intención a largo plazo es usar fluidos corporales en su lugar. Implantados con estas reservas de energía biológica, el cielo podría ser el límite cuando se trata de tecnología integrada con nuestros cuerpos.
