Para la mayoría de las personas, la electricidad estática es una molestia levemente dolorosa. Sin embargo, los ingenieros en los últimos años han estado trabajando para aprovechar este fenómeno aparentemente aleatorio para generar pequeñas cantidades de electricidad de manera barata y fácil.
La mayoría de la electricidad estática es un producto del "efecto triboeléctrico", que ocurre cuando dos materiales entran en contacto y los electrones se intercambian entre ellos. Cuando los materiales se separan, tiende a haber un desequilibrio de electrones sobrantes, y algunos de los átomos de los materiales obtienen electrones adicionales que otros.
Este desequilibrio crea una carga eléctrica en los materiales, y los átomos de los materiales desean volver a la carga neutra significa que ha nacido la electricidad. El impacto que obtienes al tocar el pomo de la puerta después de caminar sobre una alfombra de felpa es que los átomos de tu cuerpo descargan los electrones adicionales que recolectaron de la alfombra para que puedan volver a la carga neutra.
La triboelectricidad es impredecible, pero los ingenieros en los últimos años han estado creando formas innovadoras para capturar su potencial, desde electrodos en llantas de automóviles hasta tableros de madera que crean estática al pisarlos. Uno de los pioneros en este campo ha sido el ingeniero del Instituto de Tecnología de Georgia, Zhong Lin Wang, quien ha creado generadores triboeléctricos a partir de una amplia variedad de materiales, incluidos polímeros ultrafinos que podrían servir como pantallas táctiles, telas e incluso botellas de refrescos reciclados.
"Puede utilizar casi cualquier material para este propósito", dice Wang. Para su última creación triboeléctrica, Wang buscó un material que pocos asociarían con la electricidad: el papel. Cuando era niño, Wang dice que jugó con intrincadas creaciones hechas de cortar y doblar papel. Este arte del este asiático, que se remonta a miles de años, se llama "kirigami", que se traduce como "papel cortado" (está estrechamente relacionado con el más famoso "origami", que significa doblar papel).
"Probablemente sea el material más barato [posible]", dice Wang sobre por qué eligió el papel, "y es un material biodegradable y seguro que usamos todos los días".
Wang y su equipo cortaron papel de lija en rectángulos con láser y los cubrieron con finas capas de oro y otros materiales conductores. Luego ensamblaron los rectángulos en formas de rombos tridimensionales. Estos rombos, que pueden caber en la palma de la mano y plegarse para guardarlos en una billetera o bolsillo, generan electricidad cuando una persona los presiona con los dedos. Esto pone en contacto las capas conductoras entre sí, creando el desequilibrio de electrones que causa una carga estática. Apretar repetidamente el dispositivo de papel durante unos minutos puede crear aproximadamente 1 voltio de energía, que es suficiente para cargar un reloj o un control remoto inalámbrico o incluso un pequeño dispositivo médico durante unos minutos en una emergencia, dice Wang.
El uso de Wang de una estructura de celosía cortada dentro del rombo fue un "enfoque inteligente para aumentar el área de superficie para la generación triboeléctrica", dice el ingeniero de la Universidad de Michigan, Max Shtein, quien ha utilizado el kirigami para crear paneles solares tridimensionales que pueden capturar más luz a medida que El sol se mueve en el cielo. El ingeniero eléctrico de la Universidad de Columbia, John Kymissis, quien, como Shtein, no participó en esta investigación, también elogió el "diseño inteligente de Wang para una estructura integrada de generación y almacenamiento de energía".
Wang, que tiene una patente pendiente en este dispositivo, espera ver que se desarrolle en unos años para ser vendido como un cargador desechable económico o, lo que es más importante, como una herramienta para enseñar a los niños cómo funciona la electricidad.
"Pueden generar energía y encender luces", dice Wang sobre el potencial. "Todas estas cosas buenas que pueden hacer con una estructura simple".
El cargador de papel se describe en un número reciente de la revista ACS Nano.
