“Basta doblar un material para generar electricidad”
Gustau Catalán, físico del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia
El físico Gustau Catalán, investigador Icrea en el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), ha descubierto que los materiales semiconductores, como los de los dispositivos electrónicos, generan electricidad cuando se doblan. El avance, presentado en la revista Nature, abre la vía a múltiples aplicaciones industriales, desde dispositivos médicos hasta mejoras en los teléfonos móviles.
¿Cómo es posible generar electricidad sólo doblando un material? Es una idea intuitivamente sencilla. Cuando cambiamos la forma de un material, obligamos a los átomos a reubicarse unos respecto a otros. Por lo tanto, los electrones se tienen que recolocar. Esto crea una diferencia de voltaje entre la parte cóncava y la parte convexa del material. Es lo que llamamos flexo electricidad.
Si es tan sencillo, ¿cómo no se había descubierto hasta ahora? La flexo electricidad ya se conocía, pero se pensaba que sólo se daba en materiales aislantes y que generaba voltajes muy débiles. La novedad es que hemos demostrado que se da también en materiales semiconductores y que genera voltajes importantes que seguramente podremos utilizar.
¿Qué le llevó a estudiar esto? Accidentes de la vida, que a menudo es cómo avanza la ciencia. Yo estaba trabajando en capas finas de materiales que hacía crecer sobre sustratos planos. Pero estas capas se deformaban por la tensión y perdían sus propiedades. Al principio intenté eliminar las tensiones.
¿Lo consiguió? No, así que me dije: “Si no puedes con tu enemigo, alíate con él”. Sabíamos que los materiales aislantes dejan de ser aislantes cuando se calientan, lo cual afectaba alas medidas de flexo electricidad. Esto que veíamos como un problema ¿podía convertirse en una virtud? De ahí surgió la idea deque, juntan do flexo electricidad y semiconductores, tal vez podría conseguir algo interesante y potencialmente útil.
¿Qué hizo a partir de ese momento? En lugar de intentar que los materiales fueran más aislantes, los alteré para hacerlos más conductores.
¿Con qué resultado? ¡Espectacular! El efecto flexoeléctrico era mil veces más potente con el material semiconductor que con el aislante.
¿Lo esperaba? Al contrario, me sorprendió. Esperaba que se generara electricidad. Lo que no esperaba en absoluto es que se generara tanta.
¿Pensó en algún momento que algo podía haber fallado en el experimento? Sabía que nadie había medido este efecto antes en un material semiconductor, lo cual es sorprendente porque son materiales muy comunes. En ningún momento pensé: “Esto es físicamente imposible”. Aun así, nos pasamos meses haciendo comprobaciones para asegurar quirúrgica nos de que no había fallado nada. Intentamos sabotear nuestros resultados, pero resistieron todas las pruebas.
Cuando decía que tal vez podría conseguir algo útil, ¿en qué utilidad estaba pensando? Puede tener múltiples aplicaciones. Sensores, acelerómetros, transductores, resonadores, dispositivos médicos… Cualquiera donde se requiera convertir deformación en electricidad o viceversa.
Entre todas, ¿cuál le parece más prometedora para empezar? De entrada, aventuraría dos. Por un lado, dispositivos médicos. Por ejemplo, se podría aprovechar el movimiento del propio corazón para generar electricidad y recargar los marcapasos, de modo que ya no habría que hacer una intervención para cambiar la batería. O bien se podrían alimentar dosímetros de insulina implantados en personas con diabetes.
¿Y la segunda aplicación? Los teléfonos móviles tienen resonadores para que las llamadas lleguen al número de teléfono que queremos y no a otro. Estos resonadores se basan en lo que llamamos piezoelectricidad, que consiste en generar corriente eléctrica a partir de una presión mecánica. Si los sustituimos por resonadores flexoeléctricos, en principio podrán ser más sencillos, robustos y baratos.
¿Confía en que estas aplicaciones llegarán a hacerse realidad? Por ahora hemos patentado el avance. Hemos iniciado los trámites para crear una spin-off y estamos en conversaciones con una empresa de capital riesgo para conseguir la inversión necesaria para empezar. Si todo va bien, este año haremos un prototipo de producto para demostrar que el concepto puede tener alguna aplicación concreta.
¿No teme que, si dedica sus energías a una empresa, no pueda dedicar tantas a investigar? Es que yo no soy la persona que va a llevar la empresa. Estoy formado para investigar, no para gestionar una empresa. Tenemos previsto contratar a alguien para que lo haga.
¿No le parece bien que los investigadores creen empresas? No en mi caso. Las administraciones parecen esperar que los científicos actuemos como empresarios, pero es un error. Si aceptamos esto, se resentirá tanto nuestra producción científica como las probabilidades de éxito de la empresa.
POSIBLES APLICACIONES El avance puede ser útil para dispositivos médicos y para teléfonos móviles DE LA CIENCIA AL PRODUCTO “Es un error esperar que los científicos actuemos como empresarios”