Tras doctorarse en la Universidad de Limerick en 2018 , La Dra. Valeria Nico comenzó a trabajar como investigadora postdoctoral. Se ha centrado en la comercialización de la tecnología de captación de energía vibratoria que desarrolló durante su doctorado, demostrando a posibles clientes que esta tecnología podría utilizarse para alimentar nodos de sensores a partir de las vibraciones del entorno.

Es un tema en el que empezó a trabajar como parte de sus estudios de grado y máster en la Universidad de Perugia (Italia). «Mi grupo estaba desarrollando un sensor inalámbrico para medir la temperatura y la aceleración, y me sorprendió porque se alimentaba de las vibraciones de un coche sin ninguna batería», explica a SiliconRepublic.com.

La experiencia de Nico con dispositivos electromagnéticos también la llevó a desarrollar una novedosa bomba de microfluidos basada en una lanzadera magnética oscilante. El año pasado recibió financiación de la Agencia Espacial Europea para integrar la bomba y un sensor de flujo en un sistema de refrigeración líquida de dos fases para aplicaciones de satélite. El proyecto está casi terminado y la tecnología podría avanzar en un proyecto posterior.

She was also awarded funding from Science Foundation Ireland last year to develop a vibrational energy harvester. She is currently based at the Bernal Institute at the University of Limerick and is also an associate investigator at Connect, the Science Foundation Ireland research centre for future networks.

«Proporcionar una alternativa a las baterías para las aplicaciones del IoT busca reducir un importante peligro medioambiental
– DR VALERIA NICO

¿Puede hablarnos de la investigación en la que está trabajando actualmente?

Mi principal interés de investigación es la recolección de energía vibratoria: la conversión de las vibraciones ambientales en energía eléctrica para alimentar pequeños dispositivos electrónicos como los sensores inalámbricos que forman el internet de las cosas (IoT).

Estos pequeños sensores suelen funcionar con pilas, pero la sustitución de las mismas supone un coste importante para el usuario y un peligro para el medio ambiente si las pilas no se desechan y reciclan adecuadamente.

Existe una gran cantidad de energía cinética en forma de vibración ambiental -por ejemplo, las vibraciones de un tren o un compresor de aire industrial- en las proximidades de los sensores que podría utilizarse como fuente de energía. Mi objetivo es desarrollar una tecnología de captación de energía vibratoria que pueda proporcionar energía renovable y sostenible a los miles de millones de sensores que componen la IO.

En su opinión, ¿por qué es importante su investigación?

El objetivo de las tecnologías de captación de energía vibratoria es proporcionar una fuente de energía renovable a los sensores del IoT. La mayoría de los nodos del IoT se alimentan de baterías y, según la Informe anual de medio ambiente de WEE 2019 En el año 2000, WEE recogió 886 toneladas de pilas portátiles en Irlanda.

La sustitución de las baterías supone un coste importante para las industrias y un peligro para el medio ambiente si no se desechan y reciclan adecuadamente. La producción de baterías también tiene un impacto medioambiental porque las materias primas utilizadas, como el litio, el zinc y el manganeso, suelen extraerse de las minas y el metal se libera en el entorno durante su extracción.

Al ofrecer una alternativa a las pilas para las aplicaciones del IoT se pretende reducir un importante riesgo medioambiental, ayudando en última instancia a reducir la contaminación del suelo y los residuos químicos y electrónicos, en consonancia con la ONU Objetivo de Desarrollo Sostenible 12 .

¿Qué aplicaciones comerciales prevé para su investigación?

Cada vez es más necesario contar con aplicaciones de IoT sostenibles, de bajo consumo y duraderas que requieran poco o ningún mantenimiento. Una característica destacada en el crecimiento de las tecnologías de recolección es la sustitución, o el aumento, de la energía de la batería para la electrónica de bajo consumo.

Los principales factores que impulsan este crecimiento son el ahorro de energía, la inversión gubernamental en energías más limpias y neutras en carbono, y la demanda de los consumidores de cambiar el funcionamiento de los aparatos electrónicos alimentados por pilas. Al desplegar la electrónica autoalimentada, el consumidor también incurrirá en un ahorro, ya que ya no será necesario sustituir las pilas.

Existe el potencial de una ruta hacia el mercado, ya sea a través de una empresa derivada o mediante la concesión de licencias de la tecnología para su incorporación en productos fabricados por empresas irlandesas que operan en el espacio de la IO. Las empresas que suministran nodos de sensores inalámbricos para aplicaciones de IoT y bancos de pruebas nacionales de IoT se beneficiarán del suministro de sensores autónomos sostenibles y sin mantenimiento.

¿Qué le inspiró a convertirse en investigador?

Mi madre es profesora de física y siempre he estado expuesta a la ciencia y la física. De pequeña me fascinaban las estrellas y los planetas, así que cuando tenía cinco años me regaló un libro de astronomía con imágenes y explicaciones de las características de los distintos planetas del sistema solar. Me encantó. Sigue siendo uno de mis libros favoritos.

De pequeños hacíamos experimentos de física sencillos en casa, desde construir una brújula con una aguja de metal hasta alimentar un reloj Casio con patatas. En el laboratorio de física del colegio de mi madre nos pasábamos horas haciendo experimentos complejos.

Ir a la universidad a estudiar física era una opción obvia. Mis intereses pasaron de la astrofísica y la astronomía a la física aplicada, y empecé a trabajar en la recolección de energía para sustituir el uso de baterías para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

¿Cuáles son algunos de los mayores retos a los que se enfrenta como investigador en su campo?

La generación de energía suficiente de una pequeña cosechadora para alimentar un sensor IoT.

Para resolver este problema, se están desarrollando nuevos enfoques para aumentar la potencia de salida del cosechador, utilizando múltiples tipos de mecanismos de conversión o cosechando múltiples fuentes de energía, como la solar, la térmica o las vibraciones. También se está investigando cómo minimizar el consumo de energía de los protocolos de comunicación y los sensores.

Otro reto al que se enfrentan los investigadores es que la energía generada depende del entorno en el que se coloque el sensor: por ejemplo, puede depender del tipo de maquinaria que vibre (para la captación de energía vibratoria), de si se coloca en el interior o en el exterior (para la captación de energía solar) o del gradiente de temperatura disponible (para la captación de energía térmica).

Por lo tanto, es difícil predecir la potencia de salida y las tecnologías de recolección necesarias para adaptarse a aplicaciones específicas. Este es un obstáculo para la adopción generalizada de los recolectores de energía.

¿Existe alguna idea errónea sobre este ámbito de investigación?

Dos de las ideas erróneas más comunes son el mito de que las tecnologías de captación de energía son más caras que las baterías y que no son fiables porque puede haber periodos en los que la energía generada no sea suficiente para alimentar un sensor IoT.

Aunque una sola batería es más barata que un recolector de energía, el coste asociado a su sustitución periódica es importante: una batería de litio tiene una vida útil de un año si transmite datos cada cinco minutos. Utilizando tecnologías de recolección de energía como fuente de alimentación, es posible realizar sensores IoT autónomos y sostenibles que supondrían un ahorro de costes para el usuario final.

Los sensores se colocan en entornos en los que se podrían utilizar múltiples fuentes de energía y en los que se podrían cosechar múltiples fuentes para generar energía para alimentar los sensores del IoT. Por ejemplo, en una vía férrea es posible utilizar un cosechador de energía vibratoria junto con una pequeña célula solar, o en una fábrica podría utilizarse junto con un generador termoeléctrico si está cerca de tuberías calientes o frías.

¿Cuáles son algunas de las áreas de investigación que le gustaría que se abordaran en los próximos años?

Me gustaría ver más esfuerzos tanto en la investigación como en la comercialización de materiales sostenibles para la generación de energía.

En los últimos años se ha dado un gran impulso a las energías renovables, como la eólica y la solar. Pero aunque la energía se genere a partir de fuentes renovables, sigue existiendo un peligro para el medio ambiente, ya que las turbinas eólicas y los paneles fotovoltaicos tienen una vida útil de entre 20 y 25 años y están fabricados con materiales que no se pueden reciclar y, por lo general, se desechan en los vertederos.

El riesgo medioambiental de la generación de energía se desplaza, por tanto, de la fuente (combustibles fósiles frente a energía eólica o solar) a los componentes del generador. Se está investigando para desarrollar materiales compuestos sostenibles para las palas de las turbinas y materiales alternativos para la conversión de la energía solar. Me encantaría instalar paneles solares en mi casa, sabiendo que será posible reciclarlos.

Uno de los métodos utilizados para convertir las vibraciones en electricidad utiliza materiales piezoeléctricos. Me interesan los trabajos para desarrollar materiales piezoeléctricos orgánicos eficientes sin plomo.

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