La cerámica piezoeléctrica se utiliza al hacer una llamada, conducir un coche o, incluso, someterse a una exploración médica. Estos materiales se emplean en aplicaciones electrónicas, automotrices, médicas e industriales, donde transforman la presión mecánica en electricidad. Por lo tanto, ofrecen mayor rendimiento y eficiencia, además de nuevas oportunidades tecnológicas. También quisiera explicarles cómo y por qué son importantes para ustedes.
Definición de cerámica piezoeléctrica
En principio, la presión mecánica de la cerámica piezoeléctrica suministra energía eléctrica. Es necesaria para dispositivos que requieren un control preciso, eficiente y duradero. La necesidad de estos dispositivos mecánicos es innegable, ya que son capaces de generar movimiento o electricidad al aplicarles fuerza.
Funciones del efecto piezoeléctrico
Las operaciones con cerámica piezoeléctrica son muy sencillas. Esto incluye:
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Se produce una carga eléctrica cuando se aplica presión.
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En la primera fase, la carga se almacena y en el segundo caso se utiliza in situ para alimentar un dispositivo.
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El material se deforma cuando se aplica una corriente eléctrica y el material se mueve (o vibra).
Usos de la cerámica piezoeléctrica
La capacidad de estos materiales para respaldar nuevas tecnologías abarca desde la mejora de la eficiencia, la seguridad y el rendimiento en muchas industrias. Se utilizan cerámicas piezoeléctricas. en algunas aplicaciones comunes, como:
Innovaciones automotrices
La rápida evolución, que ha hecho que la industria del cuidado automotriz sea más eficiente, segura y eficaz, se debe al uso de materiales más avanzados y tecnologías inteligentes. Los materiales piezoeléctricos se utilizan para transformar el vehículo moderno en uno más eficiente en combustible, más seguro y con mayor capacidad de respuesta ante las condiciones del tiempo real.
Sistemas de inyección de combustible óptimos para una funcionalidad eficiente
En comparación con los coches actuales, consumen menos combustible. Los inyectores de combustible están respaldados por cerámica piezoeléctrica, lo que permite que el combustible se distribuya solo en la cantidad y el momento precisos, reduciendo así el desperdicio y aumentando la potencia del chip. Esto también contribuye al consumo de gasolina y a la reducción de emisiones, haciendo que los vehículos actuales sean menos contaminantes que los antiguos.
Sistemas de frenado automatizados
Se emplean sistemas de frenado avanzados con cerámica piezoeléctrica para detectar cambios rápidos de presión. Estos sistemas activan automáticamente los frenos para prevenir colisiones, mejorar la seguridad al volante y reducir la gravedad de los accidentes, en caso de producirse.
Electrónica de consumo
Sin embargo, en el mundo de la electrónica de consumo, la demanda de dispositivos completamente más inteligentes y eficientes está en constante evolución. Sin embargo, la cerámica piezoeléctrica marca la diferencia en este ámbito, ofreciendo una mejor experiencia de usuario, mejor calidad de audio e innovaciones en ahorro de energía. Los materiales de este artículo marcarán la diferencia en el futuro de la tecnología de smartphones y smartwatches.
Retroalimentación háptica
Sin embargo, lo que vibra en tu teléfono al escribir y que se percibe con una ligera vibración en la pantalla es cerámica piezoeléctrica. Esta tecnología proporciona una sensación táctil mejorada, de modo que los botones del smartphone se sienten como botones físicos y responden más rápido, lo cual también es intuitivo.
Cancelación de ruido superior
En los auriculares de gama alta (Bose, Sony, etc.), se utiliza cerámica piezoeléctrica para detectar el ruido externo y producir ondas sonoras en dirección opuesta para una cancelación eficaz del ruido. La ventaja de esta innovación es que permite a los usuarios disfrutar de un sonido de alta fidelidad, incluso en condiciones de ruido extremo: una ciudad ruidosa, un avión lleno de gente, etc.
Energía renovable
La nueva tecnología de cerámica piezoeléctrica, que transforma la energía mecánica en electricidad, beneficia al mundo en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles. Como tal, estos materiales funcionalizan la topología de la captura integral de energía proveniente del movimiento, la vibración, la presión y las estructuras celulares generativas para sustentar la infraestructura autosostenible y sus mecanismos de captación de energía.
Suelos generadores de energía
En algunos aeropuertos y estaciones de tren, se desplazan placas piezoeléctricas que generan electricidad al caminar sobre ellas. La energía obtenida se utiliza para iluminar las luces, la señalización y otras infraestructuras de lugares públicos, con un menor consumo energético.
Carreteras piezoeléctricas
En algunas carreteras se utilizan materiales piezoeléctricos que convierten la presión del vehículo en electricidad. Esta tecnología eliminaría por completo la dependencia de los combustibles fósiles si las carreteras pudieran convertirse en una fuente de energía renovable que aprovechara la energía generada directamente por el flujo vehicular.
Avances médicos
Sin embargo, hoy en día, los materiales piezoeléctricos también se utilizan en una revolución tecnológica en la atención médica debido a su uso en aplicaciones de diagnóstico, tratamiento y atención al paciente. Actualmente, estamos desarrollando materiales básicos para mejorar y facilitar el camino hacia implantes que salvan vidas, imágenes más precisas y nuevas formas de innovar en el sistema de administración de fármacos, lo que aumenta la eficiencia de la atención médica y ofrece mejores resultados al paciente.
Imágenes por ultrasonido
Las ondas sonoras de alta frecuencia que los médicos utilizan para observar el interior del cuerpo con gran detalle se producen mediante transductores piezoeléctricos. Este dispositivo es importante para el diagnóstico por imagen de lesiones internas, la orientación de procedimientos médicos y la atención prenatal.
Marcapasos duraderos
Tradicionalmente, los marcapasos requieren cirugía para reemplazar la batería. Los marcapasos autoalimentados no requieren reemplazo ni cirugía.
Audífonos con sonido más claro
Los audífonos modernos utilizan cerámica piezoeléctrica. Si bien estos materiales se basan únicamente en la amplificación del sonido, no lo hacen, sino que captan y amplifican las vibraciones para producir un procesamiento de sonido más claro y natural. Esto significa que las personas con audífonos ahora pueden mantener conversaciones mucho más claras y con menos distorsión, escuchar música e interactuar con la gente con mayor normalidad.
Qué esperar de la cerámica piezoeléctrica
Con cada vez más industrias adoptando la innovación, la cerámica piezoeléctrica seguirá siendo fundamental para el futuro. Estos materiales avanzados proporcionan sustento para el uso diario y también impulsan el desarrollo de energías sostenibles, aplicaciones sanitarias innovadoras y amplias posibilidades de consumo.
Tecnología portátil
En los últimos años, la vida sin tecnología wearable es inimaginable. Esta tecnología nos mantiene actualizados, conectados con el mundo y monitorizando nuestra salud y bienestar. Pero el mayor problema es la duración de la batería. Por ejemplo, los relojes inteligentes no necesitan cargarse a diario. Estos tejidos piezoeléctricos, que convierten el movimiento corporal en energía, liberarían a la industria de la dependencia de las baterías y, en su ausencia, de los residuos electrónicos.
Los atletas, excursionistas y otros profesionales que dependen de wearables no tienen por qué agotar sus baterías al mediodía, ya que no es necesario. De hecho, sus dispositivos podrían generar la energía necesaria con cada paso, movimiento del brazo o incluso con ligeros movimientos posturales. Además, sería un gran avance para los relojes inteligentes médicos, como los pulsómetros o los sensores de glucosa, que sí necesitan cargarse constantemente, ya que su funcionamiento depende de la batería.
Ciudades inteligentes
Sin embargo, las ciudades tendrán que inventar soluciones energéticas innovadoras para dar cabida a un número creciente de personas sin causar daños ambientales. Fijados en los edificios, sensores piezoeléctricos podrían aprovechar la energía de la vibración del viento, la presión del tráfico e incluso el movimiento de peatones, reduciendo así la dependencia de la red eléctrica convencional y aumentando la cantidad de áreas urbanas autosostenibles.
Por ejemplo: las fuerzas del viento en los rascacielos pueden sugerir paneles piezoeléctricos que pueden producir energía a partir de la tensión mecánica para alimentar la iluminación, los ascensores, los sistemas de control de climatización, etc., mientras que los obstáculos para el tráfico peatonal, por ejemplo las aceras y los parques, pueden generar energía para el alumbrado público, las cámaras de seguridad, las estaciones de carga públicas, etc. Se ahorrará energía y se reducirá en gran medida la huella de carbono si los planificadores urbanos y los gobiernos adoptan estas soluciones.
Implantes de regulación nerviosa
Los nuevos avances en tecnología médica piezoeléctrica ofrecerán nuevas formas de atención al paciente, lo que mejorará enormemente la calidad de la atención. Los investigadores están desarrollando sensores piezoeléctricos que pueden utilizarse para controlar las señales nerviosas y esperan que, con hardware en lugar de medicamentos, se pueda tratar la epilepsia e incluso trastornos neurológicos.
En lugar de baterías u otra fuente de alimentación externa, los implantes autoalimentados se alimentarían con el movimiento del cuerpo. Si se utilizan en personas con epilepsia, estos implantes podrían detectar actividad neuronal anormal y corregirla con señales eléctricas antes de una convulsión. De igual manera, los pacientes que reciben estimulación nerviosa no toman opioides ni otros medicamentos con efectos secundarios y riesgo de dependencia, como sí lo hacen los pacientes con dolor crónico.
Reflexiones finales
En el camino hacia el futuro de la tecnología en automoción, electrónica de consumo, energías renovables y sanidad, la cerámica piezoeléctrica ha estado presente. Esto se debe a que su potencial de innovación no parece tener fin, por lo que las industrias que la incorporen a su trabajo seguramente liderarán la competencia. Hoy, quienes conozcan y apliquen el poder de la cerámica piezoeléctrica serán los primeros en liderar la próxima revolución tecnológica.