El cuerpo humano como fuente de energía de sistemas electrónicos portables o vestibles

Autores/as

  • Dr. Rafael E. González-Landaeta IIT-UACJ
  • Dra. Amanda Carrillo Castillo IIT-UACJ
  • Dr. Christian Chapa González IIT-UACJ

Palabras clave:

Cuerpo Humano, Dispositivos portables, Dispositivos vestibles, Recolección de energía

Resumen

Se presenta un panorama sobre el uso del cuerpo humano como una fuente de energía que sea capaz de alimentar dispositivos electrónicos portables o vestibles. Se abordan temas relacionados sobre la energía que se almacena en el cuerpo humano, y la que se libera de las distintas actividades físicas y procesos fisiológicos. Se presentan las distintas formas de energía liberada por el cuerpo humano, entre ellas, la energía térmica, bioquímica y biomecánica, de las cuales se puede obtener energía eléctrica mediante distintos recolectores. Se describen las limitaciones de la recolección de las distintas formas de energía que provienen del cuerpo, y los retos que se afrontan en la búsqueda de prescindir de baterías en sistemas de entretenimiento y médicos que se adapten al paradigma portable o vestible. 

Biografía del autor/a

Dr. Rafael E. González-Landaeta, IIT-UACJ

Recibió el título de Ingeniero en Electrónica en 1997 de la Universidad Rafael Belloso Chacín, Maracaibo, Venezuela. Obtuvo el grado de Doctor en Ingeniería Biomédica en 2008 por la Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, España. Desde 1999 hasta el 2014 estuvo impartiendo cursos en Venezuela en áreas como sensores analógicos, electrónica analógica e instrumentación médica. Actualmente trabaja como profesor e investigador en el Programa de Ingeniería Biomédica de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, México. Es líder del grupo de investigación BIOCIM. Sus áreas de investigación incluyen sensores e instrumentación médica, procesamiento analógico de señales, bioimpedancia eléctrica, recolección de energía y análisis de ruido e interferencias en circuitos electrónicos. Ha dirigido y co-dirigido más de 60 trabajos de titulación en el área de Ingeniería Biomédica a nivel de pregrado, y más 7 tesis de posgrado. Ha publicado más de 20 artículos científicos en revistas indexadas, es inventor de dos patentes españolas concedidas y de dos patentes que están en proceso de solicitud ante el IMPI. Recientemente obtuvo el primer lugar en el Reto InnovaHealth en el marco del Congreso Nacional de Ingeniería Biomédica 2023. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores, Nivel I y, desde el 2018, es Editor Asociado de la Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica.

Dra. Amanda Carrillo Castillo, IIT-UACJ

Licenciada en Ciencias Químicas con Acentuación en Química Analítica y Doctorado en Ciencia y Tecnología de Materiales por la Universidad Autónoma de Coahuila. Con experiencia posdoctoral en la Universidad de Texas en Dallas y en el Centro de Investigación en Materiales Avanzados Unidad Monterrey. Desde 2012, es Profesora de Tiempo Completo en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, donde se ha especializado en el desarrollo y aplicación de materiales y nanomateriales activos en electrónica flexible. Ha liderado proyectos de investigación financiados por CONAHCYT, y ha sido responsable de la formación de posdoctorantes. Ha dirigido más de 50 tesis a nivel licenciatura, maestría y doctorado, y ha recibido reconocimientos por su contribución científica, incluyendo el premio "María Esther Orozco Orozco" del Congreso del Estado de Chihuahua en 2017. Miembro activo del Sistema Nacional de Investigadores desde 2013. Autora de numerosas publicaciones y posee patentes derivadas de su investigación. Activa en la promoción de vocaciones científicas y ha coordinado programas de posgrado. Su labor ha tenido un impacto significativo en la formación de recursos humanos y en el desarrollo científico en Chihuahua. Actualmente, es miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores, Nivel 2.

Dr. Christian Chapa González, IIT-UACJ

Es profesor titular de Bioquímica General y Fisicoquímica General en Ingeniería Biomédica de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. En 2012 fundó el Grupo de Investigación Nanomedicina-UACJ, centrado en la investigación preclínica de interacciones biomateriales/nanomateriales con biomoléculas, analitos clínicos o fármacos para nanomedicina. En 2020, estableció el Laboratorio LIDERSC para revisiones críticas de literatura científica en salud y ciencia. Chapa ha publicado 30+ artículos científicos, 7 capítulos de libros y ha presentado 50+ trabajos en congresos nacionales e internacionales. Reconocido como "Excellent reviewer" en Web of Science y "IOP trusted reviewer" por el Institute Of Physics en 2024. Es Editor Asociado de la Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica y ha tenido roles de liderazgo en la Sociedad Mexicana de Ingeniería Biomédica. Recibió reconocimiento de la International Federation for Medical and Biological Engineering por su labor. Coordinó el Concurso Nacional de Ingeniería Biomédica en 2020 y 2021. Evaluador para el Consejo Nacional de Humanidades, Ciencia y Tecnología y ha sido investigador receptor en programas de impulso a vocaciones científicas. En 2023, colaboró con los grupos de investigación ByNEF y BIOCIM en proyectos de nanotecnología y bioingeniería con impacto social.

Citas

I. Tiseo. (2024, 02/09/2024). Projected electronic waste generation worldwide from 2019 to 2030. Available: https://www.statista.com/statistics/1067081/generation-electronic-waste-globally-forecast/

J. Zhao, R. Ghannam, K. O. Htet, Y. Liu, M. k. Law, V. A. Roy, et al., "Self‐Powered implantable medical devices: photovoltaic energy harvesting review," Advanced healthcare materials, vol. 9, p. 2000779, 2020. DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202000779.

G. Rebel, F. Estevez, P. Gloesekoetter, and J. M. Castillo-Secilla, "Energy harvesting on human bodies," in Smart Health: Open Problems and Future Challenges, Edited by: A. HolZinger, C. Röcker and M. Ziefle. Springer, pp. 125-159, 2015. https://doi.org/10.1007/978-3-319-16226-3_6

T. Starner, "Human-powered wearable computing," IBM systems Journal, vol. 35, pp. 618-629, 1996. https://doi.org/10.1147/sj.353.0618

A. Cicchella, "Human Power Production and Energy Harvesting," Encyclopedia, vol. 3, pp. 698-704, 2023. https://doi.org/10.1147/sj.353.0618

V. Leonov, "Thermoelectric energy harvesting of human body heat for wearable sensors," IEEE Sensors Journal, vol. 13, pp. 2284-2291, 2013. https://doi.org/10.1109/JSEN.2013.2252526

P. Gljušćić, S. Zelenika, D. Blažević, and E. Kamenar, "Kinetic energy harvesting for wearable medical sensors," Sensors, vol. 19, p. 4922, 2019. DOI: https://doi.org/10.3390/s19224922.

M. Liu, F. Qian, J. Mi, and L. Zuo, "Biomechanical energy harvesting for wearable and mobile devices: State-of-the-art and future directions," Applied Energy, vol. 321, p. 119379, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119379.

Y. Zou, L. Bo, and Z. Li, "Recent progress in human body energy harvesting for smart bioelectronic system," Fundamental Research, vol. 1, pp. 364-382, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fmre.2021.05.002.

L. Manjakkal, L. Yin, A. Nathan, J. Wang, and R. Dahiya, "Energy autonomous sweat‐based wearable systems," Advanced Materials, vol. 33, p. 2100899, 2021. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202100899.

L. Yin and J. Wang, "Wearable energy systems: what are the limits and limitations?," National Science Review, vol. 10, p. nwac060, 2023. DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwac060.

Sistemas de recolección de energía Análisis de tamaño y participación del mercado tendencias y pronósticos de crecimiento (2023 - 2028). Available: https://www.mordorintelligence.com/es/industry-reports/energy-harvesting-system-market

O. Mendez-Lira, E. M. Spinelli, and R. Gonzalez-Landaeta, "Battery‐Less Power Management Circuit Powered by a Wearable Piezoelectric Energy Harvester," Energy Technology, vol. 9, p. 2100520, 2021. DOI: https://doi.org/10.1002/ente.202100520.

Sistemas electrónicos portables

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Publicado

2024-03-22

Número

Sección

Ciencias Aplicadas