¿Puede una mano cálida encender una linterna? No girando una manivela, no agitando un imán de un lado a otro, sino simplemente sosteniéndolo, de la misma manera que sostenerías una antorcha en un camino oscuro. En 2013, un chico de 15 años respondió que sí, y lo hizo con piezas que cuestan menos que una entrada de cine.
Su nombre es Ann Makosinski y era estudiante de décimo grado en la Escuela Universitaria St. Michaels en Victoria, Columbia Británica. Su “Linterna hueca” no necesita batería, ni panel solar ni cuerda. Funciona gracias a la pequeña diferencia de temperatura entre la piel de la palma de la mano y el aire más frío que la rodea. Cuatro fichas Peltier hacen la conversión y la luz permanece encendida mientras la sostienes.
¿Cómo se convierte el calor corporal en luz?
El truco es una pieza de física llamada efecto Seebeck. Junte dos metales diferentes, mantenga un lado más caliente que el otro y aparecerá un pequeño voltaje entre ellos. Sin piezas móviles, sin quemar combustible, sólo una diferencia de temperatura haciendo el trabajo. Ésa es la idea del efecto Seebeck: una diferencia de temperatura se convierte directamente en voltaje, aunque no de manera muy eficiente.
Una loseta Peltier es el hardware cotidiano que hace esto. Es posible que haya conocido uno dentro de una pequeña vinoteca o de un frigorífico portátil, donde normalmente funciona a la inversa, utilizando electricidad para mover el calor. Si lo ejecutamos en sentido contrario, con un lado caliente y otro frío, se convierte en un pequeño generador. Tu palma es el lado caliente. No calienta mucho, pero para un LED de bajo consumo es suficiente.
Lo que realmente construyó Ann Makosinski
El diseño es lo suficientemente simple como para imaginarlo. Cuatro de estas baldosas se asientan alrededor del exterior de un tubo hueco de aluminio. Cuando envuelves tu mano alrededor del tubo, tu palma calienta la cara exterior de cada baldosa. El aire que se mueve a través del centro abierto del tubo mantiene fría la cara interior. Esa diferencia entre las dos caras es la que genera la corriente.
Ella construyó dos versiones, una de las cuales alojaba el tubo de aluminio dentro de un tramo de tubería de PVC, y cada una costaba alrededor de $26 en materiales. Ambos mantuvieron un haz LED fijo durante más de 20 minutos. El proyecto ganó en su categoría de edad en la Feria de Ciencias de Google de 2013.
Lo que la atrajo a la idea fue menos la linterna y más la fuente. “Estoy realmente interesada en recolectar el excedente de energía, energía que nos rodea pero que en realidad nunca usamos”, dijo a CBC. El cuerpo humano desprende calor todo el tiempo. La mayor parte simplemente se filtra hacia la habitación y desaparece. Su linterna capta una pizca al salir.
Por qué es importante el tubo hueco
El detalle al que seguimos volviendo es el que hace que todo funcione. Una loseta Peltier solo genera energía cuando sus dos lados están a diferentes temperaturas. Si ambas caras alcanzan la misma temperatura, el voltaje colapsa y la luz se apaga. Así que el verdadero problema de ingeniería no es generar calor. Tu mano lo hace gratis. El problema es mantener frío el lado frío.
El centro hueco es la respuesta. Al dejar la mitad del tubo abierta, el aire puede pasar por las caras internas de las baldosas y llevarse el calor que se filtra desde la palma de la mano. Eso mantiene a los dos lados separados. También explica una agradable peculiaridad del dispositivo: funcionaba con más brillo en los días más fríos. Las linternas eran más brillantes a 5°C que a 10°C, porque una habitación más fría significa una mayor distancia entre las manos y el aire, y una mayor distancia significa más energía.
¿Es realmente útil una linterna para calentar las manos?
Como linterna doméstica, probablemente no reemplace a la que tiene en su cajón. La salida es modesta, el haz es suave y se oscurece en el momento en que lo colocas. En una noche cálida la diferencia de temperatura se reduce y la luz también. Estos son límites reales, no quisquillosos.
Sin embargo, juzgarlo como una linterna de consumo no tiene sentido. Lo que demostró es que una palma cálida y una habitación fresca contienen suficiente energía utilizable para hacer funcionar un dispositivo electrónico real, de forma económica y sin nada exótico en su construcción. Se sostiene como prueba de que se puede diseñar en torno a una fuente de energía pequeña y siempre encendida en lugar de una almacenada. La linterna es el envoltorio. La idea interna es que la energía estuvo ahí todo el tiempo, goteándose sin ser utilizada.
La idea más amplia: el calor residual como fuente de energía
Esa idea no es sólo una novedad de una feria científica. Participa en algunas de las misiones más largas que haya realizado la humanidad. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos de la NASA utilizan el mismo principio: convierten el calor en electricidad sin partes móviles. La fuente de calor es diferente, la desintegración del plutonio en lugar de una mano caliente, pero el paso de conversión es la misma física que utilizó Makosinski. Las sondas gemelas Voyager se lanzaron en 1977 y todavía están funcionando en ellas, y el rover Perseverance en Marte consume alrededor de 110 vatios de una unidad que funciona de la misma manera.
Más cerca del cuerpo, los investigadores están persiguiendo la versión que insinuaba su proyecto: dispositivos portátiles que funcionan con su propio calor. Un equipo de la Universidad de Colorado en Boulder construyó un generador extensible que se puede usar como anillo o pulsera, como se describe en un artículo de Science Advances. El autor principal, Jianliang Xiao, señaló que “los generadores termoeléctricos están en estrecho contacto con el cuerpo humano y pueden utilizar el calor que normalmente se disiparía en el medio ambiente”.
Esa frase es la línea directa. Es el mismo excedente de energía del que hablaba Makosinski, el calor que arrojamos y que nunca utilizamos, captado por un dispositivo diferente. El objetivo aún está lejos. Xiao es explícito al decir que “en el futuro, queremos poder alimentar sus dispositivos electrónicos portátiles sin tener que incluir una batería”, y el mismo artículo señala que dichos dispositivos podrían llegar al mercado sólo en otros cinco a 10 años.
Lo que nos queda de una linterna de 26 dólares es el reencuadre. La mayoría de los diseños comienzan preguntando qué tamaño de batería necesitas. El enfoque termoeléctrico comienza en un lugar más extraño, preguntándose qué energía libre ya fluye a través del dispositivo y cómo mantener una diferencia de temperatura suficiente para captarla. Un rayo fijo durante 20 minutos con nada más que una mano cálida es una pequeña respuesta a esa pregunta, y una respuesta funcional.