SARELA: Sistema autoalimentado con recolección ambiental de energía termoeléctrica y fotovoltaica

Los dispositivos médicos implantados tales como marcapasos, desfibriladores cardíacos, implantes de retina o cocleares han demostrado ser de enorme utilidad en la práctica clínica, estando su uso cada vez más extendido. Sin embargo, y a pesar de los esfuerzos en realizar un diseño de baja potencia, el consumo energético sigue siendo uno de los condicionantes de su uso. Por ello, el desarrollo de alternativas a las baterías clásicas constituye un reto tecnológico de enormes implicaciones sociales y económicas. En este sentido, este proyecto de investigación plantea el desarrollo de un sistema dual de recolección de energía termoeléctrica y fotovoltaica del ambiente para alimentar dispositivos implantables de forma eficiente y sin limitaciones temporales. Con este objetivo, se hace un especial énfasis en aspectos tales como la biocompatibilidad, el tamaño y el consumo del sistema.

El sistema consta de dos módulos generadores de energía. Por una parte, un módulo termoeléctrico capaz de generar un voltaje de salida como respuesta a diferencias de temperatura en el cuerpo humano y, por otra, una micro célula solar constituida por una matriz de fotodiodos que, a su vez, podrá reconfigurarse para funcionar en modo de captación de imágenes en aplicaciones tales como prótesis de retina. La micro célula solar irá integrada en un chip CMOS que incluirá también la circuitería de conversión y gestión de la energía recolectada. Finalmente, se dotará al sistema de un demostrador capaz de poner de manifiesto la eficiencia de la recolección de energía. Dicho demostrador será un circuito oscilador también integrado en el chip o, alternativamente, se podrá usar la energía recolectada para suministrar energía durante el proceso de lectura de una imagen cuando la matriz de fotodiodos funcione en modo cámara.

Objetivos

Estimación a priori de las expectativas de recolección de los elementos termoeléctricos y fotovoltaicos mediante simuladores comerciales.
Fabricación de los generadores termoeléctricos.
Caracterización experimental de los generadores termoeléctricos.
Diseño de la micro célula solar y el chip de interfaz de aprovechamiento de la energía recolectada.
Caracterización experimental del chip.

Los dispositivos médicos implantados tales como marcapasos, desfibriladores cardíacos, implantes de retina o cocleares han demostrado ser de enorme utilidad en la práctica clínica, estando su uso cada vez más extendido. Sin embargo, y a pesar de los esfuerzos en realizar un diseño de baja potencia, el consumo energético sigue siendo uno de los condicionantes de su uso. Por ello, el desarrollo de alternativas a las baterías clásicas constituye un reto tecnológico de enormes implicaciones sociales y económicas. En este sentido, este proyecto de investigación plantea el desarrollo de un sistema dual de recolección de energía termoeléctrica y fotovoltaica del ambiente para alimentar dispositivos implantables de forma eficiente y sin limitaciones temporales. Con este objetivo, se hace un especial énfasis en aspectos tales como la biocompatibilidad, el tamaño y el consumo del sistema. El sistema consta de dos módulos generadores de energía. Por una parte, un módulo termoeléctrico capaz de generar un voltaje de salida como respuesta a diferencias de temperatura en el cuerpo humano y, por otra, una micro célula solar constituida por una matriz de fotodiodos que, a su vez, podrá reconfigurarse para funcionar en modo de captación de imágenes en aplicaciones tales como prótesis de retina. La micro célula solar irá integrada en un chip CMOS que incluirá también la circuitería de conversión y gestión de la energía recolectada. Finalmente, se dotará al sistema de un demostrador capaz de poner de manifiesto la eficiencia de la recolección de energía. Dicho demostrador será un circuito oscilador también integrado en el chip o, alternativamente, se podrá usar la energía recolectada para suministrar energía durante el proceso de lectura de una imagen cuando la matriz de fotodiodos funcione en modo cámara.  <ul> <li>Estimación a priori de las expectativas de recolección de los elementos termoeléctricos y fotovoltaicos mediante simuladores comerciales.</li> <li>Fabricación de los generadores termoeléctricos.</li> <li>Caracterización experimental de los generadores termoeléctricos.</li> <li>Diseño de la micro célula solar y el chip de interfaz de aprovechamiento de la energía recolectada.</li> <li>Caracterización experimental del chip.</li> </ul> - Paula López Martínez - Antonio García Loureiro