INTRODUCCION

ENERGIA BIOMECÁNICA

1. CONCEPTO

Es la energía que se da por el aprovechamiento de los cuerpos para generar energía, en pocas palabras es el aprovechamiento de la energía mecánica (La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico) de los cuerpos para producir otro tipo de energías.

El término de energía biomecánica es muy poco usado dado a que es muy reciente y que aún se sigue haciendo experimentos para su posible aprovechamiento.

La energía biomecánica podría ser una de las energías que nos ayudaran a sustituir de manera definitiva las energías fósiles y así contribuir no solo a la economía sino también a la conservación del medio ambiente.

La energía biomecánica estudia las fuerzas internas (músculos, huesos y articulaciones) y externas (viento, gravedad, presión) que influyen en el rendimiento humano

2. ¿Cómo aprovechar esta energía biomecánica para generar energía eléctrica?

La luz del sol, el viento y las olas no son las únicas fuentes de energía renovable que podríamos utilizar para dejar de quemar petróleo. Los especialistas en nanotecnología han comenzado a desarrollar generadores que obtienen su energía de la fuerza muscular. Sin embargo, es difícil aprovechar este tipo de fuente ya que la energía que produce es muy escasa e irregular.

De momento lo que han conseguido no es poco y es que han demostrado formas de convertir en electricidad incluso la energía biomecánica irregular, es decir, convertir cualquier perturbación mecánica en energía eléctrica.

A través de nano generadores alimentados por movimientos mecánicos irregulares, como la vibración de las cuerdas vocales, los ligeros golpes de los dedos o incluso el movimiento de un pequeño roedor dando vueltas en una rueda, se podrían conseguir electricidad. La cantidad de energía que estas actividades producen no es despreciable pues supone la mayoría de la energía de baja frecuencia procedente del movimiento irregular ya que la energía biomecánica es, como hemos dicho, variable e irregular a diferencia del movimiento mecánico que hoy genera la electricidad a gran escala.

La base de esta energía descargada es el efecto piezoeléctrico: El efecto piezoeléctrico, es un fenómeno físico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre ciertas

caras del cristal cuando éste se somete a una deformación mecánica. Los cables de óxido de zinc usados por los investigadores tienen entre 100 y 800 nanómetros de diámetro y entre 100 y 500 micras de longitud. Para conseguir la energía para alimentar un móvil harían falta varios miles de generadores de un solo cable, que podrían construirse en módulos tridimensionales.

3. UTILIDAD

Hoy en día se está trabajando en posibles aparatos que puedan utilizar este tipo de energía, la energía biomecánica tiene utilidad tanto en el aspecto de salud como en la industria. Entre los aparatos más destacados se encuentran los recolectores de energía (figura 1), que utilizan la energía del movimiento para generar electricidad.Almacenar energía cinética no es el modo más eficiente de generar electricidad, pero sí la manera más adecuada de aprovechar toda la energía que generamos para recargar los dispositivos que usamos cotidianamente: teléfono móvil, ordenador portátil, ordenador de sobremesa, equipos electrónicos, electrodomésticos, etc.La energía biomecánica es renovable (ya que es básicamente energía del movimiento) y por ello no contribuye al impacto climático.

Figura 1: Recolector de energíahttp://

photo.faircompanies.com.s3.amazonaws.com/users/nicolas.boullosa/photos/Biomechanical-Energy-Harvester.jpg

4. BENEFICIOS

Personas de todas las edades y naturalezas, deportistas o no, quieren disfrutar cada vez más de los beneficios que se derivan de someterse a un estudio biomecánico o una valoración postural.

Este creciente interés, viene motivado por dos factores

esenciales:

El primero de ellos es el desarrollo tecnológico alcanzado en torno a la biomecánica. En España, empresas como Sensor Medica, están protagonizando una oferta  cada vez mayor de revolucionarios software y equipos de medición y análisis de todo tipo aplicados al estudio biomecánico en pacientes de toda índole.

La segunda razón para el auge de la biomecánica la vamos a encontrar en el conocimiento a nivel general de los beneficios que la biomecánica aporta a nuestra salud y los problemas que se derivan de un sistema locomotor que no está trabajando en equilibrio.

Algunos de los beneficios de la biomecánica son:

o La Biomecánica estudia las fuerzas y aceleraciones que actúan sobre los organismos vivos. está relacionada íntimamente con su formal de manera que se puede hablar de una morfología funcional.

o Conjunto de conocimientos interdisciplinarios generados a partir de utilizar ,con el apoyo de otras ciencias biomédicas ,los conocimientos de la mecánica y distintas tecnologías :

- El estudio del comportamiento de los sistemas biológicos y en particular del cuerpo humano.

- Resolver los problemas que le provocan las distintas condiciones a las que puede verse sometido.

5. VENTAJAS

Varias de las ventajas de usar la Biomecánica es q se pueden aplicar en diferentes tipos de cosas como:

Deporte. Prótesis para el cuerpo para una buena calidad de vida. Para análisis y proyectos de obtención de energía.

6. DESVENTAJAS

Las desventajas de la biomecánica son principalmente 2

No es una energía duradera o q se pueda llegar a utilizar constantemente ya que para llegar a usarla tiene q hacerse un esfuerzo o una acción para obtener esta energía y esta energía no se acumula ni se almacena.

 Los usos actuales de biomecánica en tecnologías son limitados por su costo, aunque expertos aseguran que, a medida que continúan trabajando en este dispositivo, su peso y su precio se vayan reduciendo.

7. DESARROLLO DE LA BIOMECANICA

La Biomecánica se ha desarrollado principalmente en tres áreas:

a.- Medico analizando las patologías que aquejan al cuerpo humano y establecer soluciones capaces de resolver dichas patologías.

b.- Deportivo Analizando la práctica deportiva para lograr un mejorar rendimiento, así como el desarrollo de técnicas de entrenamiento capaces de imitar a otros organismos que en la naturaleza son superiores al hombre, desarrollar nuevos

materiales para que tanto uniformes como equipos sean el sustento para romper nuevos record.

c.- Ocupacional Analizando la relación mecánica que el cuerpo humano sostiene con los elementos con que interactúa en distintos ambientes - el laboral, el docente, el doméstico y el de descanso, con el único fin de adaptarlo a sus necesidades y capacidades para lograr una vida mejor.

8. PROYECTOS:

Zapatos que generan energía eléctrica al caminar

El grupo Instep NanoPower de la Universidad de Wisconsin-Madison, se ha

especializado en el desarrollo de soluciones basadas en las nanotecnologías

de los sectores de energías renovables. Basándose en una red de energía

eléctrica adecuada en muchas áreas geográficas que limitan el uso de la

electrónica portátil; han creado un recolector de energía que promete reducir la

dependencia a las baterías.

"Por lo general, los humanos son unas máquinas muy poderosas parar

producir energía", dice Tom Krupenkin, profesor de ingeniería mecánica de la

Universidad de Wisconsin-Madison.

Este es un invento se  sustenta bajo la premisa de que el ser humano al correr,

puede generar un kilovatio de potencia y esta energía se  pierde en forma de

calor.

El recolector de energía llamado "reverse electrowetting"(figura 2) es un

dispositivo a base de microgotas  en una especie de bolsitas, que se

implementa en la plantilla de un zapato, generando y almacenando hasta 20

vatios de electricidad.

Este nuevo mecanismo que utiliza como único principio convertir la energía de

gotas microscópicas en corrientes eléctricas, por medio de un zapato exclusivo;

podrá emplearse para alimentar ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes,

GPS y linternas. Pero eso no es todo. Los creadores de este invento proponen

que la energía recopilada por las "plantillas recolectoras" se transmita a los

dispositivos eléctricos a través de una especie de "punto Wi-Fi" y un generador

de energía eléctrica, que permitirá que las baterías duren hasta diez veces

más.

La energía cinética se ha implementado en dispositivos de baja potencia como

los relojes; pero en esta ocasión la innovación resalta, ya que por primera vez

se crea un sistema que genera energía en el rango intermedio de los vatios, el

que abastece a los aparatos eléctricos.

Según dieron a conocer los creadores  del mecanismo "reverse electrowetting",

el precio de esta tecnología  no excederá en un principio a lo que cuesta el

calzado; y si aportara al buen trabajo de la energía renovable.

Figura 2: “reverse electrowetting”

http://www.styleinsumos.com/newsdetalle.php?id=240

Energía a partir de movimientos musculares

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Georgia han creado una nueva tecnología capaz de convertir la energía mecánica más irregular en energía eléctrica. Para ello han usado nano generadores que aprovechan el efecto piezoeléctrico para generar cargas eléctricas.

En concreto, han adosado algunos de estos generadores en un hámster, de tal modo que su movimiento (o simplemente mientras se rascaba) ha producido la tan esperada electricidad. Para generar energía a gran escala, el ser humano se ha visto obligado a usar los movimientos mecánicos regulares. La naturaleza, y nuestro propio cuerpo, están llena de movimientos mecánicos irregulares que también pueden llegar a ser una fuente de energía limpia y renovable. Esta investigación permite que nos acerquemos a más a esta posibilidad.

La pregunta es: ¿Puede un simple hámster solucionar los problemas energéticos del mundo? Lo más probable es que no, pero uno de estos

roedores ha puesto su granito de arena para proporcionarnos, a nosotros, seres humanos, una fuente de energía totalmente renovable. 

La clave ha sido “vestir” al hámster con un chaleco repleto de nano generadores. Esos nano generadores producen electricidad mientras el animal corre o gira en la rueda de su jaula. 

Usando la misma nanotecnología, los ingenieros del Instituto Tecnológico de Georgia han conseguido generar también corriente eléctrica a partir activar las teclas de un teléfono móvil. De esta manera, según ellos, estaríamos más cerca de que estos y otros dispositivos puedan autoabastecerse mientras los usamos. Así de sencillo. 

“Usando nanotecnología, hemos demostrado formas de convertir la energía biomecánica más irregular en electricidad. Esta tecnología puede convertir cualquier perturbación mecánica en energía eléctrica”, asegura Zhong Lin Wang, profesor de ingeniería y ciencias de los materiales del Georgia Tech, en un comunicado. 

Algunos estudios ya han demostrado que los nano generadores, en los que el equipo de Wang ha estado trabajando desde 2005, pueden ser estimulados por impulsos mecánicos irregulares, como vibraciones de las cuerdas vocales, el movimiento de una bandera con la brisa, la presión ejercida con los dedos al manipular un móvil o una guitarra o el citado hámster corriendo en su rueda de ejercicio. 

Movimientos irregulares

El hecho de poder extraer esa energía de baja frecuencia a partir de movimientos irregulares es algo remarcable, ya que la mayor parte de la energía biomecánica es variable, a diferencia del movimiento mecánico regular usado hoy en día para generar energía a gran escala. Este campo de investigación abre nuevas e insospechadas vías para conseguir una energía limpia y renovable. 

La energía del nanogenerador es producida por el llamado efecto piezoeléctrico, fenómeno en que ciertos materiales, como cables de óxido de zinc, generan cargas eléctricas cuando son doblados y luego relajados. Estos cables miden entre 100 y 800 nanómetros de diámetro, y entre 100 y 500 micrómetros de longitud. 

El prototipo ahora presentado consiste en una serie de nanocables de óxido de zinc montados sobre una superficie de plástico flexible. Los cables están conectados entre sí y a un circuito eléctrico externo mediante electrodos metálicos. Cuando el plástico se curva, también dobla los cables. De esta manera, se generan pequeñas cantidades de corriente alterna. 

Los investigadores han llevado a cabo varios experimentos prácticos para ver posibles aplicaciones de esta tecnología. En uno fijaron uno de estos nanogeneradores al dedo índice de una persona y luego recogieron la energía que se generada cuando tamborileaba sobre una mesa. 

Pero quizá lo más espectacular es que adosaron el dispositivo a un hámster, que empezó a generar electricidad al correr en su rueda de ejercicios e, incluso, mientras se rascaba.

Inconsistencias 

Wang considera que para alimentar un dispositivo portátil haría falta por lo menos miles de estos pequeños generadores, que podría ser levantado en módulos tridimensionales. 

Este ingeniero cree que su tecnología podría implantarse en el cuerpo humano para recoger energía del movimiento de nuestros músculos o del movimiento generado por la circulación de la sangre a través de los vasos sanguíneos. En el cuerpo, podría ser usada para alimentar pequeños nanodispositivos ideados para medir la presión sanguínea o signos vitales. 

Dado que el nanogenerador produce corriente alterna, uno de los retos de la investigación ha sido sincronizar los cuatro generadores adosados a la espalda del rodeador para poder maximizar la producción de corriente. Sin esta sincronización, explican, la corriente que fluye desde un generador podría cancelar la corriente de otro. 

Para lograrlo, los ingenieros usaron un sustrato que era flexible en una sola dirección, forzando a los generadores a doblarse juntos. Y, pese a esto, todavía existían variaciones sustanciales en la producción de energía desde cada generador. Estas diferencias son resultado de las variaciones en la flexibilidad y debido a que el dispositivo en el que se han hecho las pruebas ha sido fabricado a mano, por lo que tiene inconsistencias.

Los investigadores han encontrado no pocos problemas relacionados con los animales usados en los experimentos. En primer lugar probaron con ratas, pero se dieron cuenta de que no estaban muy interesadas en correr. Después descubrieron que los hamsters eran criaturas más activas. 

“Creemos que esta es la primera demostración en la que se ha podido generar corriente a partir del un animal vivo con nanogeneradores”, dice Wang. “Este estudio muestra que los animales y los humanos estamos en disposición de generar corriente”. 

ENERGIA AL CAMINAR

¿Podría diseñarse algún dispositivo acoplable a las piernas de un caminante o paseante que transformase el movimiento de las extremidades en energía acumulable capaza de hacer funcionar dispositivos electrónicos tales un teléfono móvil, un GPS portátil, una pequeña radio, una articulación de prótesis motorizada o un neurotransmisor implantado?. Si ello fuera factible tendría una trascendencia y a aplicación tremendas pues sus usos podrían ser múltiples. Muy recientemente la revista SCIENCE se hacía eco de la consecución de un dispositivo de este tipo por científicos de la Universidad de Michigan trabajando en equipo con otros investigadores canadienses y americanos, en un artículo titulado "Biomechanical Energy Harvesting: Generating Electricity During Walking with Minimal User Effort". (Recolección de energía biomecánica: la generación de electricidad al caminar con esfuerzo mínimo del usuario)

USOS    Según uno de sus inventores, Max Donelan, “las primeras personas que lo usen serán aquellas que dependan de energía portátil para vivir". Por ejemplo, en el campo de la medicina, la energía portátil ha de ser utilizada por las personas con marcapasos implantados o aquéllos que tienen amputados miembros del cuerpo y que necesitan llevar prótesis, por lo que queda abierta la idea, por ejemplo, del diseño de nuevas rodillas ortopédicas acoplados a sistemas energéticos cuya fuente de energía fuese de ese tipo, humana.  

Equipos parecidos podrían ser utilizados por las personas que han sufrido un ataque, por ejemplo, o que se han lesionado la espina dorsal y que utilizan un exoesqueleto o esqueleto externo, una especie de mecanismo metálico que los ayuda a moverse. Los soldados también podrían beneficiarse de este dispositivo en la rodilla para crear energía y hacer funcionar los múltiples dispositivos que actualmente utilizan como, por ejemplo, los anteojos de visión nocturna y los GPS, sin necesidad de depender del suministro externo de baterías. U de gran utilidad podría ser para deportistas como los escaladores de montañas. Y no podemos olvidar que buena parte de la población mundial aun vive en zonas donde el suministro regular de energía eléctrica es inexistente.

PRECEDENTES Recurrir a estas fuentes de energía no es una idea nueva. De hecho se trata de usar los mismos principios que se utilizan o utilizaban en dispositivos diarios tales como radios o relojes de cuerda, es decir, convertir la energía mecánica, almacenarla y utilizarla.

El ministerio de Defensa de Estados Unidos cuenta con la potentísima agencia DARPA que canaliza buena parte del gran esfuerzo investigador americano. Esa agencia hace tiempo que apoya un proyecto destinado a desarrollar energía a través de pisadas, energía que es creada por unos generadores implantados en las botas de los soldados y que funcionan con el movimiento del caminar. Y, en el año 2005, unos científicos estadounidenses desarrollaron

una mochila creadora de energía capaz convertir energía eléctrica a través del movimiento.

Pero el problema de los dispositivos que se llevan en los zapatos o botas es que generan relativamente poca energía y que las personas que llevan la mochila tienen que soportar el peso de la bolsa, por lo que se requiere una carga bastante pesada, alrededor de 38 kilos, para conseguir una cantidad apreciable de energía, ya que un soldado que llevase esa mochila generadora de energía de energía y que caminase relativamente rápido, solo podía generar alrededor de 7,4 vatios de energía, 1ue es la misma cantidad que la producida por el nuevo dispositivo desarrollado acoplado a las rodillas.

FUNCIONAMIENTOEl mecanismo opera en gran medida de modo parecido a las cargas regenerativas del freno en la batería de algunos automóviles híbridos, recogiendo la energía cinética que, de otra manera, se disiparía como calor cuando disminuye la velocidad de un vehículo.

En el dispositivo comentado, una abrazadera en la rodilla recoge la energía que se pierde cuando la persona frena la rodilla después de mover la pierna hacia adelante para dar un paso ya que aunque existe energía que puede recogerse de varias partes del cuerpo y puede usarse para la generación de electricidad, la rodilla es, probablemente, el mejor sitio y la articulación de la rodilla tiene aptitudes únicas para ello.

Según el Dr. Kuo, otro de los diseñadores del invento, "Cuando uno camina disipa energía en varias partes, por ejemplo cuando el pie toca el suelo. Uno tiene que compensar esto con el trabajo de los músculos". "El cuerpo es inteligente", continuó Kuo. "En muchas partes donde el cuerpo podría disipar la energía, quizá de hecho, la almacena y la recupera de manera elástica. Los tendones actúan como resortes. En muchas partes no estamos realmente seguros si la energía verdaderamente se disipa o si uno la almacena temporalmente. En condiciones normales, cuando uno va frenando la rodilla al término del movimiento de la pierna, la mayor parte de esa energía simplemente se desperdicia".

Los científicos probaron la abrazadera para la rodilla en seis hombres que caminaron a ritmo tranquilo en una cinta mecánica a razón de 3,6 kilómetros por hora. Los investigadores midieron la respiración de los sujetos para determinar la intensidad de su esfuerzo. Un grupo de control usó la abrazadera con el generador desconectado para medir en qué forma el peso de la abrazadera, de 1,6 kilogramos (3,5 libras) afectaba al usuario.

En la modalidad en la cual la abrazadera sólo se activa cuando la rodilla frena, los sujetos requirieron menos de un vatio de energía metabólica adicional por cada vatio de electricidad que generaron mientras que un generador típico de palanca manual, por comparación, requiere un promedio de 6,4 vatios para generar un vatio de electricidad. En todo caso esta rodillera preliminar fue

capaz de generar suficiente energía para que funcione un teléfono móvil más de 30 minutos con tan sólo un minuto de caminata.

Según el Dr. Kuo lo que se ha demostrado es la existencia de la posibilidad del uso de la energía mecánica al andar. Y espera que, antes de 18 meses, los científicos y empresarios que se han unido para sacar adelante el  correspondiente proyecto industrial sean capaces de haber pasado desde el prototipo de dispositivo desarrollado hasta una forma comercial, liviana y práctica que podría tener multitud de aplicaciones.

9. APARATOS BIOMECÁNICOS:

nPower PEG: ("generador energético personal" en sus siglas en inglés) (figura 3)transfiere la energía, convertida en electricidad, a la batería del dispositivo electrónico portátil que haya sido conectado. Puede recargar el 80% de la batería de un móvil o un netbook en 1 hora. El proceso de recarga puede realizarse con el movimiento corporal o agitando verticalmente el nPower PEG.

Figura 3: generador energético personal

http://2.bp.blogspot.com/-gI7S4_TmvE8/TslR6ujztnI/AAAAAAAAAD0/Mw0UqRQYDoA/s1600/npowerpeg

Linternas mecánicas Faraday: (figura 4) producen electricidad a través de un simple meneo, y es tecnológicamente tan simple como barato. Podría ser modificado para generar electricidad con cualquier movimiento perceptible, especialmente caminar.

Figura 4: linterna mecánica Faraday

http://

3.bp.blogspot.com/-sG5Jry7MddU/TslRTxrzsyI/AAAAAAAAADc/tK8kzTBxno8/s1600/lintenafaraday.JPG

Pacesetters Project: Ya en 2006, un grupo de ingenieros británicos decidió recoger las vibraciones de la calle con un prototipo que se instalaba al mismo nivel que la superficie. El mecanismo ideado es capaz de convertir en electricidad las vibraciones generadas por los pasos de la gente(figura 5), que es usada posteriormente para suplir la iluminación callejera más próxima. Con la instalación de 5 unidades de estas losas recolectoras de energía cinética en una calle concurrida, se genera la energía suficiente para iluminar una parada de autobús durante toda una noche.

Figura 5: Electricidad por las vibraciones generadas por los pasos de la gente

http://4.bp.blogspot.com/-WKQvrEvI394/Ts7BaxOCZ_I/AAAAAAAAAEs/hFyBDwMmPnE/s1600/produccion-suelo1.jpg

CONCLUSIONES:

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://www.tendencias21.net/Una-nueva-tecnologia-genera-energia-a-partir-de-movimientos-musculares_a2997.html

http://ciencia-hoy.blogspot.com/2008/02/recoleccin-de-energa-biomecnica.html

http://cienciaysalud.laverdad.es/7_2_104.html

http://www.technologyreview.com/news/409508/knee-power/page/1/

http://cmcblog7.blogspot.com/2011/11/energia-soy-yo.html

http://www.styleinsumos.com/newsdetalle.php?id=240

Entonces la Biomecánica, es una rama de las ciencias, que estudia del movimiento de los seres vivos, basándose en las leyes de la mecánica. Cuyo objetivo es: “… busca la vía para una ejecución del movimiento, donde se equilibren el ahorro de energía, el menor daño físico y la belleza del cuerpo humano”. (Ing. Lázara Polaino de los Santos)