Bloques termoeléctricos ensamblables tipo Lego para generadores de energía reconfigurables, autorreparables y flexibles

Convertir el calor residual en energía útil

Cada día, enormes cantidades de calor procedentes de motores de coches, tuberías industriales e incluso de nuestros propios cuerpos se disipan simplemente en el aire. Los generadores termoeléctricos pueden convertir ese calor directamente en electricidad, pero los dispositivos actuales son rígidos, frágiles y casi imposibles de reparar una vez que se agrietan. Esta investigación presenta un nuevo enfoque: pequeños bloques de alimentación tipo Lego que pueden doblarse, curarse tras sufrir daños y volver a montarse en nuevas formas, abriendo la puerta a fuentes de energía que son tanto más resistentes como mucho más adaptables que las que usamos hoy.

Construir energía a partir de pequeños bloques

En lugar de un módulo grande y quebradizo, el equipo diseñó “bloques termoeléctricos tipo Lego” individuales. Cada bloque es una unidad autónoma que incluye una pata termoeléctrica sólida —la parte que convierte el calor en electricidad— intercalada entre almohadillas conductoras y flexibles hechas de un polímero especial cargado con escamas de plata. Estas almohadillas actúan como electrodos flexibles y pueden reconectarse entre sí cuando se presionan. Mediante el acoplamiento de muchos de estos bloques en matrices, los investigadores pueden crear generadores de distintos tamaños y configuraciones, de manera similar a construir con ladrillos de juguete.

Materiales blandos que conducen y se autorreparan

Para que los bloques fueran tanto flexibles como duraderos, los investigadores utilizaron una base similar a la silicona (en espíritu parecida a la goma de silicona común) que había sido diseñada para formar enlaces reversibles de modo que pueda “curarse” después de ser rayada o cortada. Mezclaron pequeñas escamas de plata para que cada almohadilla blanda también conduzca electricidad y calor. Las pruebas mostraron que este compuesto mantenía su estructura y rendimiento a lo largo de muchos ciclos de calentamiento y enfriamiento hasta temperaturas de operación cotidianas, y podía transportar corrientes eléctricas sustanciales mientras conducía el calor mejor que el polímero sin carga. De forma crucial, cuando su superficie se rayaba, la resistencia eléctrica volvía casi a la normalidad en minutos, e incluso después de ser completamente cortada y luego reunida con presión suave y calor moderado, su capacidad para transportar corriente se recuperaba casi por completo.

Impresión de los núcleos que trabajan duro

El corazón de cada bloque es una pata termoeléctrica hecha de compuestos a base de bismuto y telurio, caballos de batalla de largo recorrido en termoeléctricos de baja temperatura. En lugar de maquinar piezas voluminosas, el equipo utilizó una técnica de impresión 3D por extrusión para depositar pastas de partículas termoeléctricas finamente molidas. Tras un tratamiento térmico, estas patas impresas se convirtieron en sólidos densos y continuos con un rendimiento cercano al de los materiales voluminosos convencionales, mientras que su porosidad interna ayudaba a mantener bajo el flujo de calor —una ventaja para la generación de energía. Las mediciones de conductividad eléctrica, conducción térmica y respuesta de voltaje a diferencias de temperatura confirmaron que estos diminutos elementos impresos podían cosechar de forma eficiente pequeños gradientes de temperatura alrededor de la temperatura ambiente.

Dispositivos que se doblan, estiran y se desmontan

Una vez ensamblados en generadores de prueba sencillos, los bloques tipo Lego fueron sometidos a exigentes ensayos mecánicos. Los dispositivos podían doblarse hasta un radio reducido de unos 3,4 milímetros y estirarse hasta un 40 por ciento de deformación manteniendo su resistencia eléctrica y su potencia prácticamente sin cambios. Cuando los electrodos se rayaban, la resistencia aumentaba momentáneamente y luego volvía cerca de su valor inicial a medida que el material se autorreparaba. Aún más llamativo, generadores enteros fueron cortados en bloques separados y luego reensamblados: los dispositivos reensamblados producían casi el mismo voltaje y potencia que antes, con diferencias de solo unos pocos por ciento. Esto demostró que un generador dañado podía restaurarse sin sustituir todas sus piezas.

Reconstruir generadores de energía como si fuesen juguetes

Aprovechando el diseño modular, los investigadores desmontaron y reconstruyeron repetidamente el mismo conjunto de bloques en diferentes formas generales. Fabricaron generadores con dos, cuatro y seis pares de bloques en matrices sencillas, y luego los reorganizaron en disposiciones en forma de U, V y W que podían adaptarse mejor a superficies curvas o complejas. En estas configuraciones, siempre que se preservara la conexión en serie eléctrica, el voltaje total aumentaba de forma predecible con el número de bloques y permanecía similar cuando cambiaba la geometría. Esto significa que los diseñadores podrían remodelar libremente un generador para ajustarlo a una tubería, una banda wearable o un dispositivo a medida sin sacrificar el rendimiento.

Hacia captadores de calor personalizables y reparables

En términos sencillos, este estudio muestra cómo convertir módulos termoeléctricos en unidades tipo Lego puede resolver a la vez varios problemas de larga data. Los bloques son lo suficientemente flexibles para adaptarse a superficies curvas, lo bastante resistentes para doblarse y estirarse, capaces de curarse tras cortes y rayaduras, y fáciles de reconfigurar en nuevos diseños según cambien las necesidades. Aunque cada generador individual actualmente entrega una potencia modesta, el enfoque es escalable: se pueden añadir más bloques para aumentar la salida. Estos bloques constructivos autorreparables y reconfigurables apuntan a un futuro en el que los generadores de energía puedan montarse, repararse y remodelarse bajo demanda, en lugar de desecharse cuando se agrietan o dejan de encajar en su propósito original.

Cita: Kim, K., Park, K., Song, J. et al. Assemblable thermoelectric Lego blocks for reconfigurable, self-healing, and flexible power generators. npj Flex Electron 10, 30 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00534-8

Palabras clave: generador termoeléctrico, electrónica flexible, materiales autorreparables, impresión 3D, captación de energía