Desarrollan «ventanas líquidas» inspiradas en piel de calamar para ahorrar energía

Investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto crearon un sistema que puede optimizar la luz que llega al interior de los edificios, basado en el material que forma la piel de los moluscos.

Gerardo Sifuentes

04/02/2023 12:00pm

Autor: Gerardo Sifuentes

Los edificios usan grandes cantidades de energía para calentar, enfriar e iluminar el espacio en su interior. Si se pudiera controlar estratégicamente la cantidad, el tipo y la dirección de la energía solar que ingresa en estos, se reduciría significativamente la cantidad de trabajo que se le exige al aire acondicionado e iluminación.

En la actualidad, ciertas tecnologías inteligentes de construcción, como las persianas automáticas o las ventanas electrocrómicas (que cambian su opacidad en respuesta a una corriente eléctrica), se pueden usar para controlar la cantidad de luz solar que ingresa a una habitación. Pero estos sistemas son limitados: no pueden discriminar entre diferentes longitudes de onda de luz, ni pueden controlar cómo se distribuye espacialmente esa luz.

La luz del sol contiene luz visible que afecta la iluminación del edificio, pero también contiene otras longitudes de onda invisibles, como la luz infrarroja, que podemos considerar esencialmente como calor. A la mitad de un día en invierno, probablemente lo deseable es dejar entrar ambos, pero en verano, solo la luz. Los sistemas actuales normalmente no pueden hacer esto: bloquean ambos o ninguno. Tampoco tienen la capacidad de dirigir o dispersar la luz de manera beneficiosa.

¿Qué tipo de material investigaron?

Un sistema desarrollado por Investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto, Canadá, aprovecha el poder de la microfluídica para ofrecer una alternativa. Sus prototipos consisten en láminas planas de plástico, impregnadas con una serie de canales de un milímetro de espesor, a través de los cuales se pueden bombear fluidos. En estos se pueden mezclar pigmentos personalizados, partículas u otras moléculas en los fluidos para controlar qué tipo de luz pasa, como las longitudes de onda visibles frente a las del infrarrojo cercano, y en qué dirección se distribuye esta luz.

Además de ser simple y de bajo costo, también permite que se le modifiquen distintos parámetros según las necesidades. Con este se podrían diseñar fachadas de edificios con propiedades dinámicas, y en estado líquido sus propiedades ópticas son muy valiosas.

¿Cómo los diseñaron?

Muchas especies de calamares tienen una piel que contiene capas apiladas de órganos especializados: los cromatóforos, que controlan la absorción de la luz, y los iridóforos, que afectan la reflexión y la iridiscencia. Estos elementos direccionables individualmente trabajan juntos para generar comportamientos ópticos únicos que solo son posibles a través de su operación combinada.

Mientras que los investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto se centraron en el diseño y la construcción de los prototipos, otro miembro del equipo programó modelos informáticos que analizan el impacto energético potencial de cubrir un edificio hipotético con este tipo de fachada dinámica.

Estos modelos fueron alimentados con las propiedades físicas medidas a partir de los prototipos. El equipo también simuló varios algoritmos de control para activar o desactivar las capas en respuesta a las condiciones ambientales cambiantes.

¿Qué hacen exactamente?

El trabajo está basado en otro sistema que utiliza pigmentos inyectados, desarrollados por el mismo equipo a principios de este año. Si bien ese estudio se inspiró en las habilidades de cambio de color de los artrópodos marinos, el sistema actual es más análogo a la piel de múltiples capas del calamar.

Estas láminas se pueden combinar en una pila de múltiples capas, cada una responsable de un tipo diferente de función óptica: controlar la intensidad, filtrar la longitud de onda o ajustar la dispersión de la luz transmitida en interiores. Mediante el uso de pequeñas bombas controladas digitalmente para agregar o eliminar fluidos de cada capa, el sistema puede optimizar la transmisión de luz.

La idea a futuro es crear un edificio inteligente que pueda aprender a realizar los ajustes necesarios para optimizar su consumo de energía según los cambios de las condiciones solares, ya sean diarias o estacionales. El equipo ya está trabajando en cómo escalar la propuesta de manera que posteriormente pueda cubrir un edificio completo. Eso requerirá trabajo, pero dado que todo esto se puede hacer con materiales simples, no tóxicos y de bajo costo, es un desafío que se puede resolver.

Los resultados del estudio «Optofluídica multicapa para edificios sostenibles», fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, el 31 de enero de 2023.