La cantidad de calor (o frío) que el cuerpo humano puede soportar es limitada. Esto puede ser un problema en ambientes extremos, desde temperaturas polares bajo cero hasta el calor despiadado del Sahara, y no se limita a la Tierra. Mantener la temperatura también es un problema para los astronautas. El vacío del espacio es un congelador gigantesco, y la exposición a la luz solar directa puede ser tan brutal como el frío.
La tecnología de la ropa que regula la temperatura corporal suele funcionar en un solo sentido: calentar o enfriar. También tiende a ser voluminoso y necesita una energía sustancial que eventualmente agota las baterías. ¿Qué pasaría si hubiera un sistema que calentara y enfriara mientras funcionara con una fuente constante de energía renovable?
Un equipo de investigadores, dirigido por Ziyuan Wang de la Universidad Nankai en Tianjin, China, ha creado un sistema flexible y funciona con energía solar Dispositivo que puede incorporarse a la ropa y regular el cuerpo calentando o enfriando activamente la piel. Además funciona de forma continua durante 24 horas y sólo necesita luz solar para recargarse.
«Para lograr la sostenibilidad y flexibilidad requeridas, así como el peso ligero, la unidad de gestión térmica del cuerpo debe ser altamente eficiente en la transferencia de energía y tener un bajo consumo de energía», dijo el equipo en un estudiar publicado recientemente en Science.
Baterías no incluidas
El nuevo sistema de Wang combina la potencia de una célula solar con la de una dispositivo electrocalórico. Células solaresLas células fotovoltaicas, también conocidas como células fotovoltaicas, están hechas de materiales semiconductores que pueden absorber la energía de la luz solar y convertirla en electricidad. En este caso, el material fotovoltaico utilizado es un polímero flexible.
El otro componente es un dispositivo electrocalórico que cambia la temperatura cuando se coloca en un campo eléctrico, al aplicar el campo se calentará el material, mientras que al retirarlo se enfriará.
El sistema desarrollado por Wang y sus colegas está hecho de un tipo de polivinilo. Este material flexible funciona como aislante, integrando una célula solar en el exterior del polivinilo con un dispositivo electrocalórico debajo. Cuando se expuso a la luz solar, la célula solar hizo exactamente lo que se esperaba: convertir la luz solar en energía eléctrica. Esta electricidad luego se transfiere al dispositivo electrocalórico, donde (suponiendo que el dispositivo esté en modo de enfriamiento) la aparición de un campo eléctrico calentará el dispositivo. La célula solar produce suficiente energía para mantener todo el sistema en funcionamiento, y cualquier energía adicional se guarda en un dispositivo de almacenamiento de energía separado.
Sube o baja
Cualquier energía almacenada durante el día se vuelve especialmente útil después de que se pone el sol. En la oscuridad, el sistema aprovecha automáticamente la energía del accesorio de almacenamiento para seguir funcionando durante la noche. Los modos de calefacción y refrigeración se pueden cambiar fácilmente a medida que hace más calor o más frío. Y, cuando el sistema se queda sin energía, no es necesario enchufar nada: la exposición a la luz solar directa durante 12 horas lo recargará.
«Con estos dos modos de trabajo, se puede implementar una termorregulación bidireccional controlable para enfriamiento y calentamiento según sea necesario», dijeron los investigadores en el mismo estudiar.
Entonces, ¿cómo puede un explorador, un astronauta o cualquier persona que se encuentre en un entorno extremo llevar este dispositivo? Wang propone un traje con paneles de calefacción y refrigeración unidos a la parte delantera y trasera del pecho, brazos y piernas. Debido a que los paneles son tan flexibles y livianos, una prenda como esta no pesaría a nadie que se enfrente a un calor abrasador.
Si bien es posible que esta tecnología termorreguladora aún no esté disponible, Wang tiene la esperanza de que pueda ser un avance significativo para quienes tienen que trabajar en entornos extremos, incluso los astronautas que tienen que desafiar la gélida oscuridad para realizar una caminata espacial.
Ciencia, 2023. DOI: 10.1126/ciencia.adj3654
