El tejido que jubilará al aire acondicionado: baja la temperatura del cuerpo varios grados en segundos

Se ha hecho esperar, pero el calor ya está aquí. Y la Aemet ya ha avisado: en España viviremos un verano 'anómalo', entre los cinco más tórridos de la serie histórica. Eso, sumado a las nada halagüeñas previsiones de los expertos sobre el cambio climático y las olas de calor cada vez más frecuentes, plantea un panorama sofocante en el que el aire acondicionado se hará indispensable, incluso en la calle o si estás de camping.

El principal problema es que la climatización consume mucha energía y no siempre está disponible. Por eso, desde hace años científicos e ingenieros de todo el mundo buscan soluciones tecnológicas en forma de wearable, como este extraño aire acondicionado personal de Fujitsu, o que se integran directamente en la ropa que llevamos. En eso trabaja Po-Chun Hsu, profesor de la Universidad de Duke, que acaba de publicar junto a su equipo un estudio en la revista PNAS Nexus en el que detalla la fabricación de un tejido capaz de mantener cómodo al usuario en una amplia gama de escenarios, subiendo o bajando varios grados la temperatura corporal.

"Mi investigación trata de adaptar las propiedades de transferencia de calor de los wearables. La ingeniería de las propiedades de los materiales puede mantener a las personas, o a las máquinas más delicadas, a la temperatura adecuada. Para ello, diseñamos las estructuras a nanoescala de las fibras para que interactúen con la luz o la radiación infrarroja, más conocida como calor, de una forma específica", señala Hsu. En este caso, además de células electroquímicas semisólidas, él y sus compañeros han utilizado una técnica procedente del kirigami (el arte japonés de cortar papel), aplicada a un tejido especial para permitir que este se adapte a las peculiaridades del cuerpo humano. 

Ropa refrigerada

Los distintos métodos que existen para la termorregulación personal, que ofrece a los usuarios un confort térmico ajustable y localizado, se suelen basar en el ajuste radiativo (la capacidad del material para recoger y emitir calor) y la emisividad (la velocidad a la que se emite energía térmica).

Es algo directamente relacionado con el grado de metalización de los materiales: una superficie metálica suele tener una emisividad baja, mientras que una no metálica puede conseguir refrigeración radiativa en combinación con la transmisión y la alta emisividad de la piel humana.

Diagrama en el que se explica el funcionamiento del WeaVE Po-Chun Hsu Omicrono

Desde hace años, la investigación se ha volcado en materiales como el polietileno nanoporoso, capaz de producir textiles basados en nanocables metálicos para aprovechar su facilidad de fabricación y su elasticidad. Son un gran recurso para el calentamiento o enfriamiento localizados, pero carecen de la capacidad de adaptarse a los cambios en la temperatura ambiental. 

Otros métodos como la termorregulación activa tienen el hándicap de consumir mucha energía y de necesitar dispositivos demasiado voluminosos como para poder integrarlos en prendas de ropa o hacer uso de ellos durante largos periodos de tiempo. A diferencia de ellos, el tejido creado por Hsu y su equipo puede permanecer en el estado de confort térmico deseado sin aporte de energía. Aún así, es capaz de responder al cambio de temperatura ambiente aplicando un pequeño potencial eléctrico. 

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Los autores han bautizado este tejido como "dispositivo wearable de emitancia variable" (WeaVE, por sus siglas en inglés) y se encarga de ajustar electroquímicamente el transporte de calor radiativo para ayudar a los usuarios a mantener el confort térmico frente a los cambios en la temperatura ambiente. 

Control desde el móvil

Aparte de sus propiedades radiativas, la peculiaridad del WeaVE es el patrón de kirigami, que permite que sea estirable y deformable. Así, cualquier camiseta u otra prenda confeccionada con estos materiales puede adaptarse a la complicada morfología del cuerpo humano, preservando la conexión y configuración de las células electroquímicas.

Una de las pruebas para comprobar la emisividad del tejido Po-Chun Hsu Omicrono

Para que WeaVE realice ese ajuste de temperatura de forma adaptativa y autónoma, los científicos incorporaron varios componentes electrónicos y un software de detección y control: un termistor (elemento de detección de temperatura), un sensor de humedad, un módulo Bluetooth y una aplicación para smartphone.

La app, que se puede utilizar en cualquier móvil Android, dispone de una interfaz de usuario para monitorizar todos los parámetros de control y la información del estado del sistema en tiempo real. En la pantalla aparece tanto la temperatura ambiente como de la piel, la emisividad de WeaVE, la pérdida de calor estimada, la tensión aplicada y la humedad relativa. Lo único que debe hacer el usuario es establecer los límites superior e inferior deseados de temperatura, que se transmiten al tejido a través de Bluetooth.

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Según las pruebas llevadas a cabo en laboratorio, un WeaVE de un metro cuadrado de tamaño puede encenderse más de 1.000 veces con una simple batería de smartphone. Si para adaptar la temperatura del usuario se enciende una media de cinco veces al día, puede durar hasta 200 días con una sola carga. 

En los tests, realizados con voluntarios y en diversas condiciones climáticas, el WeaVE demostró que puede aumentar o reducir la temperatura corporal hasta 5 ºC con un consumo de energía mínimo. Además, Hsu señala la posibilidad de aplicar una capa transparente del infrarrojo medio coloreada "para dotar al dispositivo WeaVE de un aspecto visual diferente según las preferencias estéticas, sin que ello afecte al rendimiento de la termorregulación radiativa".

En definitiva, estos científicos han demostrado la posibilidad de fabricar prendas de ropa con una excelente modulación adaptativa de la emisividad de la radiación térmica con una increíble eficiencia energética. Ahí está la clave, en aunar las ventajas del control y la personalización que ofrecen los wearables, con un casi inapreciable consumo de energía. Además de para evitar al usuario de a pie un excesivo frío o calor, puede ser fundamental para la elaboración de los uniformes del futuro de los bomberos o los astronautas.  

Sin embargo, esta investigación abre caminos más allá del ajuste adaptativo de temperatura en productos textiles y puede aplicarse también al revestimiento de dispositivos electrónicos como los propios móviles o el ordenador, para impedir que se calienten o enfríen en exceso.

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