Con la llegada de las altas temperaturas en primavera y verano, los días son más largos y se disfruta más, pero también implican proteger las casas con persianas y cortinas. Este truco casero, que muchos extranjeros aprenden al llegar al país, tiene la desventaja de reducir la cantidad de luz natural que entra al interior, obligando a utilizar la luz artificial. ¿Y si hubiera una solución que permitiera ahorrar en aire acondicionado, mientras se disfruta de toda la luz natural y privacidad? Esto es lo que investigadores de Alemania han tratado de agrupar en un único material.

En España se pueden encontrar soluciones que transforman las ventanas de tu casa en pocos minutos para tener más privacidad sin perder luz y a un precio muy barato. También se puede confiar en los vidrios electrocrómicos (EC) que llevan años integrándose en viviendas, oficinas y toda clase de espacios: prometen privacidad a demanda utilizando un poco de electricidad. Pues este material puede bloquear la luz o cambiar de color mediante descargas eléctricas, aunque estos dos ejemplos no reducen el calor y requieren de una limpieza rutinaria.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) de Karlsruhe han desarrollado un material que permitiría construir ventanas capaces de regular el clima interior sin necesidad de utilizar energía adicional, ni perder luminosidad, además de limpiarse solas como una hoja de loto. Se trata de un metamaterial basado en polímeros con superestructuras de superficie micropiramidales, PMMM por sus siglas en inglés (polymer-based micro-photonic multifunction metamaterial). 

Menos calor, más luz

Contar con luz natural siempre es preferible a tener que usar luz artificial, tanto por el ahorro económico que supone como por los beneficios que ofrece a la salud. Pero una casa con grandes ventanales como un invernadero, también está expuesta al calor que provoca el paso de los rayos a través del cristal. 

Al contrario que el vidrio tradicional, este material consigue dispersar la luz incidente en múltiples direcciones en vez de dejarla pasar directamente. Esto supone una luminosidad más suave, agradable a la vista y que alcanza todos los rincones de la estancia. Además, desde fuera este efecto implica privacidad, pues las personas que están fuera de la casa no ven el interior. 

Todas estas ventajas se deben a la composición de la superficie. Este metamaterial se compone de pirámides de tamaño micro. Estas estructuras están hechas de silicona y tienen un grosor de una décima parte del cabello humano.

La rugosidad que forma esta comunidad de micropirámides minimiza las pérdidas por reflexión, pues la luz sufre múltiples reflexiones en su contacto con ellas, como si de cientos de espejos se tratara. Esto se traduce en una transmitancia del 95% para la luz visible y una transmisión difusa del 73%, señalan los autores del estudio. 

Tras su desarrollo, el equipo de investigación ha probado las cualidades de su invento tanto dentro como fuera del laboratorio en el campus de KIT. Se pusieron a prueba la transmitancia de la luz, la dispersión de esta, las propiedades de reflexión, la capacidad de autolimpieza y el rendimiento a la hora de enfriar utilizando espectrofotometría moderna.

El resultado de las pruebas fue una refrigeración de 6 grados centígrados en comparación con la temperatura ambiente. Además de los datos anteriormente mencionados, si se usa en invernaderos, se estima que el metamaterial mejora la eficiencia de la fotosíntesis en 9% en comparación con los techos de vidrio. Afirma también el equipo de investigación que el PMMM está hecho de materiales poliméricos ecológicos y comercialmente viables.

Autolimpieza

La flor de loto es la reina de cualquier estanque, una planta que vive en un medio acuático y que sin embargo cuenta con una capacidad para repeler el agua que ha fascinado durante largo tiempo a la comunidad científica. 

Sus hojas tienen lo que se conoce como hidrofobicidad, cuando el agua entra en contacto con su superficie, las gotas resbalan sin penetrar ni empapar la hoja, así se mantiene a flote en la superficie acuática, además de por su forma. Este fenómeno se debe a la rugosidad de la hoja y su composición química.

Con este conocimiento, el ser humano ha sido capaz de replicar esta cualidad en una amplia variedad de superficies, desde ladrillos, cristales, hasta ropa. Tanto el agua como otros líquidos más aceitosos resbalan sin dejar rastro por estos materiales. Ahora le llega el turno a estas ventanas.

"Aprovechando el parecido de las micropirámides con los microconos que se encuentran en las hojas de loto, nuestro metamaterial también posee propiedades superhidrófobas superiores, lo que facilita la capacidad de autolimpieza", explica el equipo. En el estudio publicado en la revista científica Nature, los investigadores ponen varias imágenes de ejemplo con polvo en el material que desaparece al aplicarle agua. 

A medida que las gotas de agua resbalan por el cristal se llevan otras partículas como el polvo y eliminan la suciedad a su paso. Así es como estas futuras ventanas podrían mantenerse limpias sin necesidad de intervención, con la lluvia, o al menos con golpe de agua gracias a la manguera del jardín.