Tengo un terrible control de la temperatura corporal. Meto la cabeza en el congelador cuando afuera hace mucho calor. Los vasos sanguíneos de mis manos sufren espasmos cuando hay humedad y frío. “Tengo calor; ahora tengo frío” es un chiste recurrente en mi familia.
Pero tengo suerte: en comparación con los animales de sangre fría, los humanos tenemos innumerables formas de mantener nuestros cuerpos funcionando a diversas temperaturas. Temblamos cuando tenemos frío y sudamos a mares para protegernos del calor. Y cuando luchamos en condiciones de calor o frío extremos, tenemos el cerebro para cambiar de guardarropa.
Suena obvio, pero la ropa nos ha permitido explorar los confines de nuestro mundo de forma relativamente cómoda y segura. Pero incluso las prendas más técnicas (chalecos autocalentables, capas de Gore-Tex o trajes con bolsas de hielo incorporadas) tienen sus límites. La mayoría pueden calentar o enfriar el cuerpo (pero no ambas cosas) o requieren una fuente de energía externa o una batería voluminosa.
Estas prendas fallan en zonas desérticas o de gran altitud, donde las temperaturas pueden oscilar drásticamente desde un calor abrasador hasta temperaturas bajo cero. Y a medida que avanzamos más allá de la Tierra, un traje liviano que controle la temperatura corporal podría hacer que las caminatas espaciales más largas sean más plausibles y placenteras.
Esta semana, científicos de la Universidad de Nankai dio un paso hacia Ropa inteligente que ajusta rápidamente la temperatura corporal utilizando únicamente energía solar. El equipo creó un material flexible que captura la luz solar para almacenar y transferir calor. Durante el día, el parche elimina el calor de la piel y almacena el exceso de energía. Por la noche, cuando hace más frío, libera esta reserva de energía para calentar la piel a niveles confortables.
Debido a que la unidad funciona con energía solar, puede mantener la temperatura de la piel sin batería. El parche también puede adaptarse rápidamente a los cambios de temperatura ambiente cambiando automáticamente entre los modos de refrigeración y calefacción.
En una prueba, el equipo colocó el parche en la mano de un voluntario y enfrió su piel más del nueve por ciento en sólo segundos. El parche podría mantener la piel cómoda cuando se expone a una amplia gama de temperaturas, desde el congelamiento hasta el calor del Valle de la Muerte.
En lugar de diseñar ropa hecha enteramente de este material, el equipo imagina que se puede tejer estratégicamente en la moda cotidiana o en trajes espaciales, con parches más grandes en el torso y la espalda, y otros más pequeños adaptados a los hombros, la parte superior de los brazos y la parte delantera de los muslos. . Incluso sin cubrir todo el cuerpo, la alta eficiencia de los parches para almacenar y transferir calor puede mantener a los usuarios cómodos durante todo el día, siempre que haya algunas horas de sol.
El dispositivo "abre muchas posibilidades" para "ampliar la adaptación humana a entornos hostiles". escribí Dres. Xingyi Huang y Peng Li de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, que no participaron en el estudio.
Moda de ciencia ficción
Es difícil superar acurrucarse bajo una manta caliente mientras ves caer la nieve afuera. Por el contrario, salir corriendo al gélido aire invernal para buscar un paquete de regalo es una pesadilla total, especialmente si se usa pijama y pantuflas.
Nuestros cuerpos no están hechos para temperaturas extremas. Los procesos biológicos que nos permiten pensar, sentir, respirar y digerir dependen de proteínas que funcionan mejor entre un pequeño rango de temperaturas ambientales. Llamada “zona de confort térmico”, está aproximadamente entre 71 y 82 grados Fahrenheit (o 22 y 28 grados Celsius). Las temperaturas fuera de este rango hacen que el cuerpo sude o tiemble para mantener nuestra temperatura interna bajo control. Pero estos mecanismos biológicos fallan en condiciones de calor o frío extremos, lo que provoca insolación, congelación o incluso la muerte.
La ropa puede ampliar la zona de confort térmico regulando la temperatura de la piel de forma pasiva o activa. Las opciones pasivas no necesitan una fuente de energía. Algunos, como los calentadores de manos, utilizan reacciones químicas para generar y liberar calor. Otros disipan el calor en el entorno para enfriar a los usuarios o reflejan el calor corporal hacia la piel para mantenerla caliente. Las chaquetas acolchadas, las polainas refrescantes para el cuello o las telas que absorben el sudor entran en esta categoría.
Los materiales activos utilizan una fuente de energía externa para cambiar rápidamente la temperatura de un material según sea necesario. Pero el elevado consumo de energía dificulta mantener la temperatura durante todo el día, especialmente cuando el usuario está en movimiento.
Desgaste solar-térmico
El nuevo estudio mejoró el nivel de los materiales activos utilizando una fuente de energía natural: el sol.
El material flexible es como un sándwich abierto. Encima hay un panel solar flexible que convierte rápidamente la luz solar en energía eléctrica y un módulo de almacenamiento para capturar el exceso de energía. El lado inferior, que mira hacia la piel, es un dispositivo electrocalórico: una película delgada que cambia rápidamente sus propiedades cuando se expone a la electricidad. Ante una descarga eléctrica, esta capa absorbe calor y reduce la temperatura ambiente. Apagar el campo eléctrico invierte el proceso y el dispositivo transfiere calor a la piel.
El dispositivo puede cambiar rápidamente entre ciclos de calentamiento y enfriamiento y, a diferencia de las versiones rígidas anteriores, el material es flexible y puede adaptarse a la piel humana como una curita.
En una prueba, el equipo colocó el material en la mano de un voluntario y varió la temperatura ambiente entre fría y muy cálida. Controlaron la temperatura de la piel del voluntario con una cámara infrarroja.
La pequeña mancha alcanzó temperaturas confortables a los pocos segundos de los cambios de temperatura ambiente. También era autosuficiente y funcionaba fácilmente durante un día completo con doce horas de luz solar.
¿Hacia lo desconocido?
El nuevo sistema amplía la zona de confort térmico natural de nuestra piel. La "impresionante" expansión hace posible que el cuerpo "se adapte a entornos más complejos y cambiantes", escribieron Huang y Li.
Una posible aplicación es tejer el material "en un traje espacial convencional para ayudar a reducir los requisitos generales de energía", escribió el equipo. Aunque encontrar espacio (sin juego de palabras) podría suponer un desafío. Un traje espacial ajustado tiene áreas mínimas expuestas a la luz solar, lo que limita el tamaño de los paneles. Aproximadamente el 60 por ciento de un traje espacial tendrá que estar cubierto por el material para alimentarlo durante un día completo sin una fuente de batería externa.
Además, incluso en la Tierra, la disminución de la luz solar en invierno hace que sea más difícil cargar el material, especialmente si se exploran regiones polares donde el día prácticamente desaparece.
El equipo ya está trabajando para que el material sea más práctico. Una idea es utilizar componentes eléctricos sensibles a la temperatura que podrían aumentar aún más el rango de control de temperatura del parche. Otra es añadir productos químicos que aumenten la capacidad del parche para conducir electricidad, haciéndolo más eficiente a la hora de almacenar y transferir calor. Unir múltiples capas electrocalóricas de la cabeza a los pies también podría aumentar la capacidad del dispositivo para manejar los cambios de temperatura.
Para Huang y Li, el material tiene muchos más usos además de la ropa. Podría recubrir vehículos o edificios para mantener las temperaturas bajo control sin aire acondicionado. Con temperaturas extremas tomando más vidas Además de los huracanes, las inundaciones o los tornados combinados, estos materiales no son sólo para exploradores intrépidos: podrían cambiar nuestra vida cotidiana.
Crédito de la imagen: Kajetán Sumila / Unsplash
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- Fuente: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/
