Inspirados en un escarabajo desarrollaron un materiales aislante de bajo costo

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Un tipo de escarabajo capaz de regular la temperatura de su cuerpo en algunos de los lugares más cálidos de la Tierra es la pieza central de una nueva investigación con importantes implicaciones potenciales para refrigerar todo, desde edificios hasta dispositivos electrónicos, de una manera ecológica.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin, EEUU, junto a equipos de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China y el Instituto Real de Tecnología KTH en Suecia, han descubierto nueva información sobre una especie de escarabajo longicornio que puede enfriar su cuerpo lo suficiente como para sobrevivir en zonas volcánicas en el sudeste asiático. Utilizaron esa información para crear una película fotónica basada en la estructura del ala del escarabajo utilizando materiales comunes y flexibles que son mecánicamente fuertes y pueden fabricarse a gran escala. La película se enfría pasivamente, lo que significa que no consume energía como los sistemas que utilizamos para mantener bajas las temperaturas en nuestros automóviles y edificios.

Los hallazgos fueron publicados hoy en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

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«En cualquier lugar que se necesite refrigerar , esto puede ayudar», dijo Yuebing Zheng, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de Walker. «Las heladeras, los aires acondicionados y otros aparatos similares consumen grandes cantidades de energía, pero en este caso, se enfría por sí solo».

El equipo descubrió que su película reducía las temperaturas de los artículos a la luz solar directa hasta en 5.1 grados Celsius, más de 9 grados Fahrenheit.

La película, que funcionaría como un recubrimiento sobre los objetos, podría tener una amplia gama de usos. Se podría colocar encima de las ventanas en edificios de oficinas y de departamentos para reflejar la luz solar y reducir las facturas de energía. Entre otras aplicaciones, podría proteger los paneles solares de la degradación por la exposición constante a la luz solar, o bien podría envolverse alrededor de los automóviles para mantenerlos frescos mientras están estacionado, y hasta podría ser un ingrediente clave en las nuevas telas inteligentes (wereables) y productos electrónicos personales.

La Administración de Información de Energía de los Estados Unidos proyecta un salto significativo en el consumo de aire acondicionado para 2050: un crecimiento del 59% en el sector residencial y un aumento del 17% en el uso comercial. A medida que aumenta la necesidad de refrigeración, también lo hace la necesidad de una nueva solución que no consuma grandes cantidades de energía ni ejerza presión sobre el medio ambiente.

Fotografía de un escarabajo longicornio macho Neocerambyx gigas. Crédito: Haiwen Zhang.

La capacidad de enfriamiento del escarabajo se conocía desde antes, pero lo que lo hizo tan efectivo para regular su temperatura seguía siendo un misterio. El equipo descubrió que las «pelusas» triangulares en sus alas juegan un papel fundamental, ya que reflejan la luz del sol y ayudan a eliminar el calor interno del cuerpo al mismo tiempo.

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Los escarabajos longicornios, también conocidos como escarabajos de cuernos largos, se destacan por sus largas antenas, a veces tres veces más largas que el resto de sus cuerpos. Hay más de 26,000 especies de escarabajos longicornios

Esta investigación estuvo enfocada en una especie específica del escarabajo, Neocerambyx Gigas. Puede sobrevivir en climas extremadamente cálidos y abrumadores, como las inmediaciones de los volcanes activos de Tailandia e Indonesia, donde las temperaturas de verano con frecuencia superan los 40 grados Celsius (105 grados Fahrenheit), y el suelo se calienta hasta 70° C (158 F). Cuando hace calor, los escarabajos permanecen quietos y dejan de alimentarse para evitar tomar el exceso de calor del movimiento.

Estructura de la película híbrida bioinspirada con partículas cerámicas incrustadas en la matriz polimérica de micropirámide. Crédito: Haiwen Zhang.

La película que creó el equipo está compuesta de PDMS, un polímero flexible y ampliamente utilizado, junto con algunas partículas cerámicas de alto rendimiento. Debido a los materiales comunes utilizados y al sencillo proceso para fabricar la película, conocido como micro-estampado, Zheng es optimista que el proyecto tendrá éxito en el campo de la biomimética, la ciencia que busca replicar los efectos biológicos, donde hasta ahora, muchos proyectos vienen fallado.

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«Mucho tiempo, imitar la biología no funciona a mayor escala debido a los altos costos y los estrictos requisitos de fabricación», dijo Zheng.

El equipo de investigación se encuentra trabajando para optimizar aún más el proceso de fabricación para la producción a gran escala. También buscarán oportunidades de comercialización en varias áreas, incluidos edificios de eficiencia energética, sistemas de enfriamiento de agua, telas térmicas, dispositivos de recolección de agua de rocío en el desierto y sistemas de enfriamiento suplementarios en centrales de energía.

 
 
 
 
 

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