La luz artificial es un pilar fundamental en la vida moderna, influenciando no solo nuestra capacidad para realizar tareas visuales sino también nuestro bienestar psicológico y físico. Es por ello que la distribución y la intensidad de las luces artificiales en interiores son factores importantes que afectan nuestra capacidad de estudiar y trabajar de manera efectiva e influyen en nuestra salud física y mental. 

La tecnología LED, última gran innovación en iluminación artificial, ha impulsado el avance de sistemas de iluminación ambientalmente sostenibles gracias a su notable eficiencia. No obstante, su menor tamaño comparado con las fuentes de luz convencionales exige la incorporación de difusores que permitan distribuir la luz de manera más extensa.

Tradicionalmente, los difusores de luz, tienen perfiles de superficie periódicos o distribuciones de índice de refracción que ayudan a dirigir y esparcir la luz en direcciones específicas. Sin embargo, una vez fabricados, la directividad de su difusión, es decir, la dirección en que se distribuye la luz transmitida, no puede modificarse sin emplear métodos mecánicos que a menudo resultan en dispositivos más grandes y menos eficientes.

Un equipo de investigación de la Universidad de Doshisha ha desarrollado un innovador difusor ultrasónico de cristal líquido (CL) sintonizable, que tiene una estructura delgada y sencilla sin partes móviles mecánicas. 

“Nuestro difusor de luz ultrasónico de Cristal Líquido se basa en la generación de vibración flexión resonante no coaxial, que controla la orientación molecular y la distribución del índice de refracción de la capa de cristal líquido, proporcionando control sobre el ángulo y la dirección de difusión”, explica profesor Daisuke Koyama de la Universidad de Doshisha. 

Funcionamiento del difusor

El difusor ultrasónico consiste en una capa de cristal líquido nemática intercalada entre dos discos de vidrio y un transductor piezoeléctrico ultrasónico. Los electrodos del transductor se distribuyen en un patrón circular dentro del difusor.

La aplicación de una señal sinusoidal continua de fase inversa al transductor produce vibración ultrasónica en los discos de vidrio. Cuando la frecuencia de esta vibración coincide con la frecuencia resonante del difusor de luz, se generan modos de vibración flexural o de flexión resonante no coaxial en la capa CL a varias frecuencias. Esto da como resultado diferencias en la energía acústica entre las capas CL, los discos de vidrio y el aire circundante, induciendo una fuerza de radiación acústica que actúa en la capa CL y el límite del disco de vidrio. 

Este efecto cambia la orientación molecular de las capas CL, alterando la distribución de la luz transmitida. Al cambiar los electrodos a los que se aplica el voltaje de entrada, la dirección de la orientación molecular y, por lo tanto, la directividad de la difusión se pueden girar fácilmente.

En cuanto a las características de difusión del dispositivo, los investigadores encontraron que el ángulo de difusión depende de la amplitud de voltaje de entrada y se maximiza a 16 V. Por encima de esta amplitud de voltaje, la luz difusa puede volverse inestable. Además, la distribución de la luz transmitida depende de la polarización de la luz incidente.

«Los difusores de luz que permiten el control sobre la directividad de la difusión pueden reducir el consumo de energía y permitir a los usuarios ajustar la distribución de la luz a su gusto, lo que resulta en una mejor estética. Nuestro dispositivo marca el primer informe de un difusor óptico controlable por ultrasonidos basado en material de cristal líquido, proporcionando a los usuarios control sobre la directividad de la difusión dentro de un espacio pequeño», concluye el profesor Koyama.

De hecho, este innovador dispositivo tendría el potencial de mejorar como iluminamos nuestros interiores, contribuyendo a una estética mejorada y adaptada a través de la difusión de luz controlable.

Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.nature.com/articles/s41598-024-66413-2

Imagen de portada:  Daisuke Koyama de Doshisha University

Imágenes interiores: ‘Ultrasonic liquid crystal tunable light diffuser’, 2024