La inspiración en la capacidad de cambio de color de organismos como los calamares ha llevado a investigadores de la Universidad de Toronto a desarrollar un revolucionario sistema fluido multilaminar en ventanas que puede reducir los costes energéticos asociados con la iluminación y climatización de edificios.
Esta plataforma innovadora optimiza la longitud de onda, intensidad y dispersión de la luz transmitida a través de las ventanas, ofreciendo un control mucho más preciso que las tecnologías existentes, al mismo tiempo que mantiene los costes bajos gracias al uso de componentes simples y disponibles en el mercado.
El poder del control estratégico de la luz
La eficiencia energética de los edificios se ha convertido en una prioridad en la lucha contra el cambio climático. Actualmente, existen tecnologías «inteligentes» como persianas automáticas o ventanas electrocrómicas que pueden regular la cantidad de luz solar que ingresa a una habitación. Sin embargo, según Raphael Kay, autor principal de un nuevo estudio publicado en la revista PNAS y graduado reciente en ingeniería mecánica de la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería, estos sistemas presentan limitaciones. No pueden discriminar entre diferentes longitudes de onda de luz ni controlar la distribución espacial de esa luz.
El sistema desarrollado por Kay y su equipo, liderado por el profesor asociado Ben Hatton, utiliza la tecnología de microfluidos como alternativa. Los prototipos consisten en láminas planas de plástico permeadas con una serie de canales de milímetros de espesor a través de los cuales se pueden bombear fluidos. Se pueden mezclar pigmentos personalizados, partículas u otras moléculas en los fluidos para controlar el tipo de luz que pasa a través de ellos, como las longitudes de onda visibles versus infrarrojas cercanas, y la dirección en la que se distribuye esa luz.
Estas láminas pueden combinarse en una pila de múltiples capas, siendo cada una responsable de una función óptica diferente, como el control de la intensidad, la filtración de la longitud de onda o la dispersión de la luz transmitida en interiores. Al agregar o eliminar fluidos de cada capa mediante bombas pequeñas controladas digitalmente, el sistema puede optimizar la transmisión de luz de manera personalizada.
El potencial de ahorro energético de estos sistemas puede ser muy elevado. Mediante modelos informáticos detallados, los investigadores han estimado que cubrir un edificio hipotético con esta fachada dinámica podría ahorrar hasta un 50% anual en energía destinada a la calefacción, climatización e iluminación en comparación con un edificio estático. Incluso una sola capa de modulación de la transmisión de luz infrarroja podría generar ahorros de alrededor del 25%.
Aprovechando la inteligencia artificial
Si bien los algoritmos de control actualmente son diseñados por humanos, Hatton destaca que en el futuro se podría explorar el uso de inteligencia artificial para optimizar estos algoritmos. La idea de un edificio que pueda aprender y ajustar automáticamente su fachada dinámica para optimizar las condiciones solares diarias y estacionales resulta sumamente emocionante para los investigadores.
Además del potencial de ahorro energético, el sistema desarrollado por el equipo de la Universidad de Toronto destaca por su simplicidad y bajo costo. Al utilizar materiales no tóxicos y fácilmente accesibles en el mercado, se plantea un desafío factible para cubrir edificios enteros con esta tecnología.
La aplicación de materiales inteligentes en la construcción es un desafío que merece una mayor atención, y este sistema fluido multilaminar representa un paso significativo en esa dirección. Con su capacidad para controlar de manera precisa la transmisión de luz y su potencial para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes, esta tecnología podría revolucionar la forma en que los edificios utilizan la energía y promover una mayor sostenibilidad en el sector de la construcción.
A medida que avanza la investigación, el equipo de la Universidad de Toronto se encuentra trabajando en la escalabilidad de la tecnología para cubrir edificios completos y en la exploración de posibles aplicaciones adicionales. El objetivo final es lograr que los edificios no solo sean más eficientes energéticamente, sino también más adaptables y responsivos a las necesidades cambiantes de sus usuarios.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2210351120
Imagen de portada: Prototipos de un sistema fluídico multicapa diseñado que contienen varias capas de canales que contienen fluidos con diversas propiedades ópticas (impresión artística cortesía de Raphael Kay, Adrian So). Universidad de Toronto
