Construcción de bajo consumo inspirada en las alas de una mariposa negra: un nuevo proyecto de Łukasiewicz

El desarrollo de nuevos materiales pasivos de calefacción y refrigeración que puedan reducir significativamente el consumo energético en la construcción: este es el objetivo del proyecto BIOTHERM, liderado por Łukasiewicz, del Instituto de Microelectrónica y Fotónica. La inspiración para los científicos son las alas de una mariposa negra.

En concreto, se trata de la especie Troides magellanus. «Sus alas absorben la luz mejor que muchos materiales modernos desarrollados por el ser humano. La naturaleza nos ha superado en millones de años; ahora intentamos seguirle el ritmo. Estas alas presentan una absorción del 98 % de la luz visible, lo que significa que absorben casi por completo la radiación que incide sobre ellas en este rango. Este alto nivel de absorción se debe a la compleja micro y nanoestructura de la superficie, que actúa como una trampa de luz natural», según un comunicado de prensa de la oficina de promoción del Instituto Łukasiewicz de Microelectrónica y Fotónica.

Curiosamente, estas mariposas presentan colores extremadamente negros y muy claros, casi blancos. «Sus inusuales colores no se deben a la pigmentación, sino a microestructuras: patrones especiales en sus alas. Estas estructuras son responsables de su capacidad para absorber considerablemente (en el caso de las mariposas muy negras) o reflejar con intensidad la luz solar (en el caso de las muy blancas), lo cual es crucial para la regulación eficaz de la temperatura corporal de estos animales», explicaron los investigadores.

Y son estas mariposas las que inspiraron al equipo de investigadores dirigido por el Dr. Hab. Michał Borysiewicz. La investigación será realizada, entre otros, por especialistas en nanomateriales, termoelectricidad, físicos, zoólogos y expertos en modelado óptico.

Su objetivo principal es encontrar relaciones entre la estructura y las propiedades térmicas de materiales de película delgada, muy negros y muy blancos, inorgánicos e inspirados en la naturaleza, en relación con sus contrapartes naturales, los insectos.

Para los investigadores, este será un punto de partida para desarrollar recubrimientos de película delgada, bioinspirados: que absorban la luz (como las alas de las mariposas negras, ideales para el calentamiento pasivo) y que reflejen la luz (como los caparazones de los insectos blancos, que favorecen eficazmente el enfriamiento).

Los investigadores también quieren comprender mejor la evolución de los insectos fabricando análogos de las alas de las mariposas en el laboratorio a partir de los materiales desarrollados.

Según los científicos, los recubrimientos desarrollados podrían en el futuro cubrir elementos de edificios o dispositivos y sustituir parcialmente los sistemas de aire acondicionado o calefacción con un alto consumo energético, sin necesidad de suministro de energía externo.

Los científicos planean producir nuevos materiales mediante pulverización catódica por magnetrón para obtener estructuras análogas a las de los insectos, con las mismas propiedades ópticas y térmicas. Como explicaron los investigadores, la pulverización catódica por magnetrón es una técnica moderna que consiste en introducir un gas (por ejemplo, argón) en una cámara especial, donde se coloca el material del que se desea obtener el recubrimiento. Como resultado de la acción del campo magnético y el voltaje, los iones del gas impactan este material, desprendiendo átomos de su superficie, que se depositan sobre la superficie recubierta, creando una capa muy fina y uniforme.

También se indicó que se realizarán mediciones de reflexión de la luz y, gracias a estos datos experimentales, complementados con datos teóricos, será posible determinar las propiedades de las estructuras. Finalmente, se prepararán módulos termoeléctricos, que se cubrirán con las capas desarrolladas y se expondrán a la radiación solar para determinar cualitativa y cuantitativamente si los recubrimientos desarrollados absorben y reflejan el calor solar.

El proyecto lo lleva a cabo un consorcio interdisciplinario: científicos especializados en nanomateriales y termoelectricidad del Instituto Łukasiewicz de Microelectrónica y Fotónica; físicos de la Facultad de Física de la Universidad Tecnológica de Varsovia, especializados en caracterización estructural; zoólogos especializados en insectos del Centro de Educación Natural de la Universidad Jagellónica, y expertos en modelado óptico de la Universidad de Chicago y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe. (PAP)

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