El mecanismo es análogo a la expansión y contracción del cromatóforo en la piel de un calamar
En el futuro, es posible que tengas que agradecerle a un calamar que tu café se mantenga caliente en un día frío. Inspirándose en la piel del cefalópodo, ingenieros de la Universidad de California en Irvine (UCI) inventaron un material compuesto adaptable que puede aislar vasos de bebidas, bolsas para llevar de restaurantes, cajas de paquetes e incluso contenedores de transporte marítimo.
La innovación es una película de polímero metalizado que refleja infrarrojos desarrollada en el laboratorio de Alon Gorodetsky, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular de la UCI. En un nuevo artículo Gorodetsky y los miembros de su equipo describen un material compuesto de gran superficie que regula el calor por medio de estructuras metálicas reconfigurables que pueden separarse reversiblemente entre sí y volver a unirse bajo diferentes niveles de tensión.
"Las islas de metal en nuestro material compuesto están una al lado de la otra cuando el material se relaja y se separan cuando se estira, lo que permite el control de la reflexión y transmisión de la luz infrarroja o la disipación de calor", dijo Gorodetsky. "El mecanismo es análogo a la expansión y contracción del cromatóforo en la piel de un calamar, que altera el reflejo y la transmisión de la luz visible".
Los cambios en el tamaño de los cromatóforos ayudan a los calamares a comunicarse y camuflar sus cuerpos para evadir a los depredadores y esconderse de sus presas. Gorodetsky dijo que al imitar este enfoque, su equipo ha permitido la "termorregulación sintonizable" en su material, lo que puede conducir a una mayor eficiencia energética y proteger los dedos sensibles de las superficies calientes.
Un avance clave de este proyecto fue el desarrollo por parte de los investigadores de la UCI de un método de producción rentable de su material compuesto en cantidades relevantes para su aplicación. Las materias primas de cobre y caucho comienzan en aproximadamente diez centavos por metro cuadrado y los costos se reducen aún más por las economías de escala, según el artículo. La técnica de fabricación del equipo consiste en depositar una película de cobre sobre un sustrato reutilizable, como papel de aluminio, y luego rociar varias capas de polímero sobre la película de cobre, todo lo cual se puede hacer en casi cualquier tamaño de lote imaginable.
"La estrategia de fabricación combinada que ahora hemos perfeccionado en nuestro laboratorio es un verdadero cambio de juego", dijo Gorodetsky. "Hemos estado trabajando durante años con materiales y sistemas adaptativos inspirados en cefalópodos, pero anteriormente solo habíamos podido fabricarlos en áreas relativamente pequeñas. Ahora finalmente hay un camino para hacer estas cosas rollo a rollo en una fábrica".
La estrategia desarrollada y las economías de escala deberían hacer posible que el material compuesto se use en una amplia gama de aplicaciones, desde la taza de café hasta las tiendas de campaña, o en cualquier contenedor en el que se desee una regulación de temperatura ajustable.
Imagen: Una descripción general de los envases de alimentos y bebidas que gestionan el calor y de los materiales compuestos termorreguladores dinámicos inspirados en la piel de calamar.
La invención será respetuosa para el medio ambiente debido a su sostenibilidad ambiental, dijo el autor principal Mohsin Badshah, ex becario postdoctoral de la UCI en ingeniería química y biomolecular. "El material compuesto se puede reciclar a granel eliminando el cobre con vinagre y utilizando métodos comerciales establecidos para reutilizar el polímero estirable restante", dijo.
El equipo realizó pruebas con tazas de café universales en su laboratorio en el campus de la UCI, donde demostraron que podían controlar el enfriamiento del café. Pudieron predecirlo de manera precisa y teórica y luego confirmar experimentalmente los cambios de temperatura de los vasos llenos de bebidas.
También fueron capaces de lograr una modulación de 20 veces de la transmitancia de la radiación infrarroja y una regulación de 30 veces de los flujos térmicos en condiciones de prueba estandarizadas. El material estable incluso funcionó bien para altos niveles de deformación mecánica y después de repetidos ciclos mecánicos.
"Hay una enorme variedad de aplicaciones para este material", dijo Gorodetsky.
"Piense en todos los productos perecederos que se han entregado en los hogares de las personas durante la pandemia. Cualquier paquete que envíe Amazon u otra empresa que deba controlar la temperatura puede usar un revestimiento hecho de nuestro material compuesto adaptativo inspirado en el calamar. Ahora que podemos hacer grandes hojas a la vez, tenemos algo que puede beneficiar muchos aspectos de nuestras vidas".
Los hallazgos se han publicado hoy en Nature Sustainability: Scalable manufacturing of sustainable packaging materials with tunable thermoregulability
