Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un parche portátil que podría proporcionar enfriamiento y calefacción personalizados en el hogar, en el trabajo o sobre la marcha.

El parche suave y elástico enfría o calienta la piel del usuario a una temperatura agradable y la mantiene allí a medida que cambia la temperatura ambiente. Se alimenta con un paquete de baterías flexible y elástico y se puede incrustar en la ropa.

Los investigadores, cuyo trabajo se publica este viernes en ‘Science Advances’, dicen que usarlo podría ayudar a ahorrar energía en el aire acondicionado y la calefacción. “Este tipo de dispositivo puede mejorar tu comodidad térmica personal tanto si hay un día caluroso como si sientes demasiado frío en tu oficina”, explica el director del estudio, Renkun Chen, profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California en San Diego.

El dispositivo, que se encuentra en la etapa de prueba de concepto, también podría ahorrar energía. “Si el uso de este dispositivo puede hacer que te sientas cómodo dentro de un rango de temperatura más amplio, no necesitarás bajar el termostato tanto en el verano como elevarlo el calor mucho en el invierno”, dice Chen. Mantener la temperatura de un edificio 12 grados más alta durante el verano, por ejemplo, podría reducir los costos de enfriamiento en aproximadamente un 70 por ciento, señala en un comunicado.

Hay una variedad de dispositivos de enfriamiento y calefacción personales en el mercado, pero no son los más convenientes de llevar o transportar. Algunos usan un ventilador y otros necesitan empaparse o llenarse con un líquido, como agua. Chen y un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego diseñaron su dispositivo para que fuera cómodo y fácil de usar. Es flexible, ligero y se puede integrar fácilmente en la ropa.

El parche está hecho de aleaciones termoeléctricas, materiales que usan electricidad para crear una diferencia de temperatura y viceversa, intercalados entre láminas de elastómero elástico. El dispositivo físicamente enfría o calienta la piel a una temperatura que el usuario elige.

“Podría colocarlo en lugares que tienden a calentarse o enfriarse más rápido que el resto del cuerpo, como la espalda, el cuello, los pies o los brazos, para mantenerse cómodo cuando hace mucho calor o frío”, dice el primer autor Sahngki Hong, exalumno de Ingeniería Mecánica de la Universidad de California en San Diego, que trabajó en el proyecto como estudiante de doctorado en el laboratorio de Chen.

Los científicos integraron un prototipo del parche en un brazalete de malla y lo probaron en un sujeto masculino. Se realizaron las pruebas en un ambiente de temperatura controlada. En dos minutos, el parche enfrió la piel del probador a una temperatura establecida de 89,6 grados Fahrenheit (32 grados centígrados). Mantuvo la piel del probador a esa temperatura, ya que la temperatura ambiente varió entre 71,6 (22 grados centígrados) y 96,8 grados Fahrenheit (36 grados centígrados).

Un bloque de construcción para la ropa inteligente

El objetivo final es combinar varios parches juntos para crear ropa inteligente que se pueda usar para enfriamiento y calefacción personalizados. Así que los ingenieros diseñaron un parche electrónico suave que puede estirarse, doblarse y torcerse sin comprometer su función electrónica.

Los científicos construyeron el parche tomando pequeños pilares de materiales termoeléctricos (hechos de aleaciones de telururo de bismuto), soldándolos a tiras de electrodo de cobre delgadas, y colocándolos entre dos láminas de elastómero. Las láminas están especialmente diseñadas para conducir calor, al tiempo que son suaves y elásticas. Los científicos crearon las láminas mezclando un material de caucho llamado Ecoflex con polvo de nitruro de aluminio, un material con alta conductividad térmica.

El parche utiliza una corriente eléctrica para mover el calor de una lámina de elastómero a la otra. A medida que la corriente fluye a través de los pilares de telururo de bismuto, impulsa el calor junto con él, lo que hace que un lado del parche se caliente y el otro se enfríe. “Para enfriar, tenemos el calor actual de la bomba desde el lado de la piel hasta la capa que mira hacia fuera –explica Chen–. Para calentar, simplemente revertimos la corriente para bombear calor en la otra dirección”.

Ahorrar energía

El parche es alimentado por una batería flexible. Está hecho de una serie de pilas de boton, todas conectadas por cables de cobre con forma de resorte y embebidas en un material elástica. Un parche mide 5 por 5 centímetros de tamaño y consume hasta 0,2 vatios de potencia.

El equipo de Chen estima que se necesitarían 144 parches para crear un chaleco de enfriamiento. Esto usaría aproximadamente 26 vatios en total para mantener un individuo frío en un día caluroso promedio (durante el calor extremo, el uso de energía estimado aumentaría hasta 80 vatios, lo que equivale a la cantidad de uso de un ordenador portátil). En comparación, un sistema de aire acondicionado convencional utiliza decenas de kilovatios para enfriar toda una oficina.

Según los investigadores, es más eficiente energéticamente enfriar a una persona individual que a una habitación grande. “Si solo hay un puñado de ocupantes en esa habitación, esencialmente estás consumiendo miles de vatios por persona para enfriar. Un dispositivo como el parche podría reducir drásticamente las facturas de enfriamiento”, detalla Chen.

El equipo ahora está trabajando en parches que podrían estar integrados en un prototipo de chaleco de refrigeración y calefacción. Esperan comercializar la tecnología en pocos años. “Hemos resuelto los problemas fundamentales, ahora estamos abordando los grandes problemas de ingeniería: la electrónica, el hardware y el desarrollo de una aplicación móvil para controlar la temperatura”, concluye Chen.

Fuente: europapress.es