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Jan 17, 2024

La piel de calamar inspira novedosas “ventanas líquidas” para un mayor ahorro de energía

Jennifer Ouellette - 2 de febrero de 2023 9:01 pm UTC Los calamares y varios otros cefalópodos pueden cambiar rápidamente los colores de su piel, gracias a la estructura única de esa piel. Ingenieros de la Universidad de

Jennifer Ouellette - 2 de febrero de 2023 9:01 pm UTC

Los calamares y varios otros cefalópodos pueden cambiar rápidamente los colores de su piel, gracias a la estructura única de esa piel. Ingenieros de la Universidad de Toronto se inspiraron en el calamar para crear un prototipo de "ventanas líquidas" que pueden cambiar la longitud de onda, la intensidad y la distribución de la luz transmitida a través de esas ventanas, ahorrando así sustancialmente en costos de energía. Describieron su trabajo en un nuevo artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Los edificios utilizan una tonelada de energía para calentar, enfriar e iluminar los espacios interiores", dijo el coautor Raphael Kay. "Si podemos controlar estratégicamente la cantidad, el tipo y la dirección de la energía solar que ingresa a nuestros edificios, podemos reducir enormemente la cantidad de trabajo que pedimos a los calentadores, refrigeradores y luces". A Kay le gusta pensar en los edificios como organismos vivos que también tienen "piel", es decir, una capa exterior de fachadas y ventanas exteriores. Pero estas características son en gran medida estáticas, lo que limita el grado de optimización del "sistema" del edificio en condiciones ambientales cambiantes.

Instalar persianas que puedan abrirse y cerrarse es una forma burda de aliviar la carga de los sistemas de iluminación y calefacción/refrigeración. Las ventanas electrocromáticas que cambian su opacidad cuando se aplica voltaje son una opción más sofisticada. Pero, según Kay, estos sistemas son caros y tienen procesos de fabricación complicados y una gama limitada de opacidades. Tampoco es posible dar sombra a una parte del cristal de una ventana y no a otra.

Entonces buscaron inspiración en la naturaleza. El año pasado, los ingenieros de Toronto construyeron un sistema con conjuntos de células optofluídicas inspiradas en artrópodos marinos, como el krill, los cangrejos y peces como la tilapia, que pueden dispersar y recolectar gránulos de pigmento en su piel para cambiar su color y tonalidad. Esos prototipos de células consistían en una fina capa de aceite mineral entre dos láminas de plástico transparente. Inyectar un poco de agua que contiene un pigmento o tinte a través de un tubo conectado al centro de la célula crea una explosión de color. La forma de la floración está ligada al caudal, que puede controlarse mediante una bomba digital. Un caudal bajo produce flores circulares; caudales más rápidos crean patrones de ramificación intrincados:

La piel del calamar es translúcida y presenta una capa externa de células pigmentarias llamadas cromatóforos que controlan la absorción de la luz. Cada cromatóforo está unido a fibras musculares que recubren la superficie de la piel y esas fibras, a su vez, están conectadas a una fibra nerviosa. Es muy sencillo estimular esos nervios con pulsos eléctricos, haciendo que los músculos se contraigan. Y debido a que los músculos tiran en diferentes direcciones, la célula se expande, junto con las áreas pigmentadas, cambiando el color. Cuando la célula se encoge, también lo hacen las áreas pigmentadas.

Debajo de los cromatóforos, hay una capa separada de iridóforos. A diferencia de los cromatóforos, los iridóforos no se basan en pigmentos, sino que son un ejemplo de color estructural, similar a los cristales en las alas de una mariposa, excepto que los iridóforos de un calamar son dinámicos en lugar de estáticos. Se pueden sintonizar para reflejar diferentes longitudes de onda de luz. Un artículo de 2012 sugirió que este color estructural dinámicamente sintonizable de los iridóforos está relacionado con un neurotransmisor llamado acetilcolina. Las dos capas trabajan juntas para generar las propiedades ópticas únicas de la piel del calamar.