Investigadores de la University of Illinois Urbana-Champaign han desarrollado un material imprimible que combina refrigeración radiativa pasiva y aprovechamiento de la energía generada por el movimiento del cuerpo.
- ❄️ Entre 3 y 6 °C por debajo de la temperatura ambiente bajo el Sol.
- ☀️ 96 % de la radiación solar reflejada.
- 🌡️ 97 % de emisividad infrarroja.
- ⚡ Electricidad generada a partir del movimiento corporal.
- 👕 Material flexible, transpirable y lavable.
- 🖨️ Fabricación mediante impresión directa de tinta.
- 🔄 Rendimiento eléctrico estable tras 30.000 ciclos mecánicos.
- 🇺🇸 Desarrollo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.
¿Por qué importa?
La climatización suele plantearse como un problema del edificio: enfriar habitaciones enteras para mantener confortable a una persona. Este trabajo propone actuar mucho más cerca del origen de esa necesidad, sobre la propia ropa.
Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han desarrollado un material imprimible que combina refrigeración radiativa pasiva, generación triboeléctrica y detección del movimiento. El mismo material puede reflejar gran parte de la energía solar, expulsar calor mediante radiación infrarroja y producir señales eléctricas cuando se mueve sobre el cuerpo.
La idea resulta especialmente interesante porque esas funciones no se han añadido mediante una complicada sucesión de capas. Están integradas en un nanocompuesto de PDMS y óxido de circonio (ZrO₂) que puede imprimirse formando una estructura textil porosa.
Una camiseta que intenta calentarse menos antes de tener que enfriarse
El principio térmico es relativamente sencillo.
Una persona expuesta al Sol recibe una cantidad considerable de energía mediante radiación. Una camiseta convencional puede absorber parte de ella y terminar calentándose. El nuevo tejido intenta evitarlo desde el principio.
Su estructura alcanza una reflectancia solar del 96 %, por lo que devuelve al entorno buena parte de la radiación incidente.
Después entra en juego una segunda propiedad: su emisividad del 97 % en la región infrarroja de 8 a 13 µm. En ese intervalo, conocido como ventana atmosférica, parte de la radiación térmica emitida por una superficie puede atravesar la atmósfera con relativa facilidad.
En las pruebas exteriores realizadas por los investigadores, el resultado combinado permitió mantener el material entre 3 y 6 °C por debajo de la temperatura del aire bajo radiación solar directa.
No significa que cualquier persona que vista una prenda fabricada con este material vaya a experimentar automáticamente una reducción corporal de 6 °C. La cifra corresponde a las condiciones experimentales y a la temperatura registrada en el sistema ensayado. Esa diferencia es importante.
El óxido de circonio hace dos trabajos a la vez
Aquí aparece probablemente la parte más interesante del desarrollo.
El óxido de circonio incorporado al polímero presenta un elevado índice de refracción, una característica que favorece la dispersión de la luz solar y ayuda a obtener esa elevada reflectancia.
Pero las mismas nanopartículas también aportan propiedades dieléctricas que mejoran la generación de cargas eléctricas por efecto triboeléctrico.
Así, un mismo componente contribuye a mantener frío el tejido y generar electricidad.
Esta integración simplifica un problema habitual de los textiles inteligentes. Muchas propuestas anteriores necesitan combinar capas especializadas: una para controlar la radiación, otra para generar electricidad, otra conductora, otra destinada a sensores…
Cuantas más capas aparecen, más difícil resulta conservar flexibilidad, transpirabilidad y comodidad.
En este caso, la arquitectura se fabrica mediante escritura directa de tinta, una técnica de impresión en la que una formulación viscosa se deposita siguiendo un patrón previamente diseñado. El resultado se parece más a una red de fibras que a una película continua.
Sigue dejando escapar el vapor de agua
Una camiseta puede funcionar estupendamente en un laboratorio y ser insoportable cuando alguien intenta llevarla puesta. Por eso resulta relevante otro de los ensayos realizados por el equipo.
El material alcanzó una tasa de permeación de vapor de agua de aproximadamente 4,12 mg/cm²·h, frente a los 4,75 mg/cm²·h del algodón comercial utilizado como referencia.
No son valores idénticos, pero muestran que la estructura impresa conserva una capacidad apreciable para permitir el paso del vapor.
También se estudió su comportamiento frente al lavado. Las muestras fueron sometidas a ciclos con detergente y agua a 30 °C, evaluándose sus propiedades después de cinco y diez ciclos.
Es una prueba todavía limitada frente a los muchos lavados que soporta una prenda durante años de utilización. Al menos introduce desde el principio una cuestión fundamental para cualquier futuro producto textil: no basta con funcionar recién salido del laboratorio.
Cada movimiento puede producir una pequeña señal eléctrica
El segundo comportamiento del material aparece cuando entra en contacto y se separa repetidamente de la piel.
Ese movimiento produce cargas mediante el efecto triboeléctrico, el mismo fenómeno físico que explica algunas formas cotidianas de electricidad estática.
En lugar de dejar que esa carga se pierda, el tejido funciona como un pequeño nanogenerador triboeléctrico.
Los investigadores registraron una densidad máxima de potencia de 47 mW/m² y comprobaron que la salida eléctrica permanecía estable durante 30.000 ciclos mecánicos.
Es poca potencia si se compara con los dispositivos eléctricos habituales. Nadie va a cargar un teléfono simplemente caminando con esta ropa. Ese tampoco parece ser el uso más interesante.
Las pequeñas señales producidas por el movimiento pueden ser muy valiosas para sensores corporales de muy bajo consumo.
De detectar un codo a reconocer movimientos de los dedos
El equipo colocó el material sobre distintas partes del cuerpo y comprobó que podía identificar movimientos.
En el codo, por ejemplo, la señal eléctrica cambiaba con la flexión. Los investigadores también instalaron pequeños sensores textiles en los dedos y utilizaron sus señales para distinguir diferentes configuraciones de la mano.
Incluso demostraron el reconocimiento de posiciones correspondientes a letras del lenguaje de signos estadounidense.
Esto abre una segunda línea de aplicación que va bastante más allá de la refrigeración personal: interfaces persona-máquina, robótica, prótesis, ropa deportiva y sistemas portátiles de monitorización del movimiento.
El material llegó además a alimentar un pequeño calculador tras acumular energía y a encender 26 LED mediante golpes repetidos sobre el tejido. Son demostraciones de laboratorio, pero sirven para mostrar que la carga producida puede recuperarse y utilizarse.
Puede ordenar que se active la calefacción
La propuesta da otra vuelta de tuerca: utilizar el movimiento como señal para decidir cuándo hace falta calor.
Los investigadores combinaron el tejido con una capa conductora y construyeron un sistema experimental en el que las señales triboeléctricas producidas por el movimiento activaban calentamiento por efecto Joule.
Conviene distinguir aquí dos conceptos.
El tejido genera electricidad mediante el movimiento, pero en el experimento de regulación térmica la potencia necesaria para producir calor procedía de una fuente eléctrica externa. La señal del nanogenerador actuaba como desencadenante del sistema de control.
En el montaje experimental, cuando la señal rectificada superaba 4 V, un microcontrolador activaba durante un segundo un relé conectado al sistema de calefacción. La potencia térmica aplicada era de 10 W/m².
Por tanto, todavía no se trata de una chaqueta completamente autónoma capaz de transformar directamente cada paso en suficiente electricidad para calentarse.
Es algo distinto, y posiblemente más realista: un tejido que detecta la actividad de quien lo lleva y utiliza esa información para adaptar automáticamente su comportamiento térmico.
De los edificios a la ropa: la refrigeración radiativa cambia de escala
La física utilizada por este material no ha aparecido de repente.
La refrigeración radiativa pasiva diurna está avanzando rápidamente en pinturas, recubrimientos, cerámicas, polímeros y superficies destinadas a edificios. Todas persiguen una estrategia parecida: absorber poca energía solar y emitir eficazmente el calor acumulado.
Lo peculiar de esta investigación es trasladar ese principio a una estructura flexible que además desempeña funciones eléctricas.
El propio grupo dirigido por Lili Cai ya había desarrollado nanocompuestos poliméricos imprimibles para refrigeración radiativa, publicados en Nature Communications. El nuevo trabajo avanza hacia materiales que dejan de realizar una única tarea.
En vez de una superficie que simplemente enfría, aparece una plataforma que enfría, detecta movimiento y genera señales eléctricas.
Potencial
El escenario más razonable a corto y medio plazo no parece una camiseta que sustituya completamente a la climatización de una vivienda.
Hay aplicaciones más concretas.
Ropa de trabajo para personas expuestas al Sol, equipamiento deportivo, prendas para trabajadores agrícolas, sensores corporales sin baterías, sistemas de rehabilitación capaces de detectar movimientos o uniformes destinados a entornos donde la carga térmica resulta especialmente elevada podrían aprovechar algunas de estas propiedades.
A mayor escala, la idea de climatizar a la persona antes que todo el espacio también merece atención.
Si los textiles térmicos consiguen proporcionar confort con consumos muy bajos, podrían complementar edificios bioclimáticos, ventiladores, sombreado, refrigeración radiativa en cubiertas y sistemas eficientes de climatización. No hace falta que una única tecnología resuelva el problema entero.
La fabricación será decisiva.
La impresión directa permite controlar digitalmente la geometría y producir estructuras grandes, pero el estudio no demuestra todavía una cadena industrial capaz de fabricar millones de metros cuadrados de tejido a costes competitivos.
Y ahí se encuentra la frontera entre un material científicamente atractivo y una prenda que realmente pueda comprarse, utilizarse durante años, lavarse decenas de veces y reciclarse después.
Vía University of Illinois Urbana-Champaign
Más información: Yoon Young Choi et al, Intrinsic Coupling of Radiative Cooling and Triboelectric Responses in Dual‐Function ZrO 2 Nanocomposites for Adaptive Thermoregulation, Advanced Science (2026). DOI: 10.1002/advs.76121
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