Nel video che ha portato lo scienziato dei materiali e l'ingegnere chimico Alon Gorodetsky sulla strada della sua ultima invenzione, un al polpo appare dalle alghe come una paura da salto in un film horror. La creatura si sposta dalla sua colorazione mimetica così rapidamente che sembra materializzarsi fuori dall'acqua di mare. Quel video "straordinario", afferma il professore associato dell'Università della California, Irvine, "ha davvero cambiato la traiettoria della mia carriera, perché ho iniziato a lavorare su materiali ispirati ai cefalopodi". Più recentemente, Gorodetsky si è ispirato a un calamaro, in particolare il suo colore -cambiare la pelle: per creare un nuovo materiale in grado di trattenere o rilasciare una quantità regolabile di calore. Il "materiale Thermocomfort", come descritto dal suo team sulla rivista Nature Communications, ha una serie di potenziali usi, dagli indumenti termoregolatori ai rivestimenti a risparmio energetico per i tetti.
I calamari hanno organi chiamati cromofori che possono espandersi e contrarsi rapidamente, passando da punti di punta a macchie di colore 14 volte più larghe in meno di un secondo. Le dimensioni mutevoli dei loro punti significano che diverse lunghezze d'onda della luce possono essere riflesse da un determinato punto sulla pelle dell'animale a seconda che i muscoli del calamaro si siano ridotti o allargati i cromofori. Invece di guardare le onde luminose visibili, Gorodetsky e il suo team erano interessati a riflettere la luce infrarossa, che percepiamo come calore. I ricercatori hanno realizzato un materiale costituito da un sottile film di rame, che riflette in modo molto efficace il calore a infrarossi, sopra uno strato elastico di gomma sostanzialmente meno riflettente. Lo strato di rame è ricoperto di fessure sottili, quindi quando il materiale termocomfort viene tirato, i pezzi di rame riflettente si separano, permettendo al calore di fuoriuscire attraverso il polimero (gomma) tra di loro.
Gorodetsky ha una comoda analogia per spiegare l'invenzione del suo laboratorio: “Immagina di avere un lago ghiacciato o un oceano ghiacciato, ed è coperto da banchi di ghiaccio, tutti questi pezzi di ghiaccio che sono tutti raggruppati uno accanto all'altro. Ecco come appare sostanzialmente il materiale nel suo stato inattivo e non allungato. Quando lo allunghi, allarghi tutti i lastroni di ghiaccio, quindi nel nostro caso puoi vedere il polimero sottostante. ”Quando il calore colpisce il polimero tra i“ lastroni di rame ”, viene trasmesso attraverso il materiale invece di essere riflesso tornando alla sua fonte. A causa dello strato di rame, il materiale - una "gomma estremamente leggera ed elastica", nelle parole di Gorodetsky - è lucido, anche se il suo colore si schiarisce mentre si allunga.
Nella sua forma più calda, il materiale termocomfort intrappola (o si riflette verso il corpo) il calore quasi efficacemente come una coperta spaziale, quel materiale increspato dall'aspetto di un foglio di alluminio che è stato utilizzato per riflettere il bagliore del sole nello spazio e mantenere il calore corporeo dei maratoneti dopo le gare . Una manica in materiale termocomfort aumentava la temperatura dell'avambraccio di quasi un grado Celsius, vicino alla potenza di riscaldamento di una coperta spaziale. Ma il materiale termoregolatore è anche straordinariamente versatile. A diversi gradi di allungamento, può mettere a proprio agio chi lo indossa in un arco di 8, 2 gradi Celsius (circa 15 gradi Fahrenheit). Quando è allungato del 30 percento, assomiglia all'abilità isolante di un pile Columbia Omni-Heat; con un fattore di allungamento del 50 percento, il materiale mantiene il calore come la lana. Quando i ricercatori hanno allungato il materiale termocomfort per raddoppiarne la lunghezza originale, il calore lo attraversava come se fosse cotone. E anche dopo che i ricercatori hanno ampliato e contratto il materiale 1.000 volte, l'uso ripetuto non lo ha consumato.
Poiché il materiale thermocomfort è stato testato con il rame come strato interno a contatto con la pelle di chi lo indossa, ciò significa che ha mantenuto l'utente caldo quando si trovava nel suo stato compatto, mantenendo il suo calore corporeo. Ma se si lanciava il materiale, dice Gorodetsky, sarebbe tieni il calore fuori, come un parasole lucido posto sul parabrezza di un'auto.
Nel documento di Nature Communications, gli ingegneri propongono una varietà di applicazioni, tra cui la possibilità che il materiale thermocomfort possa svolgere un ruolo nel ridurre la quantità di energia dedicata al mantenimento degli spazi temperati, che rappresenta un terzo del consumo di energia commerciale e residenziale edifici in tutto il mondo. La produzione del materiale dovrebbe essere, secondo Gorodetsky, economica come le coperte spaziali per la produzione di massa, che costano meno di $ 4 al REI, e lo stiramento richiede un'energia minima, rispetto ai costi energetici di una pompa di calore o di un sistema di condizionamento dell'aria. Immagina il materiale ramato che ricopre tetti e finestre, o stratificato su tende o altre attrezzature esterne per controllare il flusso di calore. Potrebbe essere usato, ipotizza, per aiutare a dissipare il calore dall'elettronica (pensate, ad esempio, a quanto velocemente un laptop può riscaldarsi a disagio). Gorodetsky menziona anche le applicazioni più piccole e quotidiane, come i contenitori Tupperware-esque per mantenere il cibo deperibile freddo.
Gorodetsky afferma che il suo laboratorio è molto entusiasta dell'impatto che il materiale potrebbe avere sugli abiti. "Se avessi una giacca che tutti potessero indossare e ogni singola persona potesse adattarsi per sentirsi a proprio agio in un intervallo di temperatura più ampio, allora devi solo inserire molta meno energia per mantenere l'edificio a una sola temperatura", spiega.
Il team ha richiesto un brevetto, anche se capire come produrre in serie materiale thermocomfort è il passo successivo prima che possa trovare applicazioni commerciali. "Tradurre questa specifica [innovazione nella scienza dei materiali] direttamente nell'abbigliamento richiede una discreta quantità di ingegneria", afferma Lucy Dunne, condirettore del Wearable Technology Lab dell'Università del Minnesota, che non è stata coinvolta nella ricerca. "Il più grande punto interrogativo per me", dice Dunne, è: "Come si fa a allungare?" Dunne ha indicato diverse opzioni, da cinturini a bassa tecnologia che regolano la tenuta di un capo all'idea più futuristica di integrazione con materiali che sono stati addestrati per cambiare forma in base a trigger termici. Un'altra sfida ingegneristica, afferma Dunne, sarà quella di garantire che il tessuto termocomfort sia sufficientemente traspirante da soddisfare le aspettative di comfort dei consumatori.
Dunne vede il materiale potenzialmente utile nelle attrezzature militari per mimetizzarsi, aiutando a nascondere i soldati dai sensori a infrarossi. L'interesse per la tecnologia indossabile termoregolante sembra essere in aumento, afferma. Gli approcci attuali includono dispositivi, come l'Embr Wave, che funge da braccialetto "termostato personale" che fa scorrere una corrente elettrica attraverso piastre di ceramica o di metallo, o la sua stessa ricerca che incorpora filo conduttivo in polsini senza dita alimentati elettricamente che distribuiscono il calore attraverso la mano di chi lo indossa . Esistono materiali riflettenti a infrarossi come coperte spaziali o Omni-Heat della Columbia, ma la possibilità di regolazione isolante integrata del materiale termocomfort di Gorodetsky lo contraddistingue.
La prossima volta che ti ritrovi freddo e ad afferrare il tuo "maglione da ufficio", pensa solo: forse un giorno indosserai una giacca ramata, e tutto ciò che ti servirà per sentirti a tuo agio è un tocco di un pulsante o di un rimorchiatore sulla manica .
