Los seres humanos necesitamos ropa para mantener nuestra temperatura corporal. Especialmente cuando llega el invierno y comienzan a bajar la temperatura. Ante la crisis climática y la imperiosa necesidad de reducir nuestra huella de carbono, los científicos buscan opciones para fabricar ropa más amigable. La piel de oso polar está inspirando a los científicos en el desarrollo de textiles sintéticos novedosos.
Los osos polares, los carnívoros terrestres más grandes del mundo, son una maravilla de la adaptación natural al Ártico. La región ártica, con temperaturas que oscilan entre -34 y 0 °C en invierno y -10 y 10 °C en verano, es de los entornos más inhóspitos del planeta. Sin embargo, los osos polares han evolucionado para sobrevivir en estas condiciones extremas. Su gruesa capa de grasa y su piel blanca, que les proporciona camuflaje y aislamiento térmico, son esenciales para su supervivencia.
El secreto de su increíble piel radica en la microestructura de su pelo. Que es impermeable y tiene una estructura hueca similar a un tubo vacío, que atrapa aire en su interior. El aire, un mal conductor de la temperatura, convierte cada pelo en una barrera térmica. Protegiendo al oso del frío extremo. Desde la Edad de Piedra, los humanos han comprendido el valor del aislamiento térmico proporcionado por las pieles de animales.
La comunidad científica está interesada en las propiedades aislantes del pelo del oso polar para el diseño de materiales innovadores con mejores propiedades térmicas que podrían utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. El aislamiento térmico es crucial para la gestión de la energía. La estructura hueca biomimética inspirada en el pelo del oso polar es una de las opciones más prometedoras en la actualidad.
Desarrollado en Estados Unidos
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst ha desarrollado un tejido sintético inspirado en la piel del oso polar, culminando una búsqueda de 80 años. Este avance, publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, ya está siendo aplicado en productos comerciales.
Los osos polares, que prosperan en condiciones árticas extremas de hasta -45 grados Celsius, han intrigado a los científicos desde la década de los años cuarenta. Su pelaje es una adaptación clave que les permite mantenerse calientes. Se ha descubierto que muchos animales polares, incluyendo los osos polares, utilizan la luz solar para regular su temperatura. A diferencia de la creencia común de que el aislamiento es la única forma de mantener el calor.
El pelaje blanco del oso polar es extremadamente efectivo para transmitir la radiación solar a la piel del oso. Aunque podría parecer menos eficiente para absorber el calor que el pelaje negro. Según Trisha L. Andrew, autora principal del estudio, el pelaje del oso polar actúa como una fibra óptica natural, conduciendo la luz solar a la piel del oso, que la absorbe y se calienta. Además, el pelaje evita que la piel irradiada pierda este calor, actuando como una manta auto-calentable.
Andrew y su equipo han diseñado un tejido de dos capas que imita esta propiedad. La capa superior está compuesta de hilos que conducen la luz visible a la capa inferior, hecha de nailon y recubierta con un material oscuro llamado PEDOT. Este material, al igual que la piel del oso polar, se calienta de manera eficiente. Una chaqueta hecha de este material es un 30% más ligera que una de algodón. Pero puede mantener al usuario cómodo a temperaturas 10 grados centígrados más bajas. Siempre que haya luz solar o iluminación adecuada.
También en China el oso polar inspira
Los científicos chinos también se inspiraron en la piel del oso polar para crear una fibra sintética que imita su estructura. Uno de los mejores aislantes térmicos de la naturaleza. La fibra, hecha de un material ligero llamado aerogel, se puede tejer en suéteres que ofrecen más calidez que una chaqueta de plumas. Con solo una quinta parte de su grosor. El aerogel es un material poroso que tiene excelentes propiedades de retención de calor. Pero suele ser demasiado frágil y sensible a la humedad para usarlo en textiles. Los investigadores lograron hacerlo más resistente y elástico al recubrirlo con una capa de poliuretano termoplástico. Un material flexible que se usa en ropa y equipos deportivos.
El resultado es una fibra compuesta que se puede estirar, lavar y teñir sin perder sus propiedades aislantes. El estudio, publicado en la revista científica Science, muestra que un suéter tejido con esta fibra mantiene una temperatura superficial más alta que una chaqueta de plumas en una habitación a -20 °C, lo que indica que libera menos calor al ambiente. Los autores del estudio creen que la fibra podría usarse para fabricar prendas que deben ser livianas y duraderas, como ropa deportiva, uniformes militares y trajes espaciales, sin necesidad de pieles o plumones de animales. Además, podría tener aplicaciones en el campo de la medicina, la ingeniería y la energía, donde se requieren materiales con alto aislamiento térmico.
Shu-Hong Yu, científico de materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei, dice que, aunque el estudio representa un paso hacia la creación de nuevos y emocionantes textiles térmicos finos, la ropa piel de oso polar sintética está muy lejos de aparecer en una tienda de ropa convencional. El proceso de creación de fibras es actualmente lento y requiere mucha energía. Lo que dificulta su producción en masa. A pesar de los desafíos, el equipo está trabajando para mejorar la escalabilidad del proceso, según Hao Bai, coautor del estudio y científico de materiales de la Universidad de Zhejiang.
Lección de la naturaleza
Los osos polares son una de las especies más amenazadas por la crisis climática. Aún así desde su vulnerable condición ante la huella lacerante de los humanos en la naturaleza nos dan lecciones de adaptación. De las cuales los científicos están tomando nota. El desarrollo de estos textiles inspirados en la piel del oso polar es apenas la punta del iceberg de múltiples investigaciones en desarrollo que se basan en la gestión térmica personalizada (PTM). Una estrategia emergente que busca mantener la temperatura corporal en un rango confortable, minimizando al mismo tiempo el consumo energético en espacios interiores. Recientes investigaciones han dado lugar a la creación de textiles innovadores que permiten regular la temperatura del cuerpo de manera cómoda.
Los progresos en este tipo de ropa se han enfocado en mejorar el control de la disipación de calor entre la piel y el entorno inmediato. Se destaca la investigación sobre ropa avanzada que controla las vías de disipación de calor del cuerpo humano, como la ropa que regula la radiación y la conductividad. Además, la ropa adaptable, como los textiles de doble modo, capaces de regular el microclima del cuerpo humano. Así como los textiles sensibles que equilibran el rendimiento térmico (calentamiento y/o enfriamiento) con la comodidad de uso.
Es un área que presenta desafíos y perspectivas relevantes. Como la producción a gran escala, los textiles inteligentes, la ropa inspirada en la biología y la ropa asistida por inteligencia artificial. Superar los desafíos existentes puede llevar a la creación de prendas sostenibles con un rendimiento térmico superior para aplicaciones prácticas.
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