Imagínate ajustar tu ropa para hacer frente al calor del verano o al frío del invierno simplemente modificando la temperatura de tu prenda durante tus desplazamientos. Los dispositivos de control térmico portátiles prometen exactamente eso: brindar comodidad térmica personal en cualquier lugar. Además de esto, estos dispositivos también tienen diversas aplicaciones, como proporcionar retroalimentación de temperatura en entornos de realidad virtual y aumentada, así como ofrecer termoterapia para problemas relacionados con el calor, entre otros usos. En consecuencia, los investigadores han estado explorando a fondo diferentes tipos de dispositivos térmicos portátiles, destacando en particular la robótica blanda y las prendas refrigeradas por líquido debido a su capacidad para adaptarse de manera natural al cuerpo humano.
Las prendas inteligentes tienen diversas aplicaciones, como proporcionar retroalimentación de temperatura en entornos de realidad virtual y aumentada"
Basada en la vestimenta profesional
Las prendas de refrigeración líquida, previamente utilizadas por profesionales como pilotos de carreras, cirujanos, pacientes de quimioterapia, personas con esclerosis múltiple y atletas, emplean tubos integrados en la ropa para circular líquidos fríos o calientes mediante una bomba, permitiendo así ajustar la temperatura corporal. Sin embargo, el suministro de energía a estos sistemas generalmente requiere equipos voluminosos y ruidosos, lo que los hace poco prácticos. Recientemente, la bomba electrohidrodinámica (EHD), que impulsa líquidos mediante la inyección de cargas dentro de un líquido y moviéndolas con un campo eléctrico, ha ganado interés para aplicaciones en dispositivos portátiles. La bomba EHD es silenciosa, liviana y ofrece un flujo más elevado en comparación con otras bombas. La combinación de la bomba EHD con tubos blandos, que se ajustan fácilmente al cuerpo humano, presenta una oportunidad única para desarrollar dispositivos de control térmico portátiles, compactos y silenciosos. No obstante, se plantea un desafío con los tubos blandos, ya que pueden bloquearse debido a la flexión, lo que implica la necesidad de un monitoreo constante del flujo en tiempo real y, por ende, la inclusión de equipos y fuentes de energía adicionales.
Los sistemas anteriores generalmente requieren equipos voluminosos y ruidosos, lo que los hace poco prácticos".
Aprovechando las ventajas de una nueva bomba electrodinámica
Para abordar este problema, un equipo de investigadores en Japón, liderado por el estudiante de doctorado Yu Kuwajima del Departamento de Ingeniería, Ciencias y Mecánica del Instituto de Tecnología Shibaura, ha desarrollado una novedosa bomba electrohidrodinámica inteligente y de tamaño reducido (PSEP) diseñada para su integración en la ropa. Según el Sr. Kuwajima, "Nuestro dispositivo innovador, con su diseño compacto y estilizado, supera las limitaciones de tamaño y aspecto asociadas con los dispositivos tradicionales portátiles de enfriamiento y calefacción, al tiempo que mejora la confiabilidad del sistema mediante la capacidad de autodetección para monitorear los flujos sin necesidad de equipos adicionales". El equipo de investigación incluyó a Yuhei Yamada y Shingo Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio, Naoki Hosoya del Instituto de Tecnología Shibaura y Yasuaki Kakehi de la Universidad de Tokio. Su estudio se hizo disponible en línea el 14 de diciembre de 2023 y se publicó en el Volumen 16, Número 1 de la revista ACS Applied Materials & Interfaces el 10 de enero de 2024.
Imagen 2. Crédito: ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 1, 1883 1891
Una innovación clave del PSEP es el modelo de autodetección de flujos en las bombas EHD
Este modelo utiliza cambios de corriente entre los electrodos del PSEP para medir el flujo. Si algún cambio afecta el flujo, la corriente a través de los electrodos experimenta variaciones. Estas variaciones se emplean para medir el flujo dentro del propio dispositivo. El equipo confirmó experimentalmente la validez de su modelo y observó que los resultados concordaban con sus cálculos teóricos. Además, sus pruebas revelaron que el PSEP puede ajustar las temperaturas hasta 3 °C, mejorando de manera significativa la comodidad personal.
Basándose en este modelo, el equipo construyó un dispositivo PSEP compacto que cabe en el bolsillo de una camisa estándar y proporciona un control térmico discreto y elegante. Además, cuenta con una interfaz intuitiva para teléfonos inteligentes, permitiendo un control y monitoreo inalámbricos. Asimismo, su capacidad para detectar y notificar a los usuarios sobre posibles bloqueos, mediante autodetección, asegura un funcionamiento eficiente y una larga vida útil.
En el futuro, el equipo planea integrar tecnologías como líquidos autorreparantes y materiales avanzados en el PSEP para mejorar su resistencia.
El Sr. Kuwajima destaca la importancia de este estudio al afirmar: "La tecnología portátil de próxima generación tiene el potencial de ir más allá de los simples dispositivos y transformar verdaderamente nuestras vidas". Subraya que la clave reside en lograr tanto la miniaturización como la funcionalidad avanzada. Según él, su investigación marca el inicio de este emocionante viaje, allanando el camino hacia un futuro en el que la tecnología se integre de manera fluida en nuestras rutinas diarias, mejorándolas y haciéndolas más cómodas. En resumen, este estudio representa un paso importante en el campo de los dispositivos portátiles y podría inspirar el desarrollo de innovadores dispositivos de control térmico personal.
Puedes leer la investigación completa en formato Open Access CC-BY 4.0.: Pocketable and Smart Electrohydrodynamic Pump for Clothes. (Bomba electrohidrodinámica inteligente y de bolsillo para ropa.) ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 1, 1883–1891 Publication Date:December 14, 2023 https://doi.org/10.1021/acsami.3c15274
Fuente: Tokyo Institute of Technology.
