Prototipo del parche de refrigeración y calefacción incrustado en un brazalete de malla. Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un parche portátil que podría proporcionar enfriamiento y calefacción personalizados en el hogar. trabaja, o sobre la marcha. Lo suave, El parche elástico enfría o calienta la piel del usuario a una temperatura agradable y la mantiene allí a medida que cambia la temperatura ambiente. Está alimentado por un flexible, paquete de batería estirable y se puede incrustar en la ropa. Los investigadores dicen que usarlo podría ayudar a ahorrar energía en el aire acondicionado y la calefacción.
El trabajo se publica el 17 de mayo en la revista Avances de la ciencia .
"Este tipo de dispositivo puede mejorar su comodidad térmica personal, ya sea que viaje en un día caluroso o sienta demasiado frío en su oficina, "dijo Renkun Chen, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en UC San Diego que dirigió el estudio.
El dispositivo, que se encuentra en la etapa de prueba de concepto, también podría ahorrar energía. "Si usar este dispositivo puede hacer que se sienta cómodo dentro de un rango de temperatura más amplio, no necesitará bajar tanto el termostato en verano ni subir la temperatura tanto en invierno, ", Dijo Chen. Mantener la temperatura establecida en un edificio 12 grados más durante el verano, por ejemplo, podría reducir los costos de refrigeración en aproximadamente un 70 por ciento, El lo notó.
Hay una variedad de dispositivos de calefacción y refrigeración personales en el mercado, pero no son los más cómodos de llevar o llevar. Algunos usan un ventilador y algunos deben empaparse o llenarse con líquido como agua.
Chen y un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego diseñaron su dispositivo para que sea cómodo y conveniente de usar. Es flexible ligero y se puede integrar fácilmente en la ropa.
Brazalete integrado con paquete de batería flexible (izquierda), circuito extensible (centro), y parche de enfriamiento / calentamiento (derecha). Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
El parche está hecho de aleaciones termoeléctricas, materiales que utilizan electricidad para crear una diferencia de temperatura y viceversa, intercalados entre láminas de elastómero elásticas. El dispositivo enfría o calienta físicamente la piel a una temperatura que elija el usuario.
"Puede colocar esto en lugares que tienden a calentarse o enfriarse más rápido que el resto del cuerpo, como la espalda, cuello, pies o brazos, para estar cómodo cuando hace demasiado calor o frío, "dijo el primer autor Sahngki Hong, un alumno de ingeniería mecánica de UC San Diego que trabajó en el proyecto como Ph.D. estudiante en el laboratorio de Chen.
Los investigadores incorporaron un prototipo del parche en un brazalete de malla y lo probaron en un sujeto masculino. Las pruebas se realizaron en un ambiente con temperatura controlada. En dos minutos el parche enfrió la piel del probador a una temperatura establecida de 89.6 grados Fahrenheit. Mantuvo la piel del probador a esa temperatura ya que la temperatura ambiente se varió entre 71,6 y 96,8 grados Fahrenheit.
Un componente básico para la ropa inteligente
El objetivo final es combinar varios parches para crear ropa inteligente que se pueda usar para enfriar y calentar de manera personalizada. Así que los ingenieros diseñaron un parche electrónico suave que se puede estirar, Doblar y girar sin comprometer su función electrónica.
El trabajo es una colaboración entre varios grupos de investigación de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. El laboratorio de Chen, que se especializa en tecnología de transferencia de calor, dirigió el estudio. Se asociaron con los profesores de nanoingeniería Sheng Xu, un experto en electrónica extensible, Shirley Meng, un experto en tecnología de baterías, Ping Liu, que también es un experto en baterías, y Joseph Wang, un experto en sensores portátiles.
Flexible, parche estirable de enfriamiento y calentamiento. Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
Los investigadores construyeron el parche tomando pequeños pilares de materiales termoeléctricos (hechos de aleaciones de telururo de bismuto), soldarlos a finas tiras de electrodos de cobre, e intercalarlos entre dos láminas de elastómero.
Las sábanas están especialmente diseñadas para conducir el calor a la vez que son suaves y elásticas. Los investigadores crearon las láminas mezclando un material de caucho llamado Ecoflex con polvo de nitruro de aluminio, un material con alta conductividad térmica.
El parche utiliza una corriente eléctrica para mover el calor de una hoja de elastómero a la otra. A medida que la corriente fluye a través de los pilares de telururo de bismuto, lleva el calor con él, haciendo que un lado del parche se caliente y el otro se enfríe.
"Para enfriar, tenemos la bomba de calor actual desde el lado de la piel hasta la capa que mira hacia afuera, "Explicó Chen." Para hacer calefacción, simplemente invertimos la corriente para que las bombas de calor vayan en la otra dirección ".
El parche funciona con una batería flexible. Está hecho de una serie de pilas de botón, todas conectadas por cables de cobre en forma de resorte e incrustadas en un material estirable.
Parche de enfriamiento / calentamiento. Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
Ahorrar energía
Un parche mide 5 × 5 centímetros de tamaño y utiliza hasta 0,2 vatios de potencia. El equipo de Chen estima que se necesitarían 144 parches para crear un chaleco refrigerante. Esto usaría aproximadamente 26 vatios en total para mantener a una persona fresca en un día caluroso promedio (durante el calor extremo, el uso de energía estimado aumentaría hasta 80 vatios, que se trata de la cantidad que usa una computadora portátil). En comparación, un sistema de aire acondicionado convencional utiliza decenas de kilovatios para enfriar toda una oficina.
Es más eficiente desde el punto de vista energético enfriar a una persona individual que a una habitación grande, señalaron los investigadores. "Si solo hay un puñado de ocupantes en esa habitación, Básicamente, consume miles de vatios por persona para enfriar. Un dispositivo como el parche podría reducir drásticamente las facturas de refrigeración, "Dijo Chen.
El equipo ahora está trabajando en parches que podrían integrarse en un prototipo de chaleco de enfriamiento y calentamiento. Esperan comercializar la tecnología en unos años.
"Hemos resuelto los problemas fundamentales, ahora estamos abordando los grandes problemas de ingeniería:la electrónica, hardware, y desarrollando una aplicación móvil para controlar la temperatura, "Dijo Chen.
