Como todo gran avance que acaba de ver la luz, ahora le tocará demostrar en todo tipo de ambientes sus bondades. Con todo, si lo que la Universidad de Notre Dame acaba de anunciar es tal cual, estamos ante uno de esos inventos que marcan un antes y un después. Con la ayuda de la física cuántica y aprendizaje automático, han desarrollado un revestimiento de ventana transparente que deja pasar la luz visible pero bloquea los rayos UV e infrarrojos que producen calor. No solo eso. Al parecer, también reduce (y mucho) el consumo de energía relacionado con la refrigeración, independientemente de dónde esté el sol en el cielo.

El trabajo se acaba de publicar en Cell Reports Physical Science.

La idea de este invento partió de datos conocidos. Las ventanas forman parte de los mejores inventos de la humanidad, pero tienen un problema que se ha ido agravando mientras el planeta se iba calentando más y más: con la luz que entra, viene el calor, especialmente en los meses más extremos (por cierto, cada día son más y más a menudo).

Lo que viene después ya lo conocemos. La radiación ultravioleta de la luz solar pasa fácilmente a través del cristal, calentando la habitación y aumentando la probabilidad de que necesites encender (en el caso de que tengas) el aire acondicionado o ventiladores. En el peor de las casos, si no tienes máquinas para combatir este calor extremo, no te queda otra que tratar de renunciar a la luz de la ventana, ya sea cerrando las cortinas o bajando las persianas. 

Y es en este punto donde aparecen los investigadores de la Universidad de Notre Dame, quienes han desarrollado una especie de film para ventanas que bloquea la luz ultravioleta e infrarroja que produce calor y al mismo tiempo permite la entrada de luz visible, lo que reduce tanto la temperatura ambiente como el consumo de energía de refrigeración.

Según Tengfei Luo, autor principal del estudio:

Al igual que las gafas de sol polarizadas, nuestro revestimiento disminuye la intensidad de la luz entrante, pero, a diferencia de las gafas de sol, nuestro revestimiento permanece claro y efectivo incluso cuando lo inclinas en diferentes ángulos.

Cuentan en su trabajo que lo que han hecho es mejorar su estudio anterior. Hace dos años, el equipo fabricó otro revestimiento de vidrio utilizando estructuras fotónicas planas multicapa (PML). Dichas capas ultrafinas, una vez apiladas, tienen índices de refracción distintivos que permiten que la luz se transmita o refleje selectivamente según su longitud de onda. 

Para que nos hagamos una idea del proceso, los investigadores apilaron sílice, alúmina y óxido de titanio sobre una base de vidrio y luego la remataron con una fina capa de polímero de silicio (PDMS) para reflejar la radiación térmica. Los resultados arrojaron un tipo de recubrimiento transparente que superaba a cualquier otro reductor de calor conocido en el mercado.

Partiendo de este hallazgo, quisieron ir más allá. ¿Cómo? Dado que las ventanas se suelen instalar verticalmente, la luz solar directa que las recibe durante el día cambia a medida que el sol se mueve. Por eso los revestimientos de ventanas existentes tienden a optimizarse para la luz que entre en un ángulo de 90 grados, y por ello también, su capacidad para bloquear la luz depende de ese llamado ángulo de incidencia solar. 

Pensemos que a mitad del día es la parte más calurosa, la luz del sol incide en una ventana en un ángulo oblicuo, lo que significa que la mayoría de los revestimientos son menos eficaces para bloquearla.

¿Qué hicieron los investigadores? Utilizaron un modelo de aprendizaje automático asistido por computación cuántica. En este caso, a través de un algoritmo de aprendizaje que puede consultar a un usuario de forma interactiva para etiquetar datos y el llamado algoritmo del temple cuántico, que utiliza la física cuántica para encontrar combinaciones óptimas (o casi) de elementos.

Luego, con la base de los hallazgos de su trabajo anterior, fueron capaces de fabricar un revestimiento transparente que transmitía y reflejaba selectivamente la luz en una amplia gama de ángulos de incidencia. 

Las pruebas no pudieron ser más satisfactorias. Cuentan que las ventanas revestidas y con vidrio normal se colocaron verticalmente en cámaras exteriores idénticas. Luego midieron las temperaturas diurnas en cada cámara. También probaron el vidrio colocando la ventana horizontalmente, mirando hacia el cielo, para imitar el techo solar de un vehículo motorizado. 

¿Resultados? El cristal revestido demostró un rendimiento muy superior en comparación con el normal, reduciendo la temperatura entre 5,4 °C hasta los 7,2 °C en una amplia gama de ángulos de incidencia. Alucinante, ya que, como explican, el revestimiento conseguido mantiene la funcionalidad y la eficiencia independientemente de la posición del sol en el cielo.

En cuanto al otro gran titular de este asombroso avance, el del ahorro de energía en refrigeración (ver imagen encima), utilizaron un software para simular el consumo en oficinas estándar en diferentes ciudades. Demostraron que todas las ciudades podrían ahorrar hasta 97 MJ/m2 al año, incluidas aquellas en climas tropicales.

Por último, en cuanto al precio o posible coste de fabricación, los investigadores sugieren que el recubrimiento se puede fabricar mediante procesos de recubrimiento a escala industrial, y que los materiales del mismo son bastante comunes. Suponemos que a mayor escala, más barato será la fabricación.

Por todo ello, el material obtenido puede tener infinidad de aplicaciones, desde el uso de ámbito individual en edificios residenciales o comerciales y/o de oficinas, hasta incluso en automóviles y vehículos de todo tipo, donde el uso del aire acondicionado podría rebajarse de forma asombrosa.