Cuando se trata de exprimir las cantidades máximas de energía de las horas del día, las plantas tienen una ventaja inicial gracias a la evolución.
Ahora, los ingenieros han diseñado paneles solares que imitan el talento para perseguir el sol del girasol, mediante el uso inteligente de la nanotecnología.
Al moldear materiales sensibles a la temperatura en estructuras delgadas y de soporte, los científicos han creado pequeños 'tallos' que se doblan hacia una fuente de luz brillante, proporcionando una plataforma móvil que podría mejorar drásticamente la eficiencia de una gama de tecnologías solares.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad Estatal de Arizona se refieren a su sistema como un rastreador omnidireccional biomimético similar al girasol. O 'SunBOT', si te gustan tus siglas.
En términos biológicos, cualquier movimiento general en respuesta a cambios específicos en el medio ambiente se describe como un comportamiento nastic. Las flores que se abren al amanecer y se cierran al anochecer son un buen ejemplo de esto.
Los químicos han tenido pocos problemas para hacer materiales sintéticos nastic y estructuras que se abren y cierran, o se doblan y tuercen en respuesta a los cambios en la intensidad de la luz o las temperaturas fluctuantes.
Pero la naturaleza tiene otro comportamiento un poco más complicado que dirige los movimientos de los organismos hacia cosas buenas y lejos de las amenazas.
Estos comportamientos tropicales son lo que vemos cuando los girasoles inclinan sus flores hacia el Sol, calentando sus partes reproductivas
Las acciones de persecución al sol, o heliotropismo, serían muy útiles para cosas como la energía fotovoltaica, que son más eficientes cuando se bañan en un denso resplandor de radiación que golpea su superficie directamente, en lugar de hacerlo desde un ángulo más superficial.
En términos prácticos, en comparación con los rayos de una fuente de iluminación superior, la luz que entra en un ángulo de alrededor de 75 grados transporta hasta un 75 por ciento menos de energía.
Para resolver este problema de pérdida de densidad de energía de incidencia oblicua, el equipo de investigación buscó geles y polímeros que respondan previsiblemente a la luz o al calor.
Se seleccionaron varios materiales diferentes como candidatos que merecen una investigación más exhaustiva, incluido un hidrogel que contiene nanopartículas de oro, una maraña de polímeros sensibles a la luz y un tipo de elastómero cristalino líquido incrustado con un tinte absorbente de luz.
Cada arreglo se formó en un hilo de milímetro de ancho de varios centímetros de longitud. Cuando los apunta un láser, los pequeños tallos artificiales responden rápidamente al calor de la luz, encogiéndose por un lado y expandiéndose por el otro para hacer que el hilo se doble y se incline hacia el láser.
Para poner a prueba sus girasoles sintéticos, los investigadores reunieron una serie de SunBOTs y los sumergieron en agua, dejándolos en el límite agua-aire.
Para detectar las capacidades de recolección de su invención, el equipo determinó cuánta luz se convirtió en calor midiendo el vapor de agua que generaba su configuración.
Los cambios en la cantidad de vapor indicaron que los SunBOT eran hasta cuatro veces mejores en la recolección de energía en ángulos pronunciados que una superficie aburrida, plana y estática.
Al demostrar que una variedad de materiales podría servir como un material tropical sintético, los investigadores argumentan que sus dispositivos podrían ser una solución para casi cualquier sistema que experimente una pérdida de eficiencia debido a una fuente de energía en movimiento.
Por ejemplo, los céspedes de estos adoradores del sol en miniatura podrían teóricamente usarse para inclinar casi cualquier proceso solar hacia la luz, desde pequeñas células solares hasta dispositivos de evaporación que pueden purificar el agua.
Según los diseñadores de SunBOT, el cielo (¡si no más allá!) Parece ser el límite para este tipo de tecnología.
"Este trabajo puede ser útil para recolectores solares mejorados, receptores de señal adaptativos, ventanas inteligentes, robótica autónoma, velas solares para naves espaciales, cirugía guiada, dispositivos ópticos autorregulables y generación inteligente de energía (por ejemplo, células solares y biocombustibles) , así como detección y seguimiento de emisiones energéticas con telescopios, radares e hidrófonos " escriben en su informe.
Incluso si solo un puñado de esas predicciones llega a su uso en el mundo real, el futuro de los materiales tropicales sintéticos ciertamente se ve más brillante.
Esta investigación fue publicada en Naturaleza nanotecnología.