Perché questa nuova tecnologia ispirata alla pelliccia di cammello è super cool

Un materiale a due strati che imita le ghiandole sudoripare degli animali e la pelliccia isolante raffredda le superfici il 400% in più a lungo rispetto ai metodi tradizionali

Ragno Wetzel

Corrispondente quotidiano

Per sopravvivere alla vita nel deserto, un cammello ha bisogno sia del sudore che della pelliccia. Questo è quanto afferma l'ingegnere Jeffery Grossman del Massachusetts Institute of Technology. "Se non avesse la pelliccia, suderebbe troppo velocemente e rimarrebbe senza acqua, che è una risorsa davvero preziosa per il cammello", afferma Grossman. L'ingegnere si chiedeva se avrebbe potuto imitare le ghiandole sudoripare e la pelliccia isolante del cammello sovrapponendo due materiali. In una nuova ricerca apparsa oggi sulla rivista Joule, Grossman descrive in dettaglio la nuova tecnologia innovativa che potrebbe essere utilizzata per mantenere refrigerati cibo e forniture mediche senza richiedere ulteriore energia.

Per lo strato inferiore del sistema ispirato al cammello, Grossman ha utilizzato l'idrogel, una rete di polimeri altamente assorbente sovraccarica di acqua. Quando l'acqua evapora dall'idrogel, il liquido raffredda la superficie su cui si trova. Lo strato superiore creato da Grossman era composto da aerogel, una struttura di silice idrofobica piena di minuscoli pori che rendono il materiale composto per oltre il 90% da aria, guadagnando alla sostanza il titolo di "solido più leggero del mondo". L'aerogel agisce come la pelliccia del cammello, isolando l'idrogel dalla temperatura ambiente più calda e rallentando l'evaporazione dell'acqua per un potere di raffreddamento prolungato

Grossman sapeva che lo strato sopra l’idrogel doveva essere sia isolante che poroso in modo che l’acqua potesse evaporare attraverso di esso. Se lo strato isolante fosse troppo sottile, dice Grossman, è come "avere un taglio sul cammello" che non riuscirebbe a isolare l'idrogel dal calore circostante. Se lo strato di aerogel fosse troppo spesso o non abbastanza poroso, l’acqua dell’idrogel non potrebbe evaporare e la tecnologia perderebbe il suo potere di raffreddamento. "Progettando l'aerogel nel modo giusto, si eviterebbe sostanzialmente che l'acqua evapori troppo rapidamente, ma non completamente", afferma Grossman. Rallentando l'evaporazione, "ottieni di più da ogni goccia d'acqua".

Per misurare le prestazioni dell’approccio a due strati, Grossman e il suo team hanno posizionato un sensore di calore sotto gli strati e hanno posizionato il sistema in una camera a umidità e temperatura controllate. Il sensore ha monitorato la temperatura sotto l'idrogel nel tempo mentre il liquido evaporava nella camera a 86 gradi Fahrenheit. Il team ha confrontato la loro creazione ispirata al cammello con un singolo strato di idrogel scoperto. Il sistema a due strati ha abbassato la temperatura vicino a quella del solo idrogel, ma il doppio strato ha mantenuto quel potere di raffreddamento molto più a lungo. Grossman ha scoperto che i materiali stratificati prolungavano il tempo di raffreddamento del 400%.

"Non pensavo che saremmo potuti avvicinarci così tanto alla stessa potenza di raffreddamento e arrivare così lontano", afferma Grossman, descrivendo il periodo di raffreddamento prolungato. "È il genere di cose che ottieni nella ricerca e sei davvero felice perché funziona così bene." Gli scienziati hanno già usato l'idrogel per raffreddare le superfici, dice Grossman, "ma ciò che non è stato fatto è aggiungere sopra un altro materiale che ha un uso molto specifico".

Anche se l'idrogel e l'aerogel non sono una novità, combinarli in questo modo lo è, afferma Kyoo-Chul Kenneth Park, un ingegnere della Northwestern University che non è stato coinvolto nel lavoro. "Io stesso non ho mai pensato a questo tipo di combinazione di due materiali, ecco perché sono molto entusiasta di vedere questo articolo." Come Grossman, Park guarda alle piante e agli animali per ispirare la sua ricerca. Poiché la creazione è traslucida, Park è ottimista sul fatto che potrebbe essere utilizzata per isolare superfici come le finestre.

Grossman ritiene che la tecnologia potrebbe essere applicata a molte aree che richiedono un raffreddamento passivo, il che significa che non è necessaria energia esterna per alimentare il processo. Le possibili applicazioni includono l'isolamento della conservazione degli alimenti, delle forniture mediche e degli edifici.

Mary Ann Meador, professoressa di ingegneria presso l'Università di Akron ed ex scienziata della NASA che non è stata coinvolta nel lavoro, afferma che un ostacolo all'implementazione di questo tipo di tecnologia è la necessità di mantenere umido l'idrogel. Poiché l'idrogel trae la sua energia dall'acqua, una volta che l'acqua evapora, il materiale non raffredda più la superficie su cui si trova. Mentre i cammelli possono semplicemente sudare per ricostituire l’umidità della pelle, per essere utile il gel deve essere ricaricato regolarmente con acqua, un problema che Grossman e il suo team stanno lavorando per risolvere. Se questo tipo di sistema a due strati potesse essere rianimato, ad esempio, con l’acqua piovana o la condensa, il suo potere di raffreddamento potrebbe essere infinito.