Robots oruga de polímeros fotodeformables para limpiar de polvo paneles solares

Dibujo20170630 Mechanism of wave propagation and parameters that influence the propagation speed nature22987-f2

Una película delgada de una red de cristal líquido es un material con memoria de forma. Usando calor, campos eléctricos o luz se pueden generar ondas mecánicas que deforman la película. Un control preciso permite que se mueva como una oruga sobre una superficie. Estos robots flexibles tienen aplicaciones muy curiosas, como la limpieza del polvo acumulado en la superficie de paneles solares. Quizás por ello se publica en Nature un ejemplo usando azobencenos fotodeformables cuyo movimiento en forma de onda se controla con una consigna luminosa (luz ultravioleta).

Los azobencenos son compuestos que poseen dos restos aromáticos unidos a través de un grupo azo (-N=N-). Poseen dos isómeros geométricos en torno al grupo azo, el isómero trans (de geometría alargada) y el isómero cis (de geometría angular o en forma de letra L). A oscuras y a temperatura ambiente predomina el trans-azobenceno; bajo luz ultravioleta el trans-azobenceno se transforma en cis-azobenceno (isomerizacón trans-a-cis); el proceso es reversible (sin luz bajo una fuente de calor ocurre la isomerización cis-a-trans). Como resultado las redes de cristales líquidos basadas en azobencenos son fotodeformables (bajo iluminación se deforman).

El artículo es Anne Helene Gelebart, Dirk Jan Mulder, …, Dirk J. Broer, “Making waves in a photoactive polymer film,” Nature 546: 632–636 (29 Jun 2017), doi: 10.1038/nature22987; más información divulgativa en Yanlei Yu, “Materials science: A light-fuelled wave machine,” Nature 546: 604–606 (29 Jun 2017), doi: 10.1038/546604a.

Te recomiendo disfrutar de este vídeo, que combina los que aparecen como información suplementaria en el artículo. Ilustra el funcionamiento del material así como algunas posibles aplicaciones; la más llamativa es la autolimpieza de arena (y polvo), la excusa para el titular de esta entrada.

Dibujo20170630 Temperature traces recorded by an infrared thermal camera during wave propagation nature22987-f3

Esta imagen muestra la distribución de temperatura sobre la superficie del material y cómo varía bajo irradiación ultravioleta. La variación de los puntos calientes es la que permite la formación de ondas elásticas. Como muestra el vídeo, el movimiento resultante es similar al de una oruga, alcanzando de hecho una velocidad muy similar, del orden de un centímetro por segundo.

Dibujo20170630 mechanism for a self-cleaning surface nature22987-f4

Esta figura muestra algunos fotogramas de la parte del vídeo que ilustra la aplicación de estos robots móviles deformables a la limpieza de polvo. Como seguro que sabes, uno de los problemas más graves de los paneles solares para generar electricidad es el polvo y la suciedad que se acumula en su superficie reduciendo su eficiencia. La limpieza automática es costosa. Los robots móviles tipo oruga pueden ejecutar un movimiento que proyecta el polvo acumulado sobre su superficie. Así pueden actuar como limpiadores automáticos de polvo en superficies.

En resumen, aunque su aplicación práctica sea bastante forzada (todo el mundo imagina métodos más sencillos para limpiar paneles solares), los que trabajamos en física de ondas disfrutamos con estas aplicaciones.

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