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• Stephy Florez Meneses

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Paneles solares naturales

Considerando que la búsqueda de fuentes renovables de energía es uno de los grandes desafíos globales del siglo XXI, la tecnología resulta muy prometedora para la producción de gas de hidrógeno, un combustible limpio que se puede obtener a partir de luz solar y agua. Mejorar la efectividad de los colectores solares resulta vital para poder incrementar la producción de este combustible. Pensando justamente en lograr que esta tecnología sea más práctica, Fan y su equipo han empleado a las alas de mariposas en su búsqueda para obtener paneles solares más eficientes. De esta forma, Fan destacó que “advertimos que la solución a este problema puede haber existido durante millones de años, revoloteando justo en frente de nuestros ojos”. En ese camino, comprobaron que las alas negras de algunas mariposas funcionan como un colector solar natural que vale la pena estudiar e imitar, teniendo en cuenta sus importantes índices de efectividad. Los ingenieros utilizaron un microscopio electrónico para revelar los detalles más escondidos en la arquitectura de las alas negras de las mariposas, en las cuales el color cumple un papel primordial, porque absorbe la máxima cantidad de luz solar posible. Los científicos ya sabían que las alas de las mariposas contienen pequeñas escamas naturales que sirven como colectores solares para que estos insectos, que no pueden generar suficiente calor a partir de su propio metabolismo, puedan permanecer activos durante los períodos de bajas temperaturas. Cuando las mariposas extienden sus alas, estos colectores solares naturales absorben la luz del sol y calientan

el cuerpo del insecto.

Producción duplicada

Los investigadores intentan desentrañar los secretos escondidos en las alas negras de las mariposas, para conocer con precisión como absorben la luz solar. Inicialmente se pensó que esta característica se debía a la profundidad del color negro, debido a un pigmento llamado melanina, que también se produce en la piel humana. Sin embargo, las evidencias comenzaron a indicar que la estructura y el diseño de las alas no deben ser ignorados. De esta forma, se apreció la presencia de escamas rectangulares superpuestas, como si se tratara de tejas en el techo de una casa. Esta configuración y los surcos existentes en las alas ayudan a canalizar la luz solar, según explicó Fan. Con posterioridad a este descubrimiento, los investigadores crearon modelos de computadora para confirmar este efecto de filtrado. Profundizando en la investigación, emplearon alas reales de mariposas como estructuras para recoger la luz del sol, a modo de pequeñas plantillas para sintetizar energía solar.

Al avanzar en el desarrollo de un catalizador que imita la estructura de las alas de mariposas y emplea dióxido de titanio para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, comprobaron que la producción de gas de hidrógeno se duplica en comparación a otros dispositivos actuales. Los resultados demuestran la efectividad de estos diseños inspirados en la naturaleza para avanzar hacia un mayor desarrollo de las energías alternativas.

En sus observaciones microscópicas encontraron que las alas están compuestas de diferentes capas de escamas con pequeños orificios entre ellas. Cada capa permite conservar una parte del calor como compuertas que se van cerrando.

"El prototipo, que reproduce la estructura con células solares, se utilizó para sintetizar la energía solar y el resultado fue sorprendente: el catalizador inspirado en las mariposas producía energía al doble de velocidad que un catalizador tradicional" El prototipo, que reproduce la estructura con células solares, se utilizó para sintetizar la energía solar y el resultado fue sorprendente: el catalizador inspirado en las mariposas producía energía al doble de velocidad que un catalizador tradicional. Además, comentó el experto en su presentación, el proceso de fabricación es más sencillo y rápido que otros métodos. "La capacidad de recolección de luz es muy importante para el rendimiento de los dispositivos de energía solar. Lo que buscamos es que en un futuro cercano se aproveche al 100% la energía del sol y por ello investigamos uno de los mejores colectores de energía de la naturaleza, las mariposas", detalló Fan.

Nanoestructuras de cristal El misterio de las alas de la mariposa no termina en su forma. Investigadores de la Universidad de Yale descubrieron que en la punta de las escamas existen unas nanoestructuras de cristal, llamadas gyroids, que influyen en su color y que esparcen la luz de forma selectiva. El giroid está hecho de quitina, el resistente material que forma el exterior de los insectos y algunos crustáceos. Richar Prum, director de la investigación, explicó en la revista Bioinspiration & Biomimetics cómo los cristales son fundamentales para que la superficie de las alas de las mariposas tomen la forma de una tupida red de bumeranes.

Los girods son nanoesctructuras de cristal que ayudan la absorción de luz en las mariposas.

Cada escama o teja del ala produce un giroid. Cuando la escama se regenera, el cristal se queda en su lugar hasta que crece otra escama con un nuevo giroid. Con los resultados de la investigación se espera crear paneles solares que mejoren su eficiencia. Un equipo de investigadores de las Universidades de Pensilvania (EE.UU.) y Autónoma de Madrid, que desarrolla un programa para reproducir estructuras biológicas, ya ha conseguido construir difusores ópticos para paneles solares inspirados en las alas de las mariposas. "Las mariposas no sólo son hermosas, son muy buenas difusoras de la luz y permiten aprovechar al máximo la absorción de energía solar", detalló Martín Palma, uno de los responsables del estudio.

MARIPOSA