Un piccolo rettangolo di tessuto bianco esposto al sole è riuscito a mantenersi tra i 3 e i 6°C in meno rispetto alla temperatura dell’aria circostante. Lo stesso materiale, grazie al semplice movimento, è capace di generare una minima quantità di elettricità, sufficiente a riconoscere un gesto e attivare un sistema di riscaldamento. Il tutto racchiuso in una struttura flessibile e stampabile.
Il materiale è stato messo a punto da un team della University of Illinois Urbana-Champaign e presentato in uno studio pubblicato su Advanced Science. Alla base c’è un nanocomposito formato da polidimetilsilossano (PDMS) e ossido di zirconio (ZrO₂), realizzato tramite una tecnica di stampa nota come direct ink writing, una forma di stampa 3D in cui l’inchiostro viene depositato creando una rete intrecciata di fibre.
Il risultato combina due proprietà che normalmente appartengono a materiali distinti: la capacità di riflettere gran parte dell’energia solare e quella di sfruttare contatto e movimento per produrre cariche elettriche.
Riflette il 96% dei raggi solari
Durante i test, il tessuto ha raggiunto una riflettanza solare del 96% e un’emissività nell’infrarosso medio del 97%. In sostanza, assorbe pochissima energia dal sole e, allo stesso tempo, riesce a disperdere parte del calore verso l’esterno sotto forma di radiazione infrarossa.
Per valutare l’effettivo potere rinfrescante, i ricercatori hanno condotto prove all’aperto a Urbana, in Illinois, sotto il sole diretto. I dati più evidenti meritano però un chiarimento: quei 3-6°C in meno rispetto alla temperatura ambiente non sono stati rilevati sulla pelle di chi indossava un capo.
La prova quantitativa si è basata su un simulatore di pelle. Con la fonte di calore spenta, nelle condizioni tipiche per misurare il raffreddamento radiativo passivo, il materiale si è mantenuto tra 3 e 6°C sotto la temperatura dell’aria. Con il simulatore acceso per riprodurre il calore corporeo, il tessuto ha mostrato temperature inferiori di 6-10°C rispetto al cotone bianco, di 6-14°C rispetto a una superficie scoperta e di 10-15°C rispetto a un tessuto rivestito d’argento.
La University of Illinois Urbana-Champaign ha presentato anche una versione più ampia applicata sulla schiena di una maglia: nell’immagine termografica, l’area coperta dal nuovo materiale appare decisamente più fredda rispetto al tessuto circostante. Si tratta di una dimostrazione visiva incoraggiante, ma ancora distante da una verifica clinica su persone esposte per ore al sole.
Muoversi genera anche elettricità
L’ossido di zirconio svolge anche una seconda funzione. Quando il materiale entra a contatto con la pelle e poi se ne allontana, produce una carica elettrica sfruttando l’effetto triboelettrico, lo stesso principio fisico che provoca la piccola scossa percepita dopo aver camminato su un tappeto.
Grazie a una composizione ottimizzata, il team ha raggiunto una densità di potenza massima pari a 47 milliwatt per metro quadrato. Il segnale è rimasto costante anche dopo 30.000 cicli di utilizzo. Numeri interessanti per i sensori indossabili, molto meno per immaginare una felpa capace di alimentare dispositivi elettronici: per ricaricare lo smartphone serve ancora il caricabatterie tradizionale.
Il gruppo di ricerca ha applicato il materiale sul gomito per monitorare i movimenti articolari e sulle dita per riconoscere diverse posizioni della mano. I segnali elettrici generati dal movimento possono così fungere direttamente da sensori, senza bisogno di un dispositivo separato alimentato costantemente.
Il movimento comanda il riscaldamento, ma l’energia arriva dall’esterno
L’aspetto più curioso emerge quando raffreddamento e movimento vengono combinati. I ricercatori hanno stampato il nanocomposito sopra un tessuto conduttivo rivestito d’argento, in grado di scaldarsi per effetto Joule.
Quando il sistema percepisce un movimento sufficientemente intenso, il segnale triboelettrico attiva un circuito che accende il riscaldamento. Durante i test, aumentando frequenza e durata dei tocchi cresceva anche la risposta termica: con un tocco al secondo è stato registrato un incremento di circa 10°C in 3,8 minuti.
Un dettaglio va sottolineato: l’elettricità generata dal movimento non è sufficiente da sola a scaldare il tessuto. Funziona piuttosto come un segnale di comando. Nel dispositivo sperimentale, un microcontrollore e un relè ricevevano l’impulso, mentre l’energia necessaria al riscaldamento proveniva da un alimentatore esterno.
L’obiettivo è dunque realizzare un materiale che resti passivamente fresco sotto il sole e che, attraverso il movimento di chi lo indossa, possa decidere quando attivare un sistema di riscaldamento alimentato separatamente.
Ha superato dieci lavaggi, non ancora una stagione nell’armadio
La struttura stampata ha mostrato una permeabilità al vapore simile a quella del cotone commerciale, e le proprietà ottiche sono rimaste sostanzialmente invariate dopo dieci cicli di lavaggio a 30°C con detergente. Un punto di partenza incoraggiante, ma ben lontano dai mesi o anni di lavatrici, sudore, sfregamenti e asciugature che attendono un capo d’abbigliamento reale.
Gli stessi autori indicano, tra i prossimi passi, una migliore gestione dell’umidità corporea e verifiche più approfondite sulla durata nel tempo del materiale. Va segnalato anche un interesse commerciale: la responsabile della ricerca, Lili Cai, è cofondatrice di SolarMantle e detentrice di brevetti legati alle tecnologie di raffreddamento radiativo, come riportato nello studio stesso.
Il materiale riesce comunque a integrare in un’unica struttura raffreddamento passivo, produzione di energia e rilevamento del movimento, superando alcune delle architetture multistrato impiegate finora. Una maglietta pronta da infilare nello zaino non esiste ancora. Prima dovrà affrontare qualcosa di molto meno controllato di un laboratorio: persone reali, sudore e molte più di dieci lavatrici.