Rafael Kay, Adrian So
El calamar y varios otros cefalópodos pueden cambiar rápidamente los colores de su piel, gracias a la estructura única de esa piel. Los ingenieros de la Universidad de Toronto se inspiraron en el calamar para crear un prototipo de «ventanas líquidas» que pueden cambiar la longitud de onda, la intensidad y la distribución de la luz transmitida a través de esas ventanas, lo que ahorra sustancialmente en costos de energía. Describieron su trabajo en un nuevo artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Los edificios usan una tonelada de energía para calentar, enfriar e iluminar los espacios dentro de ellos”, dijo el coautor Raphael Kay. «Si podemos controlar estratégicamente la cantidad, el tipo y la dirección de la energía solar que ingresa a nuestros edificios, podemos reducir enormemente la cantidad de trabajo que le pedimos a los calentadores, enfriadores y luces». A Kay le gusta pensar en los edificios como organismos vivos que también tienen «piel», es decir, una capa exterior de fachadas y ventanas exteriores. Pero estas características son en gran parte estáticas, lo que limita cuánto se puede optimizar el «sistema» de construcción en condiciones ambientales cambiantes.
La instalación de persianas que se pueden abrir y cerrar es una forma rudimentaria de aliviar la carga de los sistemas de iluminación y calefacción/refrigeración. Las ventanas electrocromáticas que cambian su opacidad cuando se les aplica un voltaje son una opción más sofisticada. Pero, según Kay, estos sistemas son caros y tienen procesos de fabricación complicados y una gama limitada de opacidades. Tampoco es posible sombrear una parte de un cristal y otra no.
Así que buscaron inspiración en la naturaleza. El año pasado, los ingenieros de Toronto construyeron un sistema con matrices de células optofluídicas inspiradas en artrópodos marinos, como el krill, los cangrejos y peces como la tilapia, que pueden dispersarse y recolectar gránulos de pigmento en su piel para cambiar su color y tonalidad. Esas celdas prototipo consistían en una fina capa de aceite mineral entre dos láminas transparentes de plástico. Inyectar un poco de agua que contiene un pigmento o tinte a través de un tubo conectado al centro de la célula crea una explosión de color. La forma de la floración está ligada al caudal, que puede controlarse mediante una bomba digital. Un caudal bajo produce flores circulares; velocidades de flujo más rápidas crean patrones de ramificación intrincados:
En estos prototipos de células optofluídicas inspiradas en pieles de tilapia, krill y cangrejo, la inyección de tinte a diferentes velocidades de flujo conduce a diferentes patrones de ramificación. Crédito: Raphael Kay, Charlie Katrycz.
La piel del calamar es translúcida y presenta una capa externa de células pigmentarias llamadas cromatóforos que controlan la absorción de la luz. Cada cromatóforo está unido a las fibras musculares que recubren la superficie de la piel y esas fibras, a su vez, están conectadas a una fibra nerviosa. Es muy sencillo estimular esos nervios con pulsos eléctricos, haciendo que los músculos se contraigan. Y debido a que los músculos tiran en diferentes direcciones, la célula se expande, junto con las áreas pigmentadas, cambiando el color. Cuando la célula se encoge, también lo hacen las áreas pigmentadas.
Debajo de los cromatóforos, hay una capa separada de iridóforos. A diferencia de los cromatóforos, los iridóforos no se basan en pigmentos, sino que son un ejemplo de color estructural, similar a los cristales en las alas de una mariposa, excepto que los iridóforos de un calamar son dinámicos en lugar de estáticos. Se pueden ajustar para reflejar diferentes longitudes de onda de luz. Un artículo de 2012 sugirió que este color estructural dinámicamente sintonizable de los iridóforos está vinculado a un neurotransmisor llamado acetilcolina. Las dos capas trabajan juntas para generar las propiedades ópticas únicas de la piel del calamar.