Captados por cámaras infrarrojas, los objetos calientes a menudo permanecen invisibles en ambientes más fríos. Ahora, un equipo de investigación científica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (Estados Unidos) y la Universidad Técnica de Dinamarca han desarrollado con éxito la primera capa de invisibilidad física que puede guiar el flujo de calor en un espacio tridimensional. El dispositivo no sólo elimina la silueta térmica de un objeto, haciéndolo "invisible" desde una perspectiva infrarroja, sino que también protege el interior de temperaturas extremas.Los resultados de la investigación relevante se han publicado en la revista Nature Communications.
A diferencia del bloqueo tradicional de la conducción de calor, esta capa de invisibilidad térmica tridimensional funciona guiando el calor a lo largo de una ruta predeterminada alrededor del área protegida y restaurando la ruta de conducción original en el otro lado. En el caso de las cámaras infrarrojas externas, la distribución del campo de temperatura circundante prácticamente no se altera, como si no hubiera obstáculos en el espacio.
Antes de esto, la mayoría de los experimentos de camuflaje térmico sólo podían lograr el control a lo largo de un avión o de una ruta única específica. Una vez que el calor proviene de otras direcciones, la perturbación de temperatura causada por el objeto oculto seguirá estando expuesta. Para superar el problema de la "invisibilidad omnidireccional", los investigadores realizaron cálculos basados en la teoría de la "termodinámica de transformación" y utilizaron un diseño preciso para mantener estable el campo de temperatura circundante cuando el calor pasa por áreas específicas.
Para hacer realidad el modelo matemático teórico, el equipo de investigación combinó dos materiales con conductividades térmicas extremadamente diferentes: utilizaron tecnología de impresión 3D para crear una fina red de aluminio con una alta conductividad térmica como canal de conducción de calor y, al mismo tiempo, vertieron en los huecos un material similar al caucho que conduce el calor muy lentamente. Esta combinación de materiales de alta y baja conductividad térmica crea con éxito una ruta de flujo de calor controlable que acelera la transferencia de calor en algunas áreas y restringe otras áreas, guiando así con precisión la energía térmica alrededor del objeto que se está protegiendo.
En pruebas de laboratorio, los investigadores colocaron la capa invisible entre los extremos frío y caliente y utilizaron cámaras infrarrojas para registrar el flujo de calor. Los resultados muestran que, vista desde el exterior, el área interna protegida causa poca perturbación al campo térmico externo y la temperatura interna permanece estable en todo momento. Posteriormente, el equipo de investigación también realizó con éxito pruebas de invisibilidad térmica en objetos irregulares tridimensionales, incluidas formas complejas de cabezas humanas, lo que demostró la adaptabilidad de la tecnología a formas geométricas complejas.
Esta tecnología mostrará amplias perspectivas de aplicación en los campos del control de la disipación de calor en microelectrónica, la protección de equipos en entornos extremos y la defensa y seguridad nacionales. Por ejemplo, puede dirigir el calor alrededor de componentes electrónicos sensibles o reducir la firma infrarroja de personas y maquinaria, evitando que sean detectados por equipos de imágenes térmicas infrarrojas. El equipo de investigación afirmó que el siguiente paso en futuras investigaciones será desarrollar una capa de invisibilidad térmica inteligente con capacidades de respuesta dinámica para hacer frente a las necesidades de invisibilidad y gestión térmica de los objetos internos que se calientan espontáneamente.