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Entre las infraestructuras residenciales y comerciales, los edificios representaron el 40% del consumo total de energía de EE. UU. En 2019. De este 40%, la mayor parte de la energía se gasta en calentar y enfriar el edificio.
En un esfuerzo por conservar esta energía, el vidrio inteligente (vidrio con propiedades de transmisión de luz que se puede cambiar dinámicamente) se ha convertido en un tema de investigación candente en los últimos años. Si bien la tecnología no es ni de lejos perfecta, una investigación reciente de la Universidad de Kassel muestra cómo las matrices de espejos del sistema micro-opto-electromecánico (MOEMS) pueden abrir las puertas a la tecnología de vidrio inteligente.

¿Qué es Smart Glass?

El vidrio inteligente se refiere al vidrio, a menudo para ventanas, que puede cambiar sus propiedades de transmisión de luz según su entorno. Por ejemplo, en un día de invierno, el vidrio inteligente permite que entre más luz en una habitación para calentarla de forma natural. En un día de verano, el vidrio puede permitir que se filtre menos luz, manteniendo la habitación fresca.

Principio de funcionamiento de cómo funciona el vidrio inteligente. Imagen utilizada por cortesía de Gauzy

Actualmente se utilizan muchas técnicas para lograr esta hazaña. Las técnicas son activas (que requieren estimulación eléctrica) o pasivas. Entre las técnicas activas, el vidrio de cristal líquido disperso polimérico (PDLC), el vidrio de dispositivo de partículas suspendidas (SPD) y el vidrio electrocrómico (EC) son las más populares.
Las soluciones PDLC o SPD, por ejemplo, a menudo consisten en una película conductora sobre el vidrio, que se recubre entre dos hojas de material transparente. La presencia de una señal eléctrica alineará las partículas de la película para aumentar o disminuir la transparencia del material.

Microespejos MOEMS

Otra técnica comúnmente investigada son los espejos micro-opto-electromecánicos (MOEMS), también conocidos como MEMS ópticos.
El MEMS óptico es una tecnología que utiliza dispositivos mecánicos microscópicos controlados electrónicamente para redirigir la luz. Construida sobre un sustrato semiconductor, la tecnología utiliza circuitos de control para producir corrientes que generan fuerzas magnéticas para manipular la parte mecánica como se desee.

En los MEMS ópticos de espejos basculantes, la corriente pasa a través de un circuito en el sustrato o se acumula una carga en el sustrato. Imagen (modificada) utilizada por cortesía de Laser Focus World

Las técnicas MEMS ofrecen muchos atributos positivos: son pequeñas y de bajo costo mientras ofrecen velocidades de control rápidas y alta precisión en la dirección ligera en comparación con otros métodos. Por esta razón, los MEMS ópticos han encontrado un hogar en muchas aplicaciones, siendo LiDAR una de las más populares.

Matrices de microespejos intercaladas en los cristales de las ventanas

En un artículo publicado en el Journal of Optical Microsystems, investigadores de la Universidad de Kassel revelaron sus hallazgos sobre una nueva forma de vidrio inteligente que aprovecha millones de MOEMS invisibles a simple vista.
La matriz de microespejos se coloca entre los cristales de las ventanas, donde la orientación de los espejos está controlada por el voltaje entre los respectivos electrodos. El sistema también se basa en sensores de movimiento en la habitación para detectar el número y la posición de las personas en la habitación, dirigiendo la luz en consecuencia.

Ejemplos de casos de uso del vidrio inteligente MOEMS. Imagen (modificada) utilizada por cortesía de Hillmer et al.

Los investigadores afirman que esta técnica produce altas velocidades de actuación (<1 ms), un consumo de energía 40 veces menor que las pantallas PDLC y un ahorro total de energía del 35% para los edificios a la luz del día. Los investigadores también afirman que su técnica permite una reducción del 30% en la producción de CO2 de un edificio.

El futuro del vidrio inteligente

Muchas empresas se están volviendo más conscientes del medio ambiente al analizar los hábitos de consumo de energía en la fuente. Donde los edificios parecen ser uno de los mayores contribuyentes al consumo total de energía junto con las emisiones de CO2, el vidrio inteligente (y la tecnología MOEMS subyacente) puede ser un elemento más común en las instalaciones futuras.