As janelas inteligentes que mudam de cor automaticamente dependendo da intensidade da luz solar estão ganhando atenção, pois podem reduzir a conta de energia ao bloquear os raios visíveis do sol durante o verão. Mas e as janelas que mudam de cor dependendo da umidade externa durante a estação das monções ou nos dias quentes de verão?

Recentemente, uma equipe de pesquisa coreana desenvolveu a tecnologia de origem para janelas inteligentes que mudam de cor de acordo com a quantidade de umidade, sem precisar de eletricidade.

A equipe de pesquisa conjunta composta pelo Professor Junsuk Rho dos departamentos de engenharia mecânica e química, Jaehyuck Jang e Aizhan Ismukhanova do departamento de engenharia química da POSTECH, e o professor Inkyu Park do departamento de engenharia mecânica da KAIST. Juntos, eles desenvolveram com sucesso um filtro de cor variável usando uma estrutura ressonadora de metal-hidrogel-metal usando um hidrogel à base de quitosana e combinou-o com células solares para fazer um sensor de umidade com alimentação própria. Essas descobertas da pesquisa foram publicadas como uma história de capa na última edição do Materiais Óticos Avançados , um jornal especializado em nanociência e ótica.

Sensores que utilizam luz já são amplamente utilizados em nossas vidas diárias na medição de ECG, qualidade do ar, ou distância, por exemplo. O princípio básico é usar a luz para detectar mudanças nas redondezas e convertê-las em sinais digitais.

A interferência Fabri-Pero é um dos fenômenos de ressonância que pode ser aplicado em sensores ópticos e pode ser materializada na forma de filmes finos multicamadas de metal-dielétrico-metal. É conhecido que o comprimento de onda de ressonância da luz transmitida pode ser controlado de acordo com a espessura e o índice de refração da camada dielétrica. Contudo, os ressonadores metal-dielétrico-metal existentes têm uma grande desvantagem em não serem capazes de controlar os comprimentos de onda da luz transmitida, uma vez que são fabricados, tornando difícil usá-los em sensores variáveis.

A equipe de pesquisa descobriu que quando o hidrogel de quitosana é transformado na estrutura metal-hidrogel-metal, o comprimento de onda de ressonância da luz transmitida muda em tempo real dependendo da umidade do ambiente. Isso ocorre porque o hidrogel de quitosana repete a expansão e a contração conforme a umidade ao seu redor muda.

Usando este mecanismo, a equipe desenvolveu um sensor de umidade que pode converter a energia da luz em eletricidade combinando uma bateria solar com um filtro de comprimento de onda variável de água feito de um metamterial estruturado de metal-hidrogel-metal que muda o comprimento de onda de ressonância dependendo da umidade externa.

O princípio do projeto é sobrepor o comprimento de onda de ressonância do filtro com o comprimento de onda onde a absorção das células solares muda rapidamente. Este filtro é projetado para alterar a quantidade de absorção de luz das células solares, dependendo da quantidade de umidade, e levar a mudanças elétricas que, em última análise, detectam a umidade circundante.

Ao contrário dos sensores ópticos convencionais de umidade, esses recém-desenvolvidos funcionam independentemente do tipo de luz, seja natural, LED ou interior. Também, não só funciona sem energia externa, mas também pode prever a umidade de acordo com a cor do filtro.

O professor Junsuk Rho, que liderou a pesquisa, comentou:"Esta tecnologia é uma tecnologia de detecção que pode ser usada em lugares como reatores de energia nuclear onde as pessoas e a eletricidade não podem alcançar." Ele adicionou, "Isso criará uma sinergia ainda maior se combinado com a tecnologia IoT, como sensores de umidade que se ativam ou janelas inteligentes que mudam de cor de acordo com o nível de umidade externa."