En los días de calor extremo, hay algo casi hipnótico en observar a un elefante agitando sus enormes orejas. No es solo un gesto majestuoso: esas orejas están repletas de vasos sanguíneos que ayudan a liberar el exceso de calor corporal. Jackrabbits y otros animales han desarrollado soluciones similares, utilizando la circulación interna para ajustar su temperatura. Esa sabiduría evolutiva, que parece tan lejana del mundo del cemento y el hormigón, ha sido la fuente de inspiración para un grupo de ingenieros que buscan repensar cómo construimos nuestros edificios.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Drexel ha desarrollado un nuevo tipo de material de construcción que imita la red vascular de las orejas de elefantes y liebres del desierto. El estudio, publicado en el Journal of Building Engineering, propone incorporar canales dentro del hormigón rellenos de materiales que cambian de fase, permitiendo que las superficies de los edificios regulen su temperatura de manera autónoma y pasiva. El concepto es simple y poderoso: utilizar principios de la biología para mejorar la eficiencia energética de las construcciones.
De la oreja al muro: inspiración natural para un reto urbano
La arquitectura actual enfrenta un desafío mayúsculo: más del 60 % de las pérdidas de energía térmica en edificios se produce a través de sus superficies estructurales. Aunque los avances en aislamiento han sido significativos, muros, techos y ventanas siguen siendo puntos débiles cuando se trata de mantener una temperatura interior confortable. Frente a este problema, el equipo de Drexel decidió mirar hacia la naturaleza.
El proyecto tomó como modelo la vasculatura de ciertas especies animales, como los elefantes o los jackrabbits, que regulan su temperatura corporal mediante mecanismos de vasodilatación y vasoconstricción. En particular, los investigadores se centraron en cómo ciertas estructuras anatómicas aumentan la superficie de intercambio térmico para enfriar el cuerpo de manera eficiente. Este principio ha sido adaptado a una escala arquitectónica mediante la inserción de canales internos en materiales cementicios.
El corazón del experimento: materiales que respiran como la piel
El núcleo del estudio consistió en desarrollar lo que denominaron VASCI (Vascular Self-Responsive Cementitious Composites), una nueva clase de materiales de construcción capaces de autorregular su temperatura. Para ello, los científicos crearon una red de canales internos utilizando un polímero soluble que se disuelve sin dañar la matriz de cemento. Estos canales se llenaron con materiales de cambio de fase (PCM), como el parafina, conocidos por absorber o liberar calor al pasar de estado líquido a sólido y viceversa.
Como explica el artículo, “durante los cambios de fase del PCM, se observó una liberación gradual y autónoma de calor”, lo que permite elevar la temperatura durante ciclos fríos y absorber calor en los cálidos. El sistema, por tanto, no requiere de sistemas eléctricos o mecánicos para activarse: simplemente responde al entorno térmico de manera natural.
Diseños que aprenden de la fisiología
El equipo probó diferentes configuraciones de canales: paralelos, perpendiculares, diagonales y en forma de diamante. El diseño más efectivo fue el patrón de diamante, que logró equilibrar la resistencia estructural con la eficiencia térmica, reduciendo la velocidad de calentamiento o enfriamiento de la superficie a aproximadamente 1–1,25 °C por hora.
No se trataba solo de ralentizar los cambios de temperatura. El objetivo era conseguir que el material mantuviera su integridad estructural. Para ello, se demostró que incluir agregados finos en el cemento mejoraba su resistencia sin interferir en la función térmica de los canales. Además, el estudio destaca que los canales más estrechos, con un diámetro inferior al del agregado, reducen el impacto negativo sobre la resistencia mecánica.
Pruebas térmicas con resultados prometedores
Las pruebas incluyeron termografía infrarroja en tiempo real, para observar cómo variaba la temperatura en la superficie de las muestras con y sin canales. La diferencia fue clara: las zonas con PCM respondían de forma efectiva al calor ambiental, amortiguando los picos de temperatura y creando una especie de "colchón térmico". En contraste, las muestras de referencia sin canales no mostraron ningún tipo de regulación térmica pasiva.
Los investigadores desarrollaron un índice térmico para cuantificar el rendimiento: cuanto mayor el área de los canales y el volumen de PCM, mejor era la capacidad del material para mantener estable su temperatura. El diseño en diamante, de nuevo, fue el que obtuvo los valores más altos de este índice, demostrando su potencial como solución eficaz para el ahorro energético.
Aplicaciones y límites
Aunque este trabajo tiene aún un carácter exploratorio, el sistema ya muestra claras ventajas en términos de sostenibilidad. No requiere energía externa, es escalable y adaptable a distintos climas—simplemente cambiando el tipo de PCM. Tal como señalan los autores del estudio: “la red de canales permite el intercambio del PCM en función de las necesidades ambientales”.
Entre las futuras líneas de investigación se incluyen el uso de otros materiales de cambio de fase, pruebas en entornos reales, y la implementación de técnicas de impresión 3D para construir canales más complejos y eficientes. También se evaluará la durabilidad a largo plazo del sistema, así como su viabilidad económica en proyectos de edificación a gran escala.
Más allá de la innovación técnica: un cambio de paradigma
Este proyecto es más que una mejora incremental. Representa una nueva forma de entender los materiales de construcción, no solo como elementos pasivos que aíslan, sino como componentes activos que interactúan con su entorno. Imitar la inteligencia térmica de los seres vivos en materiales inertes puede parecer ciencia ficción, pero este estudio demuestra que es perfectamente realizable con tecnologías actuales.
La apuesta por materiales autorregulados no es solo un avance técnico. Es una forma de repensar nuestra relación con el entorno construido, apostando por soluciones que no exijan más energía, sino que trabajen con ella. Así como los elefantes han perfeccionado sus orejas para sobrevivir al calor africano, la arquitectura del futuro podría aprender de la biología para construir espacios más eficientes, confortables y sostenibles.
Referencias
- Rhythm Osan, Robin Deb, Mohammad Houshmand, Parsa Namakiaraghi, Mohammad Irfan Iqbal, Yaghoob Amir Farnam. Nature inspired vascular self-thermal responsive cementitious composites with phase change materials. Journal of Building Engineering 108 (2025) 112878. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.112878.
