Investigación de textiles

Tejidos inteligentes: La tecnología detrás de las prendas

La funcionalidad de las prendas va mucho más allá de mantener el calor corporal y proteger el cuerpo. Los departamentos de investigación y desarrollo de los fabricantes de tejidos no dejan de lanzar al mercado nuevos productos cada vez más tecnológicos que, además de calientes, nos mantienen secos, eliminan las bacterias, nos protegen de los rayos UV y hasta pueden evitar lesiones, entre otras sorprendentes funciones. Vemos aquí algunas de estas «telas milagrosas».

Fuera del laboratorio es donde se demuestra la eficacia de las tecnologías aplicadas a los tejidos.  (Mountain Hardwear / Marc Daviet)
Fuera del laboratorio es donde se demuestra la eficacia de las tecnologías aplicadas a los tejidos.
Alberto Ayora | No hay comentarios |

Formar parte del Jurado del Premio Material de Desnivel no es fácil y nos exige cada temporada un importante esfuerzo para lograr estar a la última de los avances en innovación y desarrollo. Nos supone un seguimiento anual del material que tenemos en el mercado y a nuestra disposición, pero sobre todo analizarlos con detenimiento para saber exactamente qué tenemos en nuestras manos; y es que durante los últimos años la industria del textil cada vez presenta mayores posibilidades y funcionalidades.

Siendo objetivos tal vez alguno de los premios deberían recaer en los tejidos recientemente aparecidos ya que, combinándolos adecuadamente mediante un estudiado diseño funcional, los fabricantes consiguen unos magníficos resultados finales. Sin lugar a dudas en las últimas temporadas los textiles inteligentes son productos con un alto valor añadido. ¿Estamos cerca de un futuro en el que nuestra tercera capa será menos impermeable y más transpirable automáticamente conforme la intensidad de la lluvia sea menor? ¿Será posible en corto plazo contar con una segunda capa que regule por sí sola la protección térmica en función de la temperatura exterior? Tal vez la solución ya está ahí fuera…

Los llamados textiles inteligentes, como muchos productos e innovaciones, deben su rápido desarrollo a la industria aeroespacial y militar, que llevan décadas invirtiendo en la búsqueda de soluciones para hacer frente a diversos problemas, entre otros las condiciones ambientales extremas. Estas inversiones han supuesto la aparición de dos áreas diferenciadas: “Los Textiles de Uso Técnico (TUT)” y “Los Textiles Inteligentes y Tejidos Interactivos (SFIT)”.

Los textiles de uso técnico supusieron un importante salto cualitativo. Los tejidos no servían únicamente para vestir a las personas, sino que proporcionaban otros variados usos. Los denominados “geotextiles”, ampliamente utilizados en la industria civil para construcción de carreteras o impermeabilización de balsas, son un buen referente de ellos. Podríamos definirlos como aquellos concebidos para un uso o aplicación específica donde se requiere una propiedades técnicas exigentes concretas, como por ejemplo resistencia mecánica, resistencia térmica, resistencia a los rayos UV o IR, aislamiento… En buena medida podemos considerarlos los verdaderos precursores de los textiles inteligentes. Algunos conocidos textiles de uso técnico con los que ya estamos muy familiarizados son las microfibras, los elastanos o las membranas impermeables y transpirables.

Por otro lado, encontramos los textiles inteligentes, también denominados tejidos funcionales, activos o interactivos. Al igual que los anteriores estos textiles llevan ya unos años de desarrollo, sin embargo debido a los costes de producción su introducción en el mercado del ocio es más lenta, aunque por el contrario gozan de gran aceptación en otros sectores como el de la medicina o la moda. En una primera aproximación, los textiles inteligentes son aquellos que alteran su naturaleza y modifican algunas de sus propiedades, gracias a la incorporación de dispositivos electrónicos o de materiales inteligentes; para conseguir estos resultados trabajan en combinación con otras tecnologías como la nanotecnología, la microelectrónica o la biotecnología. Formalmente se definen como textiles que pueden detectar y reaccionar a condiciones medioambientales o a estímulos mecánicos, térmicos, químicos, eléctricos o magnéticos.

En realidad, según sea su actividad, actualmente podemos encontrarnos con tres generaciones bien diferenciadas de textiles inteligentes:

Textiles inteligentes pasivos: Constituyen la primera generación de textiles inteligentes, los cuales solamente pueden sentir las condiciones medioambientales o estímulos exteriores.

Textiles inteligentes activos: Estos van un paso más allá, ya que tienen la capacidad de sentir, pero además reaccionan frente a una determinada situación. Son textiles con memoria de la forma, camaleónicos, termorreguladores, que pueden almacenar calor, absorber el vapor, etc.

Textiles ultra inteligentes o muy activos: Esta tercera generación de textiles no sólo pueden detectar y reaccionar, sino que además se adaptan a las condiciones y estímulos del medio.

Esta aparente “ciencia ficción” es posible gracias a los avances científicos actuales, que nos pueden proporcionar componentes electrónicos miniaturizados, tales como sensores y detectores. Igualmente, los textiles inteligentes podemos obtenerlos empleando para la fabricación del tejido fibras inteligentes, que reaccionan ante un estímulo concreto, como por ejemplo el sudor; o también dando un acabado final al tejido que proporcione las funcionalidades que estamos buscando. Veamos brevemente a continuación algunas clases de textiles inteligentes que pueden tener mayor aplicación en nuestras actividades.

Textiles con microcápsulas para termorregulación

No debe asustarnos el nombre puesto que en realidad su funcionamiento es fácil de entender. Como bien sabemos en una actividad deportiva es necesario un adecuado equilibrio entre el calor generado por el cuerpo y el calor liberado al ambiente. Si el calor generado por el cuerpo queda retenido en exceso, aumentará nuestra sudoración y temperatura corporal hasta el punto que puede generarse una situación de estrés térmico. Por el contrario, durante los períodos de inactividad generamos menos calor, por lo que necesitamos un calor adicional para no sufrir un enfriamiento y evitar que se escape al exterior; ya que en el peor de los casos podríamos llegar a presentar una hipotermia.

Existen algunas prendas comerciales en la actualidad que ayudan a tener un cierto aislamiento al calor o al frío, gracias a que poseen unas microcápsulas denominadas PCM (Phase Change Material). Estas microscópicas capsulas se llaman así porque incluyen mínimas porciones de un principio activo, normalmente ceras y parafinas. Normalmente, una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).

Pensemos cómo se comporta un cubito de hielo dentro de un vaso de agua, si el hielo se derrite (cambia su estado de fase de sólido a líquido), el hielo absorbe calor y por tanto enfría el agua, de modo que la bebida mantiene durante más tiempo la temperatura deseada. Los materiales de cambio de fase funcionan de la misma forma. Si la piel se sobrecalienta, esta energía se utiliza para aportar el calor latente necesario para que la parafina cambie de fase sólida a líquida, almacenándose esa energía; si por el contrario cambian las condiciones medioambientales y la piel se enfría, la energía previamente almacenada en las microcápsulas es liberada pasando la parafina de estado líquido a sólido proporcionando el calor necesario.

En su uso en textiles, la parafina es utilizada en estado sólido o líquido. Para prevenir la disolución de la parafina en el estado líquido, es incluida en unas minúsculas esferas plásticas con diámetros de apenas unos micrómetros. Estas microcápsulas pueden aplicarse en los tejidos y textiles una vez acabados, o bien pueden introducirse directamente en las fibras textiles antes de conseguir el tejido final. La capacidad de absorber calor, almacenarlo y liberarlo permite regular la temperatura de la piel de manera continuada.

Materiales de memoria de forma

¿No sería fantástico tener una chaqueta que ajustara la protección al viento en función de la intensidad y la temperatura? Tal vez estos materiales tienen la respuesta, ya que son capaces de recordar su forma original y volver a la misma incluso después de haber sido deformados por acción del calor u otros estímulos. Encontramos varios tipos de materiales con memoria de forma. Así, existen aleaciones metálicas que pueden producir la variación reversible necesaria para la protección contra condiciones atmosféricas cambiantes; polímeros que son macromoléculas que constituyen la base de los plásticos; o metales y polímeros piezoeléctricos que cambian de forma ante la acción de una tensión eléctrica.

En la práctica, una aleación con memoria de forma tiene por lo general la forma de un resorte. El resorte es plano en condiciones bajo la temperatura de activación pero se alarga por encima de ésta. Imaginemos un material de este tipo insertado entre capas adyacentes de tejido. Si baja la temperatura y estos materiales alcanzan la temperatura de activación, el espacio de aire encerrado entre las capas incrementa su volumen, aumentando así la capacidad de aislamiento y protección contra el frío. Por el contrario, si hace calor el sentido de la deformación de las capas es inverso y la bolsa de aire disminuye. Existen también materiales textiles de permeabilidad variable que, al aumentar el calor desprendido por el cuerpo, incrementan el tamaño de los intersticios y por tanto, la capacidad de evaporación del sudor a su través. Por el contrario, cuando el cuerpo se enfría, el material textil recupera su forma inicial aumentando su capacidad de abrigo.

Diaplex es uno de los fabricantes que ha fabricado un “material inteligente” que reacciona a una determinada temperatura de transición. Estas temperaturas en este tipo de materiales suelen estar próximas a la temperatura cercana a la superficie corporal 31-33ºC, Alcanzada esta temperatura se producen vibraciones térmicas en la estructura de las moléculas de la membrana. Esto provoca la creación de microporos que hacen que varíe automáticamente la permeabilidad del material, permitiendo el paso del vapor de agua y del calor. Este tejido se ha utilizado principalmente en trajes de esquí.

Nanotecnología y membranas

Hace ya unos cuantos años que la investigación textil nos ha ofrecido soluciones a la aparente contradicción entre la impermeabilidad y una óptima transpiración. La cooperación entre físicos, químicos y profesionales del textil condujo a la tecnología punta del laminado, en base a las membranas de polímeros microporosas o hidrofílicas, y a los textiles de uso técnico. Encontramos dos técnicas a grandes rasgos: por medios físicos o microporos (cada poro puede ser 20.000 veces más pequeño que una gota de agua y unas 700 veces mayor que la molécula de vapor de humedad) y por medios químicos (por los que una molécula hidrófila capta el vapor de la transpiración para pasarlo a una hidrófoba, que a su vez repite el proceso hasta llevar al exterior la humedad).

Como ejemplo de la primera de las técnicas tenemos uno ampliamente conocido por todos nosotros. Son los tejidos Gore Tex con su membrana de doble componente y que contiene más de 9 mil millones de microporos por cada 2,5 centímetros cuadrados. La parte principal está constituida de politetrafluoretileno expandido (ePTFE) que se combina con una capa oleofóbica que protege la membrana e impide la penetración de sustancias contaminantes tales como aceites, cosméticos, repelentes de insectos o sustancias alimenticias.

A diferencia de las anteriores encontramos membranas compactas y sin poros, normalmente utilizadas en el calzado, que funcionan por un sistema químico; como por ejemplo el sistema Dry Line de la casa Boreal o el Sympatex. La composición de este último es moléculas hidrófobas (Polyester 30%) y moléculas hidrófilas (Polyether 70%). Esta combinación permite que el vapor del agua se transmita a través de la membrana sin necesidad de poros mediante un proceso de absorción y reabsorción. Al no tener poros, la membrana no se bloquea con residuos o con los cristales de sal que pueden formarse cuando se solidifica el sudor.

Los últimos avances que nos han llegado han sido de la mano de una verdadera revolución, la nanotecnología, y poco a poco vamos viendo sus aplicaciones en nuestro terreno de juego. La “nanotecnología o nanociencia” define las ciencias y técnicas que se aplican al control y manipulación de la materia a una escala de nanómetros, es decir de 10 – 9 metros, o lo que es lo mismo: la milmillonésima parte de un metro. Para hacernos idea de la escala de trabajo de la que estamos hablando pensemos que una hoja de papel tiene un grosor de 100.000 nanómetros, un cabello humano unos 80.000 nm y una fila de tres átomos de oro sobre 1 nm. A esta escala la materia muestra propiedades inusuales, como propiedades catalíticas, eléctricas, magnéticas, mecánicas, ópticas y térmicas, que difieren de forma importante de las que muestran los materiales a escala convencional.

Las nanotecnologías se están desarrollando en el campo textil en la fabricación de tejidos con múltiples aplicaciones y propiedades: antimanchas, autolimpiadoras, antibacterias, antivirus, antiolor, ignífugos, hidrofóbicos… Así, por ejemplo, un tejido antimanchas a pesar de su apariencia pulida tiene una nanosuperficie muy rugosa, que hace que las sustancias no penetren evitando la suciedad.

Aunque su descubrimiento tuvo lugar a principios de la década de los 80 del siglo pasado, es la aplicación del efecto conocido como de la Flor de Loto o Effect- Lotus. Gracias a procedimientos nanotecnológicos se ha conseguido reproducir el efecto autolimpiador que tienen ciertas plantas y las alas de algunos insectos, que les permite mantenerse limpias de polvo y agua. El resultado son superficies totalmente hidrofóbicas que rechazan absolutamente el agua.

Una de estas tecnologías es la 2XDRY, desarrollado por la firma suiza Schoeller. Los tejidos tratados con esta tecnología tienen propiedades hidrofóbicas e hidrófilas. En el exterior, el agua, la suciedad y las manchas son repelidas. En el interior, la humedad es rápidamente absorbida y distribuida por una amplia superficie acelerando el proceso de evaporación.

Los nanomateriales tienen el innegable potencial de mejorar la calidad de vida y contribuir a la competitividad industrial. Sin embargo, algunos de estos nuevos materiales también plantean hoy en día algunos riesgos para la salud y el medio ambiente, existiendo todavía cierta incertidumbre científica, por lo que su introducción en el mercado está siendo de forma paulatina y controlada.

Otros desarrollos “inteligentes”

Además de los anteriores igualmente van cobrando auge otros materiales. Por ejemplo, los materiales crómicos o camaleónicos, que podrían tener aplicaciones desde el punto de vista de la seguridad en caso de rescates, y que cambian de color al actuar determinadas radiaciones sobre ellos o como resultado de una variación de la temperatura. Igualmente, los materiales fosforescentes son utilizados en los equipos de protección individual, consiguiéndose efectos de señalización luminosa de la persona.

Existe la creencia de que los tejidos protegen nuestra piel de la radiación solar. En la práctica, esto no siempre es así y podemos estar muchas horas expuestos a los efectos nocivos producidos por la exposición solar. Afortunadamente gracias a estas tecnologías encontramos tejidos que protegen de las radiaciones ultravioleta y son muchas las marcas que fabrican prendas para el outdoor que los incorporan.

También existen textiles antimicrobianos que evitan la aparición y desarrollo de las bacterias. La medicina moderna reconoce la plata como un agente natural antimicrobiano. Dentro del mundo del deporte, su introducción en calcetines y ropa interior es algo ya habitual. En particular, los cosmetotextiles son tejidos con microcápsulas con principios activos diversos que pueden ayudar a la piel humana a prevenir infecciones de agentes externos, eliminar grasas, proporcionar sustancias antioxidantes…

Pero el mundo del deporte va aún más allá. Dryarn y Outwet han creado un producto de altas prestaciones para los ciclistas. Se trata de una camiseta interior que en contacto con la piel suministra sustancias minerales al deportista durante el esfuerzo físico, ayudándole a controlar su sed, reduciendo la sudoración, y permitiendo al cuerpo mantener una temperatura constante. Incluso hay tejidos que incorporan principios activos, que alivian el dolor producido por inflamaciones musculares o cutáneas, y que van liberando el fármaco de forma controlada y constante. X-Bionic ha lanzado la colección con tecnología Effektor, que además de todas las extraordinarias características de termorregulación y sistemas para evitar los malos olores, anuncian una reducción de 2,4 pulsaciones por minuto, un 20% más de recuperación muscular, una reducción del 7% en la producción de Lactato y, en definitiva un incremento del rendimiento en un 10%.

No podemos olvidar los materiales conductores de la electricidad y el calor. Hay quien dice que las prendas fabricadas con ellos tiene propiedades anti estrés, ya que disipan las cargas eléctricas generadas por el rozamiento en prendas sintéticas, sin embargo la realidad es que hay otros usos más evidentes, como por ejemplo su utilización en prendas para actividades invernales o para el buceo en aguas frías. Evidentemente se necesitará una fuente de energía eléctrica para obtener ese calor, pero la conducción térmica de estos materiales permiten la distribución de calor por toda la prenda. Estos tejidos se obtienen utilizando fibras y partículas conductoras o hilos metalizados. Es ampliamente conocida la utilización de la plata en la industria textil por su poder antimicrobiano, pero igualmente se usa para conseguir que los tejidos adquieran conductividad eléctrica y térmica.

Textiles electrónicos

Mención especial merecen los textiles electrónicos, los cuales nacen de la unión de la microelectrónica y el textil. Integran sensores y microchips que detectan y analizan estímulos proporcionando una respuesta. Este tipo de desarrollo tiene varios nombres como e-textil, textronics… y tiene gran aplicación en el campo de la salud pudiéndose controlar el ritmo cardíaco del portador, la respiración, su temperatura, y un amplio abanico de funciones vitales, alertando al usuario o al médico si se detecta algún problema. Algunos ejemplos significativos y curiosos son:

• La Smart T-Shirt, compuesta por una red de fibras ópticas y conductoras que detectan las heridas, su localización exacta y su naturaleza, gracias a unos sensores especiales pegados al cuerpo y que transmiten la información en segundos.

• La LifeShirt, que recopila información de hasta 30 funciones vitales durante la rutina diaria del usuario, tales como los datos cardiacos, pulmonares y físicos. También correlaciona información conectada por dispositivos ópticos periféricos que miden presión arterial, saturación de oxigeno en la sangre, temperatura principal del cuerpo, temperatura de la piel… Varias empresas incluyen en sus catálogos prendas con sistemas de registro de información vital, como Adidas, Numetrex, Zephyr y Polar.

• La SmartSkin, diseñada especialmente para el buceo en aguas frías. Funciona mediante el ajuste de la permeabilidad de la capa interior de la tela mediante la acción de un hidrogel de polímero térmicamente sensible. El gel transforma el traje permitiendo un aumento del flujo de agua a través del material del traje húmedo cuando el buceador está caliente, pero se expande para cortar el flujo cuando la temperatura de la piel del buceador desciende por debajo de una temperatura umbral preestablecido. El efecto es la regulación de la temperatura de la piel en una amplia gama de condiciones de buceo.

Sin embargo, en la sociedad de la comunicación que vivimos son los dispositivos interactivos y portátiles los que pueden representar un gran mercado. El desarrollo de hilos fotovoltaicos y su integración en tejidos permiten que se comporten como placas solares, que captan la energía solar y alimenten una amplia gama de aparatos eléctricos de baja tensión como teléfonos móviles o cualquier dispositivo con conexión USB. Incluso ya se han logrado un teclado o teléfonos móviles integrados en la ropa. Otros tipos de innovaciones en el área de la seguridad son la integración de un GPS para la detección de la posición del usuario en caso de desaparición o secuestro. Firmas muy conocidas como O´Neill o Burton han apostado por estas tecnologías. NavJacket de O’Neill integra un GPS y una pantalla de control en la manga.

Textiles ecológicos

No querríamos terminar sin hacer mención a los textiles ecológicos, aquellos que cuidan la ecología y respetan el medio ambiente. Fiel a esta filosofía ecológica son los tejidos de la colección de Patagonia, como el Tencel Lyocell (obtenido de la pulpa de eucalipto), el cáñamo, el poliéster reciclado, el nylon reciclado, y la lana tratada sin cloro. Igualmente Polartec, uno de los mayores fabricantes mundiales de tejido, ha añadido a su colección de más de 300 tejidos diferentes una muestra de e-fiber. La tecnología Cocona se basa en el carbón activado que se obtiene aprovechando los residuos de las cáscaras de coco. Cada año se utilizan más de 20 mil millones de cocos que para cubrir las necesidades de las industrias de la alimentación, cosmética, salud y filtrado. Los hilos de Cocona y el carbón activado ofrecen excelentes propiedades de transpiración y secado, control del olor corporal, y protección UV, gracias a su amplia y uniforme estructura de poros.

Aunque los precios totalmente prohibitivos de algunas de estas prendas no han ayudado a su introducción y aceptación en el mercado, otras de las que hemos visto están totalmente asentadas o en camino de ello. En cualquier caso, lo que parece evidente es que las empresas están utilizando cada vez más los tejidos inteligentes. Probablemente ahora mismo lo hagan con unos objetivos de imagen, prestigio y posicionamiento tecnológico, más que buscando abrir nuevas líneas de negocio, pero lo que es indudable es que es cuestión de tiempo el que esta tecnología cada vez sea más accesible, y que las empresas que quieran estar en vanguardia deberán estar bien situadas en la línea de salida. 

Algunos ejemplos de termorreguladores

1.- Columbia y su filial Mountain Hardwear han presentado en esta temporada 2013 toda una nueva línea de ropa deportiva, llamada Omni-Freeze Zero y Cool. Q Zero respectivamente. La ropa está compuesta por pequeños anillos azules de un polímero especial que se expanden al entrar en contacto con la humedad del sudor, permitiendo un mayor recorrido del aire sobre el cuerpo, reduciendo la temperatura del tejido, acelerando el proceso de hidroabsorción y produciendo una sensación refrescante.

2.- Under Armour ha desarrollado el Infrared, una tinta con pigmentos de cerámica aplicada al interior de la prenda que absorben y retienen el calor durante más tiempo, con un diseño estampado que ayuda al calor a circular.

3.- X-Bionic lleva desarrollando su tecnología Energy Accumulator desde hace más de 10 años, basada en un sistema de canales que transportan el exceso de calor a las zonas de evaporación del cuerpo.

[Alberto Ayora es Coronel del Ejército de Tierra, miembro del grupo de investigación «Seguridad y Salud en Montaña» y responsable del Comité de Seguridad de la FEDME. Es autor de los libros «Gestión del riesgo» y «Riesgo y liderazgo» y miembro del jurado del Premio Desnivel de Material desde su creación, en 2009]

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