El cabello ayuda a mantenernos frescos en climas cálidos, revela un estudio de infrarrojos – Physics World

El cabello enfría la cabeza cuando hace calor y mantiene el cuero cabelludo caliente cuando hace frío, según un nuevo estudio sobre cómo interactúa el cabello humano con la radiación infrarroja. La investigación fue realizada por científicos de Corea del Sur, que esperan que su trabajo inspire el desarrollo de nuevos textiles con propiedades radiativas optimizadas.

A pesar de representar sólo el 2% de la masa humana típica, la cabeza consume alrededor del 20% de la energía quemada por el metabolismo del cuerpo. La temperatura de la piel de la cabeza puede ser 2°C más alta que la de otras partes del cuerpo, por lo que una buena gestión térmica es crucial, especialmente cuando el sol golpea el cuero cabelludo.

El cabello es una adaptación evolutiva para proteger la cabeza tanto de la dañina radiación solar como del frío. A primera vista podría parecer que el precio de esta protección es un límite a la capacidad del cuerpo para mantener la cabeza fresca en los días calurosos irradiando calor desde el cuero cabelludo.

Propiedades radiativas

Ahora, sin embargo, el científico de materiales Gunwoo Kim y sus colegas del Instituto de Tecnología Industrial de Corea en Yeongcheon han desafiado esta visión investigando las propiedades radiativas del cabello. Además de obtener información sobre las propiedades infrarrojas del cabello, el equipo también ha estudiado cómo afectan el calentamiento y enfriamiento del cuero cabelludo a distintas temperaturas ambientales.

El cabello se compone de tres capas radiales, de las cuales la capa intermedia (la corteza) es, con diferencia, la más gruesa. La corteza está formada por haces entrelazados formados principalmente por la proteína queratina y bolsas de aire que confieren al cabello sus propiedades mecánicas, como su resistencia. La capa exterior se llama cutícula y comprende múltiples capas de células delgadas y planas que se superponen como tejas.

El principal absorbente de la radiación solar en el cabello (y en la piel) es el pigmento melanina. Se trata de un polímero de un aminoácido orgánico con anillos que absorben un amplio espectro de radiación entre el infrarrojo cercano y el ultravioleta.

Modelos de cabello

El grupo de Kim investigó cómo las propiedades físicas y químicas del cabello se combinan para afectar su absortividad (que es lo mismo es su emisividad según la ley de radiación térmica de Kirchoff), reflectividad y transmisión en diferentes longitudes de onda. Esto se hizo utilizando modelos matemáticos y realizando experimentos con cabello negro (que es rico en melanina) obtenido en un salón local.

Descubrieron que las muestras de cabello absorbían alrededor del 80% de la luz incidente en la longitud de onda infrarroja de 1 μm, que es la longitud de onda de máxima intensidad en la radiación solar. El equipo también estudió muestras de cabello en las que se había eliminado la melanina mediante decoloración. En estas muestras, la absorbancia fue de alrededor del 40%. El equipo repitió sus mediciones de luz infrarroja a 10 μm, que no es un componente significativo de la luz solar. Después de blanquear la melanina, descubrieron que la absortividad (y la emisividad) a esta longitud de onda se mantenía en torno al 90%. Esto se debe a que la absorbancia de la radiación en esta longitud de onda se debe en gran medida a enlaces químicos en moléculas distintas de la melanina, moléculas como la queratina.

Luego, los investigadores empaparon los pelos en agua. Descubrieron que la proporción de radiación de longitud de onda solar absorbida disminuyó significativamente, mientras que la proporción de radiación absorbida a 10 μm se mantuvo relativamente intacta.

Poros esparcidos

"El cabello humano tiene poros que miden casi 1 μm", dice Kim, "esos poros son muy específicos para dispersarse en la región del infrarrojo cercano... Para bloquear completamente la radiación solar necesitamos una gran longitud de cabello: pero si dispersamos la radiación en el interior Con el material podemos bloquear completamente la radiación sin necesidad de tal volumen de material”.

Llenar los poros y los bordes con agua evitó los cambios abruptos en el índice de refracción y, por lo tanto, redujo la dispersión necesaria para aumentar la longitud del camino de la radiación infrarroja cercana en el cabello. Sin embargo, en longitudes de onda más largas que probablemente sean emitidas por el cuerpo humano en forma de calor, las ondas no se dispersaron, sino que fueron absorbidas y reemitidas. El equipo decidió estudiar la radiación de 10 μm porque se encuentra en el centro de una "ventana de transparencia" atmosférica. "A este fenómeno lo llamamos enfriamiento radiativo porque podemos emitir esta radiación fácilmente al espacio", dice Kim.

La piel de oso polar inspira los textiles solares térmicos

Luego, los investigadores realizaron pruebas de campo. Descubrieron que, en un día frío, una muestra de piel sintética cubierta de pelo acababa siendo más cálida que la piel desnuda. Sin embargo, en un día cálido, la piel sintética cubierta de pelo se mantuvo más fresca. Los investigadores ahora buscan desarrollar textiles bioinspirados basados ​​en los principios descritos en un artículo que describe la investigación in Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Luis Ruiz Pestana Es experto en modelado de materiales nanoestructurados en la Universidad de Miami en Estados Unidos. El dijo Mundo de la física  que estos resultados son a la vez impresionantes y desconcertantes.

“Lo realmente singular no es que absorbas la luz ultravioleta, sino que el cabello parece ser muy bueno para emitir rayos infrarrojos”, dice; "Básicamente, obtienes esa luz ultravioleta, la absorbes y la liberas en el espectro infrarrojo".

Sin embargo, está perplejo por el comportamiento de las temperaturas frías, sobre el cual los investigadores aportan datos pero pocas explicaciones: "No entendía en absoluto cómo la arquitectura del cabello permite que los infrarrojos queden atrapados entre la piel y la atmósfera". él dice: "La primera parte es muy clara, la segunda parte no tan clara".

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
• PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
• PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
• Fuente: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/