Para conseguir sintetizar un dispositivo rompedor que cumpla con estas características en una solución ultracompacta nos hemos apoyado en dos disciplinas científicas emergentes: la computación evolutiva y las metasuperficies nanofotónicas. La computación evolutiva se basa en las teorías evolutivas para resolver problemas de optimización combinatoria. De esta manera puede resolver problemas multiobjetivo que los algoritmos de optimización tradicionales no son capaces de solucionar. Estos algoritmos avanzados se han aplicado al diseño de metasuperficies, que permiten manipular la radiación de forma no convencional y cuya respuesta electromagnética se diseña a la carta. El análisis se ha hecho usando métodos numéricos basados en simuladores electromagnéticos, comprobando previamente su veracidad con soluciones ya conocidas.
Los retos que se pretendían cubrir con esta aproximación multidisciplinar son, por un lado, dar un nuevo enfoque radical para atacar el problema de enfriamiento por radiación pasivo, creando un nuevo paradigma basado en algoritmos evolutivos avanzados que van más allá de los diseños realizados tomando como base la intuición humana. Por otro lado, la idea consistía en desarrollar un prototipo funcional, para el diseño de soluciones de refrigeración pasivas basadas en los efectos térmicos que tienen lugar en el infrarrojo medio. De esta manera, se podrían diseñar recubrimientos que formaran parte de tejados de edificios en los que se reduciría de manera drástica el consumo energético derivado de los sistemas de climatización.
Por tanto, el objetivo de este proyecto ha sido aplicar algoritmos de computación evolutiva para desarrollar dispositivos de enfriamiento por radiación pasiva ultra-compactos y con capacidades de refrigeración superiores al estado del arte. Para conseguir enfriamiento por radiación, se debe maximizar la potencia radiada por la superficie (Prad), que está fuertemente ligada a la emisividad del dispositivo, y minimizar la potencia absorbida (Patm + Psun), de acuerdo con el siguiente balance de potencias:
Pnet(T) = Prad(T) – Patm(Tatm) – Psun
La emisividad del dispositivo depende a su vez de los parámetros de la metasuperficie. En este proyecto se han estudiado estructuras nanopiramidales multicapa. Aplicando algoritmos evolutivos, se han estudiado distintos valores de estos parámetros. Así, se ha encontrado la solución óptima en la combinación de estos parámetros, mostrada a continuación, que maximiza el balance de potencias, la cual se pretende fabricar y medir en la siguiente fase del proyecto.
