Τα μαλλιά μας βοηθούν να μας κρατούν δροσερούς σε ζεστό καιρό, αποκαλύπτει μελέτη υπέρυθρων – Physics World

Τα μαλλιά δροσίζουν το κεφάλι σε ζεστό καιρό, ενώ διατηρούν το τριχωτό της κεφαλής ζεστό στο κρύο – σύμφωνα με μια νέα μελέτη για το πώς αλληλεπιδρούν τα ανθρώπινα μαλλιά με την υπέρυθρη ακτινοβολία. Η έρευνα έγινε από επιστήμονες στη Νότια Κορέα, οι οποίοι ελπίζουν ότι το έργο τους θα εμπνεύσει την ανάπτυξη νέων υφασμάτων με βελτιστοποιημένες ιδιότητες ακτινοβολίας.

Παρά το γεγονός ότι αντιπροσωπεύει μόνο το 2% της τυπικής ανθρώπινης μάζας, το κεφάλι καταναλώνει περίπου το 20% της ενέργειας που καίγεται από το μεταβολισμό του σώματος. Η θερμοκρασία του δέρματος του κεφαλιού μπορεί να είναι πάνω από 2°C υψηλότερη από ό,τι αλλού στο σώμα, επομένως η καλή θερμική διαχείριση είναι ζωτικής σημασίας – ιδιαίτερα όταν ο Ήλιος πέφτει στο τριχωτό της κεφαλής.

Τα μαλλιά είναι μια εξελικτική προσαρμογή για την προστασία του κεφαλιού τόσο από την επιβλαβή ηλιακή ακτινοβολία όσο και από το κρύο. Εκ πρώτης όψεως μπορεί να φαίνεται ότι η τιμή αυτής της προστασίας είναι ένα όριο στην ικανότητα του σώματος να διατηρεί το κεφάλι δροσερό τις ζεστές μέρες εκπέμποντας θερμότητα από το τριχωτό της κεφαλής.

Ακτινοβολικές ιδιότητες

Τώρα, ωστόσο, ο επιστήμονας υλικών Gunwoo Kim και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής Τεχνολογίας της Κορέας στο Yeongcheon αμφισβήτησαν αυτή την άποψη διερευνώντας τις ιδιότητες ακτινοβολίας των μαλλιών. Εκτός από την απόκτηση γνώσεων για τις ιδιότητες υπερύθρων των μαλλιών, η ομάδα μελέτησε επίσης πώς επηρεάζουν τη θέρμανση και την ψύξη του τριχωτού της κεφαλής σε διάφορες θερμοκρασίες περιβάλλοντος.

Τα μαλλιά αποτελούνται από τρία ακτινωτά στρώματα από τα οποία το μεσαίο στρώμα (ο φλοιός) είναι μακράν το παχύτερο. Ο φλοιός αποτελείται από αλληλένδετες δέσμες που αποτελούνται κυρίως από την πρωτεΐνη κερατίνη και θύλακες αέρα που προσδίδουν στα μαλλιά τις μηχανικές τους ιδιότητες όπως τη δύναμή τους. Το εξωτερικό στρώμα ονομάζεται επιδερμίδα, το οποίο περιλαμβάνει πολλαπλά στρώματα λεπτών, επίπεδων κυττάρων που επικαλύπτονται σαν κεραμίδια στέγης.

Ο κύριος απορροφητής της ηλιακής ακτινοβολίας στα μαλλιά (και στο δέρμα) είναι η χρωστική ουσία μελανίνη. Αυτό είναι πολυμερές ενός οργανικού αμινοξέος με δακτυλίους που απορροφούν ένα ευρύ φάσμα ακτινοβολίας μεταξύ του κοντινού υπέρυθρου και του υπεριώδους.

Μοντέλα μαλλιών

Η ομάδα του Kim ερεύνησε πώς οι φυσικές και χημικές ιδιότητες της τρίχας συνδυάζονται για να επηρεάσουν την απορρόφησή τους (η οποία είναι το ίδιο με την εκπομπή τους σύμφωνα με το νόμο της θερμικής ακτινοβολίας του Kirchoff), την ανακλαστικότητα και τη μετάδοση σε διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό έγινε χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα και κάνοντας πειράματα σε μαύρα μαλλιά (τα οποία είναι πλούσια σε μελανίνη) που ελήφθησαν από ένα τοπικό σαλόνι.

Διαπίστωσαν ότι τα δείγματα μαλλιών απορρόφησαν περίπου το 80% του προσπίπτοντος φωτός στο υπέρυθρο μήκος κύματος 1 μm, που είναι το μέγιστο μήκος κύματος έντασης στην ηλιακή ακτινοβολία. Η ομάδα μελέτησε επίσης δείγματα μαλλιών στα οποία η μελανίνη είχε αφαιρεθεί με λεύκανση. Σε αυτά τα δείγματα, η απορρόφηση ήταν περίπου 40%. Η ομάδα επανέλαβε τις μετρήσεις της για υπέρυθρο φως στα 10 μm, το οποίο δεν αποτελεί σημαντικό συστατικό του ηλιακού φωτός. Μετά τη λεύκανση της μελανίνης διαπίστωσαν ότι η απορροφητικότητα (και η εκπομπή) σε αυτό το μήκος κύματος παρέμεινε γύρω στο 90%. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η απορρόφηση της ακτινοβολίας σε αυτό το μήκος κύματος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό σε χημικούς δεσμούς σε μόρια άλλα από τη μελανίνη – μόρια όπως η κερατίνη.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές μούλιασαν τις τρίχες σε νερό. Διαπίστωσαν ότι η αναλογία της απορροφούμενης ακτινοβολίας μήκους κύματος έπεσε σημαντικά, ενώ η αναλογία της ακτινοβολίας που απορροφήθηκε στα 10 μm ήταν σχετικά ανεπηρέαστη.

Σκόρπιοι πόροι

«Τα ανθρώπινα μαλλιά έχουν πόρους που είναι σχεδόν 1 μm», λέει η Kim, «Αυτοί οι πόροι είναι πολύ συγκεκριμένοι για τη διασπορά στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία… Για να μπλοκάρουμε πλήρως την ηλιακή ακτινοβολία χρειαζόμαστε μεγάλο μήκος μαλλιών: αλλά αν διασκορπίσουμε την ακτινοβολία μέσα το υλικό μπορούμε να μπλοκάρουμε εντελώς την ακτινοβολία χωρίς να χρειαζόμαστε τέτοιο όγκο υλικού».

Το γέμισμα των πόρων και των άκρων με νερό είχε αποτρέψει τις απότομες αλλαγές στον δείκτη διάθλασης και έτσι μείωσε τη σκέδαση που απαιτείται για την αύξηση του μήκους διαδρομής της ακτινοβολίας κοντά στο υπέρυθρο στα μαλλιά. Σε μεγαλύτερα μήκη κύματος που είναι πιθανό να εκπέμπονται από το ανθρώπινο σώμα ως θερμότητα, ωστόσο, τα κύματα δεν διασκορπίστηκαν αλλά απορροφήθηκαν και εκπέμπονταν ξανά. Η ομάδα επέλεξε να μελετήσει ακτινοβολία 10 μm επειδή βρίσκεται στο κέντρο ενός ατμοσφαιρικού «παραθύρου διαφάνειας». «Αποκαλούμε αυτό το φαινόμενο ακτινοβολία ψύξης επειδή μπορούμε να εκπέμψουμε αυτή την ακτινοβολία εύκολα στο διάστημα», λέει ο Kim.

Η γούνα της πολικής αρκούδας εμπνέει ηλιακά-θερμικά υφάσματα

Στη συνέχεια οι ερευνητές πραγματοποίησαν δοκιμές πεδίου. Διαπίστωσαν ότι, μια κρύα μέρα, ένα δείγμα συνθετικού δέρματος καλυμμένου με τρίχες κατέληξε να είναι πιο ζεστό από το γυμνό δέρμα. Σε μια ζεστή μέρα, ωστόσο, το συνθετικό δέρμα με καλυμμένα μαλλιά παρέμεινε πιο δροσερό. Οι ερευνητές προσπαθούν τώρα να αναπτύξουν υφάσματα βιολογικής έμπνευσης με βάση τις αρχές που περιγράφονται στο α έγγραφο που περιγράφει την έρευνα in Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Λουίς Ρουίζ Πεστάνα είναι ειδικός στη μοντελοποίηση νανοδομημένων υλικών στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι στις ΗΠΑ. Αυτός είπε Κόσμος Φυσικής  ότι αυτά τα αποτελέσματα είναι και εντυπωσιακά και αινιγματικά.

«Το πραγματικά μοναδικό δεν είναι ότι απορροφάς το υπεριώδες φως, αλλά ότι τα μαλλιά φαίνεται να είναι πολύ καλά στο να εκπέμπουν στο υπέρυθρο», λέει. «Έτσι βασικά παίρνετε αυτό το υπεριώδες φως, το απορροφάτε και το απελευθερώνετε στο υπέρυθρο φάσμα».

Ωστόσο, είναι μπερδεμένος από τη συμπεριφορά της χαμηλής θερμοκρασίας, για την οποία οι ερευνητές παρέχουν δεδομένα αλλά ελάχιστη εξήγηση: «Δεν κατάλαβα καθόλου [πώς] η αρχιτεκτονική των μαλλιών επιτρέπει στο υπέρυθρο να παραμένει παγιδευμένο μεταξύ του δέρματος και της ατμόσφαιρας». Λέει «Έτσι το πρώτο μέρος πολύ σαφές, το δεύτερο μέρος όχι τόσο σαφές».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/