Τα «έξυπνα» ρούχα με ηλιακή ενέργεια θα μπορούσαν να ζεστάνουν ή να δροσίσουν γρήγορα το σώμα σας

Τα «έξυπνα» ρούχα με ηλιακή ενέργεια θα μπορούσαν να ζεστάνουν ή να δροσίσουν γρήγορα το σώμα σας

Χρονική σήμανση: 18 Δεκεμβρίου 2023 1:57 μ.μ.
Τα «έξυπνα» ρούχα με ηλιακή ενέργεια θα μπορούσαν να θερμάνουν ή να ψύχουν γρήγορα το σώμα σας Η νοημοσύνη δεδομένων PlatoBlockchain. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Έχω τρομερό έλεγχο της θερμοκρασίας του σώματος. Βάζω το κεφάλι μου στην κατάψυξη όταν έχει ζέστη έξω. Τα αιμοφόρα αγγεία στα χέρια μου σπάζουν όταν είναι υγρό και ψυχρό. «Είμαι ζεστός. τώρα κρυώνω» είναι ένα τρεχούμενο αστείο στην οικογένειά μου.

Αλλά είμαι τυχερός: Σε σύγκριση με τα ψυχρόαιμα ζώα, εμείς οι άνθρωποι έχουμε μυριάδες τρόπους να κρατάμε το σώμα μας να βουίζει σε μια σειρά θερμοκρασιών. Τρέμουμε όταν κρυώνουμε και ιδρώνουμε κουβάδες για να διώξουμε τη ζέστη. Και όταν παλεύουμε σε υπερβολική ζέστη ή κρύο, έχουμε το μυαλό να αλλάξουμε την γκαρνταρόμπα μας.

Ακούγεται προφανές, ωστόσο τα ρούχα μας επέτρεψαν να εξερευνήσουμε τις μακρινές περιοχές του κόσμου μας ενώ είναι σχετικά άνετα και ασφαλή. Αλλά ακόμα και τα πιο τεχνικά ενδύματα -αυτοθερμαινόμενα γιλέκα, στρώσεις Gore-Tex ή κοστούμια με ενσωματωμένες παγοκύστες- έχουν τα όριά τους. Τα περισσότερα μπορούν είτε να ζεστάνουν είτε να κρυώσουν το σώμα - αλλά όχι και τα δύο - είτε να απαιτούν μια εξωτερική πηγή τροφοδοσίας ή μια ογκώδη μπαταρία.

Αυτά τα ρούχα παραπαίουν στην έρημο ή σε περιοχές με υψηλό υψόμετρο, όπου οι θερμοκρασίες μπορεί να μεταβληθούν δραστικά από την καυτή ζέστη σε κάτω από το μηδέν. Και καθώς προχωράμε πέρα ​​από τη Γη, μια ελαφριά στολή που ελέγχει τη θερμοκρασία του σώματος θα μπορούσε να κάνει τους μεγαλύτερους διαστημικούς περιπάτους πιο εύλογους και ευχάριστους.

Αυτή την εβδομάδα, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Nankai έκανε ένα βήμα προς έξυπνα ρούχα που προσαρμόζουν γρήγορα τη θερμοκρασία του σώματος χρησιμοποιώντας μόνο ηλιακή ενέργεια. Η ομάδα δημιούργησε ένα εύκαμπτο υλικό που συλλαμβάνει το ηλιακό φως για να αποθηκεύει και να μεταφέρει θερμότητα. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, το έμπλαστρο αφαιρεί τη θερμότητα από το δέρμα και αποθηκεύει την υπερβολική ενέργεια. Το βράδυ, όταν είναι πιο δροσερό, απελευθερώνει αυτή την ενεργειακή μνήμη για να θερμάνει το δέρμα σε άνετα επίπεδα.

Επειδή η μονάδα τροφοδοτείται από ηλιακή ενέργεια, μπορεί να διατηρήσει τη θερμοκρασία του δέρματος χωρίς μπαταρία. Το έμπλαστρο μπορεί επίσης να προσαρμόζεται γρήγορα στις μεταβολές της θερμοκρασίας περιβάλλοντος με αυτόματη εναλλαγή μεταξύ των λειτουργιών ψύξης και θέρμανσης.

Σε μια δοκιμή, η ομάδα τοποθέτησε το έμπλαστρο στο χέρι ενός εθελοντή και ψύξε το δέρμα του πάνω από εννέα τοις εκατό σε λίγα δευτερόλεπτα. Το έμπλαστρο θα μπορούσε να κρατήσει το δέρμα άνετο όταν εκτίθεται σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών—από το πάγωμα μέχρι τη θερμότητα σε επίπεδο Κοιλάδας του Θανάτου.

Αντί να σχεδιάζει ρούχα φτιαγμένα εξ ολοκλήρου από το υλικό, η ομάδα οραματίζεται ότι μπορεί να υφανθεί στρατηγικά με την καθημερινή μόδα ή τις διαστημικές στολές - με μεγαλύτερα μπαλώματα στην περιοχή του κορμού και της πλάτης και μικρότερα προσαρμοσμένα στους ώμους, τα μπράτσα και το μπροστινό μέρος των μηρών . Ακόμη και χωρίς να καλύπτουν ολόκληρο το σώμα, η υψηλή απόδοση των επιθεμάτων στην αποθήκευση και τη μεταφορά θερμότητας μπορεί να κρατήσει τους χρήστες άνετους όλη την ημέρα - εφόσον υπάρχουν λίγες ώρες ηλιοφάνειας.

Η συσκευή «ανοίγει πολλές δυνατότητες» για «επέκταση της ανθρώπινης προσαρμογής σε σκληρά περιβάλλοντα». Έγραψε Οι Δρ. Οι Xingyi Huang και Peng Li στο Πανεπιστήμιο Jiao Tong της Σαγκάης, οι οποίοι δεν συμμετείχαν στη μελέτη.

Μόδα επιστημονικής φαντασίας

Είναι δύσκολο να νικήσεις το να φωλιάζεις κάτω από μια θερμαινόμενη κουβέρτα ενώ βλέπεις το χιόνι να πέφτει έξω. Αντίθετα, το να τρέχεις στον παγωμένο αέρα του χειμώνα για να κυνηγήσεις ένα πακέτο δώρου είναι ένας απόλυτος εφιάλτης — ειδικά όταν φοράς πιτζάμες και παντόφλες.

Το σώμα μας δεν είναι φτιαγμένο για ακραίες θερμοκρασίες. Οι βιολογικές διεργασίες που μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε, να νιώθουμε, να αναπνέουμε και να αφομοιώσουμε εξαρτώνται από πρωτεΐνες που λειτουργούν καλύτερα μεταξύ ενός μικρού εύρους θερμοκρασιών περιβάλλοντος. Ονομάζεται «ζώνη θερμικής άνεσης», είναι περίπου μεταξύ 71 και 82 βαθμών Φαρενάιτ (ή 22 και 28 βαθμών Κελσίου). Θερμοκρασίες εκτός αυτού του εύρους κάνουν το σώμα να ιδρώνει ή να τρέμει για να διατηρήσει υπό έλεγχο την εσωτερική μας θερμοκρασία. Αλλά αυτοί οι βιολογικοί μηχανισμοί αποτυγχάνουν σε υπερβολική ζέστη ή κρύο, με αποτέλεσμα θερμοπληξία, κρυοπαγήματα ή ακόμα και θάνατο.

Τα ρούχα μπορούν να επεκτείνουν τη ζώνη θερμικής άνεσης ρυθμίζοντας τη θερμοκρασία του δέρματος είτε παθητικά είτε ενεργά. Οι παθητικές επιλογές δεν χρειάζονται πηγή ενέργειας. Μερικοί, όπως οι θερμαντικές συσκευασίες χεριών, χρησιμοποιούν χημικές αντιδράσεις για να δημιουργήσουν και να απελευθερώσουν θερμότητα. Άλλοι διαχέουν τη θερμότητα στο περιβάλλον για να δροσίσουν τους χρήστες ή αντανακλούν τη θερμότητα του σώματος πίσω στο δέρμα για να το κρατήσουν ζεστό. Τα φουσκωτά μπουφάν, οι δροσερές γκέτες λαιμού ή τα υφάσματα που απομακρύνουν τον ιδρώτα εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία.

Τα ενεργά υλικά χρησιμοποιούν μια εξωτερική πηγή ενέργειας για να αλλάξουν γρήγορα τη θερμοκρασία ενός υλικού κατά παραγγελία. Αλλά η υψηλή κατανάλωση ενέργειας καθιστά δύσκολη τη διατήρηση της θερμοκρασίας όλη την ημέρα, ειδικά όταν ο χρήστης είναι εν κινήσει.

Ηλιακή-Θερμική Φθορά

Η νέα μελέτη ισοπέδωσε τα ενεργά υλικά χρησιμοποιώντας μια φυσική πηγή ενέργειας: τον ήλιο.

Το λυγισμένο υλικό είναι σαν ένα σάντουιτς με ανοιχτό πρόσωπο. Στην κορυφή υπάρχει ένα εύκαμπτο ηλιακό πάνελ που μετατρέπει γρήγορα το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια και μια μονάδα αποθήκευσης για να συλλαμβάνει την υπερβολική ενέργεια. Η κάτω πλευρά, στραμμένη προς το δέρμα είναι μια ηλεκτροθερμιδική συσκευή—μια λεπτή μεμβράνη που αλλάζει γρήγορα τις ιδιότητές της όταν εκτίθεται στον ηλεκτρισμό. Με ένα ηλεκτρικό ζάπισμα, αυτό το στρώμα απορροφά θερμότητα και μειώνει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η απενεργοποίηση του ηλεκτρικού πεδίου αντιστρέφει τη διαδικασία και η συσκευή μεταφέρει θερμότητα στο δέρμα.

Η συσκευή μπορεί να εναλλάσσεται γρήγορα μεταξύ των κύκλων θέρμανσης και ψύξης, και σε αντίθεση με τις προηγούμενες άκαμπτες εκδόσεις, το υλικό είναι εύκαμπτο και μπορεί να διαμορφωθεί στο ανθρώπινο δέρμα όπως ένα Band-Aid.

Σε μια δοκιμή, η ομάδα τοποθέτησε το υλικό στο χέρι ενός εθελοντή και διαφοροποίησε τη θερμοκρασία περιβάλλοντος μεταξύ ψυχρού και πολύ φρυγανιστικού. Παρακολούθησαν τη θερμοκρασία του δέρματος του εθελοντή με κάμερα υπερύθρων.

Το μικρό έμπλαστρο πέτυχε άνετες θερμοκρασίες μέσα σε δευτερόλεπτα από τις αλλαγές θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Ήταν επίσης αυτάρκης, λειτουργούσε εύκολα για μια ολόκληρη μέρα με δώδεκα ώρες ηλιακού φωτός.

Στο Άγνωστο;

Το νέο σύστημα διευρύνει τη φυσική ζώνη θερμικής άνεσης του δέρματός μας. Η «εντυπωσιακή» επέκταση επιτρέπει στο σώμα να «προσαρμόζεται σε πιο περίπλοκα και μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα», έγραψαν οι Huang και Li.

Μια πιθανή εφαρμογή είναι η ύφανση του υλικού «σε μια συμβατική διαστημική στολή για να βοηθήσει στη μείωση των συνολικών απαιτήσεων ισχύος», έγραψε η ομάδα. Αν και η εύρεση χώρου (χωρίς λογοπαίγνιο) θα μπορούσε να αποτελέσει πρόκληση. Μια εφαρμοστή διαστημική στολή έχει τόσο μεγάλη επιφάνεια εκτεθειμένη στο ηλιακό φως, γεγονός που περιορίζει το μέγεθος των πάνελ. Περίπου το 60 τοις εκατό μιας διαστημικής στολής θα πρέπει να καλύπτεται από το υλικό για να τροφοδοτείται για μια ολόκληρη μέρα χωρίς εξωτερική πηγή μπαταρίας.

Επίσης, ακόμη και στη Γη, η φθίνουσα ηλιακή ακτινοβολία το χειμώνα καθιστά πιο δύσκολη τη φόρτιση του υλικού - ειδικά εάν εξερευνάτε πολικές περιοχές όπου η ημέρα εξαφανίζεται.

Η ομάδα εργάζεται ήδη για να κάνει το υλικό πιο πρακτικό. Μια ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε ηλεκτρικά εξαρτήματα ευαίσθητα στη θερμοκρασία που θα μπορούσαν να ενισχύσουν περαιτέρω το εύρος ελέγχου θερμοκρασίας του έμπλαστρου. Μια άλλη είναι η προσθήκη χημικών ουσιών που αυξάνουν την ικανότητα του έμπλαστρου να μεταφέρει ηλεκτρισμό, καθιστώντας το πιο αποτελεσματικό στην αποθήκευση και τη μεταφορά θερμότητας. Η σύνδεση πολλαπλών ηλεκτροθερμιδικών στρωμάτων από το κεφάλι με τα νύχια θα μπορούσε επίσης να αυξήσει την ικανότητα της συσκευής να χειρίζεται τις αλλαγές θερμοκρασίας.

Για τους Huang και Li, το υλικό έχει πολύ περισσότερες χρήσεις πέρα ​​από τα ρούχα. Θα μπορούσε να επικαλύψει οχήματα ή κτίρια για να διατηρήσει τις θερμοκρασίες υπό έλεγχο χωρίς κλιματισμό. Με ακραίες θερμοκρασίες παίρνοντας περισσότερες ζωές από τους τυφώνες, τις πλημμύρες ή τους ανεμοστρόβιλους μαζί, αυτά τα υλικά δεν είναι μόνο για ατρόμητους εξερευνητές - θα μπορούσαν να αλλάξουν την καθημερινότητά μας.

Image Credit: Κατζετάν Σουμίλα / Unsplash

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κέντρο μοναδικότητας