لباس های «هوشمند» با انرژی خورشیدی می توانند بدن شما را به سرعت گرم یا خنک کنند

لباس های «هوشمند» با انرژی خورشیدی می توانند بدن شما را به سرعت گرم یا خنک کنند

تمبر زمان: 18 دسامبر 2023، 1:57 بعد از ظهر
لباس‌های «هوشمند» با انرژی خورشیدی می‌توانند به سرعت بدن شما را گرم یا خنک کنند. جستجوی عمودی Ai.

من کنترل دمای بدن وحشتناکی دارم. وقتی بیرون گرم است، سرم را در فریزر می‌گذارم. رگ های خونی در دستانم وقتی مرطوب و سرد است دچار اسپاسم می شوند. "من داغ هستم؛ حالا من سردم است» یک شوخی در خانواده من است.

اما من خوش شانس هستم: در مقایسه با حیوانات خونسرد، ما انسان‌ها راه‌های بی‌شماری برای نگه داشتن بدن‌مان در دماهای مختلف داریم. وقتی سرد است می لرزیم و سطل عرق می کنیم تا گرما را دفع کنیم. و وقتی در گرما یا سرمای شدید مبارزه می کنیم، مغزمان برای تغییر کمد لباسمان است.

بدیهی به نظر می رسد، با این حال لباس به ما این امکان را می دهد که در حالی که نسبتا راحت و ایمن است، نقاط دوردست دنیای خود را کشف کنیم. اما حتی فنی ترین لباس ها - جلیقه های خود گرم شونده، لایه های گورتکس یا کت و شلوارهایی با کیسه یخ داخلی - محدودیت های خود را دارند. اکثر آنها می توانند بدن را گرم یا خنک کنند - اما نه هر دو - یا به یک منبع تغذیه خارجی یا یک بسته باتری حجیم نیاز دارند.

این لباس‌ها در مناطق بیابانی یا مرتفع می‌افتند، جایی که دما می‌تواند به شدت از گرمای سوزان به زیر صفر تغییر کند. و همانطور که از زمین فراتر می رویم، یک لباس سبک وزن که دمای بدن را کنترل می کند می تواند پیاده روی های فضایی طولانی تر را قابل قبول تر و دلپذیرتر کند.

این هفته دانشمندان دانشگاه نانکای قدمی به سمت برداشت لباس هوشمند که به سرعت دمای بدن را تنها با استفاده از انرژی خورشیدی تنظیم می کند. این تیم یک ماده انعطاف پذیر ساختند که نور خورشید را برای ذخیره و انتقال گرما جذب می کند. در طول روز، این چسب گرما را از پوست خارج می کند و انرژی اضافی را ذخیره می کند. در شب، زمانی که هوا خنک‌تر است، این حافظه پنهان انرژی را آزاد می‌کند تا پوست را تا سطوح راحت گرم کند.

از آنجایی که دستگاه از انرژی خورشیدی تغذیه می کند، می تواند دمای پوست را بدون بسته باتری حفظ کند. این پچ همچنین می‌تواند با تغییر خودکار بین حالت‌های سرمایش و گرمایش، به سرعت نوسانات دمای محیط را تنظیم کند.

در آزمایشی، تیم پچ را روی دست یک داوطلب گذاشت و تنها در چند ثانیه بیش از XNUMX درصد پوست آنها را خنک کرد. این وصله می‌تواند پوست را هنگام قرار گرفتن در معرض طیف وسیعی از دماها راحت نگه دارد - از یخ زدن تا گرمای سطح دره مرگ.

به‌جای طراحی لباس‌هایی که به‌طور کامل از این ماده ساخته شده‌اند، این تیم تصور می‌کند که می‌توان آن را به‌طور استراتژیک در مد یا لباس‌های فضایی روزمره بافته کرد – با تکه‌های بزرگ‌تر در قسمت‌های بالاتنه و پشت، و لباس‌های کوچک‌تر متناسب با شانه‌ها، بالای بازوها و جلوی ران‌ها. . حتی بدون پوشاندن کل بدن، کارایی بالای چسب ها در ذخیره و انتقال گرما می تواند پوشندگان را در تمام طول روز راحت نگه دارد – تا زمانی که چند ساعت آفتابی وجود داشته باشد.

این دستگاه "امکانات بسیاری" را برای "گسترش سازگاری انسان با محیط های سخت" باز می کند. نوشت دکتر Xingyi Huang و Peng Li در دانشگاه شانگهای Jiao Tong که در این مطالعه شرکت نداشتند.

مد علمی تخیلی

غلبه بر لانه کردن زیر پتوی گرم شده در حالی که تماشای بارش برف در بیرون است، دشوار است. در مقابل، دویدن در هوای سرد زمستانی برای تعقیب یک بسته هدیه، یک کابوس کامل است – به خصوص در هنگام پوشیدن لباس خواب و دمپایی.

بدن ما برای دمای شدید ساخته نشده است. فرآیندهای بیولوژیکی که به ما اجازه فکر کردن، احساس کردن، تنفس و هضم می‌دهند، همگی به پروتئین‌هایی بستگی دارند که بین محدوده کوچکی از دمای محیط بهترین عملکرد را دارند. این منطقه که "منطقه آسایش حرارتی" نامیده می شود، تقریباً بین 71 تا 82 درجه فارنهایت (یا 22 تا 28 درجه سانتیگراد) است. دمای خارج از این محدوده باعث می شود بدن عرق کند یا بلرزد تا دمای داخلی ما را کنترل کند. اما این مکانیسم‌های بیولوژیکی در گرما یا سرمای شدید از کار می‌افتند و منجر به گرمازدگی، سرمازدگی یا حتی مرگ می‌شوند.

لباس می تواند با تنظیم دمای پوست به صورت غیرفعال و فعال، منطقه راحتی حرارتی را گسترش دهد. گزینه های غیرفعال به منبع برق نیاز ندارند. برخی مانند بسته های گرمکن دستی از واکنش های شیمیایی برای تولید و انتشار گرما استفاده می کنند. برخی دیگر گرما را به محیط اطراف پراکنده می کنند تا پوشندگان را خنک کنند یا گرمای بدن را به پوست بازتاب می دهند تا گرم بماند. ژاکت های پف دار، گترهای گردن خنک کننده یا پارچه های عرق گیر در این دسته قرار می گیرند.

مواد فعال از یک منبع انرژی خارجی برای تغییر سریع دمای یک ماده در صورت تقاضا استفاده می کنند. اما مصرف انرژی بالا حفظ دما را در تمام طول روز سخت می کند، به خصوص زمانی که کاربر در حال حرکت است.

پوشیدن حرارتی خورشیدی

مطالعه جدید مواد فعال را با استفاده از یک منبع انرژی طبیعی: خورشید افزایش داد.

مواد خمیده مانند یک ساندویچ با صورت باز است. در بالا یک پنل خورشیدی منعطف وجود دارد که به سرعت نور خورشید را به انرژی الکتریکی و یک ماژول ذخیره سازی برای جذب نیروی اضافی تبدیل می کند. قسمت پایینی که رو به پوست است یک دستگاه الکتروکالری است - یک لایه نازک که وقتی در معرض الکتریسیته قرار می گیرد به سرعت خواص خود را تغییر می دهد. با توجه به زاپ الکتریکی، این لایه گرما را جذب کرده و دمای محیط را کاهش می دهد. خاموش کردن میدان الکتریکی روند را معکوس می کند و دستگاه گرما را به پوست منتقل می کند.

این دستگاه می‌تواند به سرعت بین چرخه‌های گرمایش و سرمایش جابه‌جا شود و بر خلاف نسخه‌های سفت و سخت قبلی، مواد خم‌شونده هستند و می‌توانند مانند چسب نواری روی پوست انسان قرار بگیرند.

در یک آزمایش، تیم این ماده را روی دست یک داوطلب قرار داد و دمای محیط را بین سرد و بسیار برشته تغییر داد. آنها دمای پوست داوطلب را با دوربین مادون قرمز کنترل کردند.

پچ کوچک در عرض چند ثانیه پس از تغییرات دمای محیط به دمای راحت دست یافت. همچنین خودکفا بود و به راحتی برای یک روز کامل در دوازده ساعت نور خورشید کار می کرد.

به ناشناخته؟

سیستم جدید منطقه آسایش حرارتی طبیعی پوست ما را گسترش می دهد. هوانگ و لی نوشتند که انبساط "معمول" این امکان را برای بدن فراهم می کند که "با محیط های پیچیده تر و در حال تغییر سازگار شود".

این تیم نوشت: یکی از کاربردهای بالقوه این است که مواد را در یک لباس فضایی معمولی ببافند تا به کاهش انرژی مورد نیاز کلی کمک کند. اگرچه یافتن فضا (بدون جناس) می تواند چالش برانگیز باشد. یک لباس فضانوردی نصب شده فقط دارای فضای زیادی در معرض نور خورشید است که اندازه پانل ها را محدود می کند. تقریباً 60 درصد از لباس فضایی باید با مواد پوشانده شود تا برای یک روز کامل بدون منبع باتری خارجی، آن را تامین کند.

همچنین، حتی بر روی زمین، کاهش نور خورشید در زمستان، شارژ کردن مواد را دشوارتر می‌کند، به‌ویژه اگر در مناطق قطبی کاوش کنید که در طول روز به طور کلی ناپدید می‌شوند.

این تیم در حال حاضر برای کاربردی تر کردن مطالب کار می کند. یک ایده استفاده از اجزای الکتریکی حساس به دما است که می تواند محدوده کنترل دمای پچ را بیشتر افزایش دهد. دیگری افزودن مواد شیمیایی است که توانایی پچ را برای رسانایی الکتریسیته افزایش می‌دهد و آن را در ذخیره و انتقال گرما کارآمدتر می‌کند. اتصال چندین لایه الکتروکالری سر تا پا نیز می تواند توانایی دستگاه را برای کنترل تغییرات دما افزایش دهد.

برای هوانگ و لی، این ماده کاربردهای بسیار بیشتری فراتر از لباس دارد. می تواند وسایل نقلیه یا ساختمان ها را بپوشاند تا دما را بدون تهویه مطبوع کنترل کند. با دمای شدید گرفتن زندگی بیشتر این مواد به‌جای تلفیق طوفان‌ها، سیل‌ها یا گردبادها، فقط برای کاشفان بی‌باک نیستند، بلکه می‌توانند زندگی روزمره ما را تغییر دهند.

تصویر های اعتباری: کاجتان سومیلا / می Unsplash

تمبر زمان:

بیشتر از تکینگی هاب