Les vêtements « intelligents » à énergie solaire pourraient rapidement chauffer ou refroidir votre corps

Les vêtements « intelligents » à énergie solaire pourraient rapidement chauffer ou refroidir votre corps

Horodatage: 18 décembre 2023 1:57
Les vêtements « intelligents » à énergie solaire pourraient rapidement chauffer ou refroidir votre corps PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

J'ai un terrible contrôle de la température corporelle. Je mets ma tête au congélateur quand il fait très chaud dehors. Les vaisseaux sanguins de mes mains se contractent lorsqu’il fait humide et froid. "J'ai chaud; maintenant j’ai froid » est une plaisanterie courante dans ma famille.

Mais j’ai de la chance : comparés aux animaux à sang froid, nous, les humains, disposons d’une myriade de moyens de maintenir notre corps en activité à différentes températures. Nous frissonnons lorsqu’il fait froid et transpirons à flots pour éviter la chaleur. Et lorsque nous luttons contre une chaleur ou un froid extrême, nous avons l’intelligence nécessaire pour changer de garde-robe.

Cela semble évident, mais les vêtements nous ont permis d’explorer les confins de notre monde tout en étant relativement confortables et sûrs. Mais même les vêtements les plus techniques – gilets auto-chauffants, couches Gore-Tex ou combinaisons avec blocs de glace intégrés – ont leurs limites. La plupart peuvent réchauffer ou refroidir le corps, mais pas les deux, ou nécessiter une source d'alimentation externe ou une batterie volumineuse.

Ces vêtements vacillent dans le désert ou dans les zones de haute altitude, où les températures peuvent considérablement osciller entre une chaleur torride et des températures inférieures à zéro. Et à mesure que nous allons au-delà de la Terre, une combinaison légère contrôlant la température corporelle pourrait rendre les sorties dans l’espace plus plausibles et plus agréables.

Cette semaine, des scientifiques de l'Université de Nankai fait un pas vers des vêtements intelligents qui ajustent rapidement la température corporelle en utilisant uniquement l’énergie solaire. L'équipe a façonné un matériau flexible qui capte la lumière du soleil pour stocker et transférer la chaleur. Pendant la journée, le patch élimine la chaleur de la peau et stocke l'excès d'énergie. La nuit, lorsqu’il fait plus frais, il libère cette réserve d’énergie pour chauffer la peau à des niveaux confortables.

L’appareil étant alimenté par l’énergie solaire, il peut maintenir la température de la peau sans batterie. Le patch peut également s'adapter rapidement aux variations de température ambiante en basculant automatiquement entre les modes de refroidissement et de chauffage.

Lors d’un test, l’équipe a placé le patch sur la main d’un volontaire et a refroidi sa peau à plus de XNUMX % en quelques secondes seulement. Le patch pourrait garder la peau confortable lorsqu'elle est exposée à une large plage de températures, du gel à la chaleur de la Vallée de la Mort.

Plutôt que de concevoir des vêtements entièrement fabriqués à partir de ce matériau, l'équipe envisage de le tisser stratégiquement dans des vêtements de tous les jours ou des combinaisons spatiales, avec des patchs plus grands sur le torse et le dos, et des patchs plus petits adaptés aux épaules, au haut des bras et au devant des cuisses. . Même sans couvrir tout le corps, la grande efficacité des patchs en matière de stockage et de transfert de chaleur peut assurer le confort de ceux qui les portent toute la journée, à condition qu'il y ait quelques heures d'ensoleillement.

Le dispositif « ouvre de nombreuses possibilités » pour « étendre l’adaptation humaine aux environnements difficiles ». écrit Drs. Xingyi Huang et Peng Li de l'Université Jiao Tong de Shanghai, qui n'ont pas participé à l'étude.

Mode science-fiction

Il est difficile de trouver mieux que de se blottir sous une couverture chauffante tout en regardant la neige tomber dehors. En revanche, courir dans l’air glacial de l’hiver à la recherche d’un paquet cadeau est un véritable cauchemar, surtout en portant un pyjama et des pantoufles.

Notre corps n’est pas construit pour des températures extrêmes. Les processus biologiques qui nous permettent de penser, de ressentir, de respirer et de digérer dépendent tous de protéines qui fonctionnent mieux dans une petite plage de températures ambiantes. Appelée « zone de confort thermique », elle se situe approximativement entre 71 et 82 degrés Fahrenheit (ou 22 et 28 degrés Celsius). Les températures en dehors de cette plage font transpirer ou frissonner le corps pour contrôler notre température interne. Mais ces mécanismes biologiques échouent en cas de chaleur ou de froid extrême, entraînant un coup de chaleur, des engelures, voire la mort.

Les vêtements peuvent étendre la zone de confort thermique en régulant la température de la peau de manière passive et active. Les options passives n’ont pas besoin de source d’alimentation. Certains, comme les chauffe-mains, utilisent des réactions chimiques pour générer et libérer de la chaleur. D’autres dissipent la chaleur dans l’environnement pour refroidir les porteurs ou réfléchissent la chaleur corporelle sur la peau pour la garder au chaud. Les doudounes, les cache-cou rafraîchissants ou les tissus anti-transpiration entrent dans cette catégorie.

Les matériaux actifs utilisent une source d’alimentation externe pour modifier rapidement la température d’un matériau à la demande. Mais une consommation d'énergie élevée rend difficile le maintien de la température toute la journée, surtout lorsque l'utilisateur est en déplacement.

Usure solaire-thermique

La nouvelle étude a amélioré les matériaux actifs en utilisant une source d’énergie naturelle : le soleil.

Le matériau flexible ressemble à un sandwich ouvert. Au sommet se trouve un panneau solaire flexible qui convertit rapidement la lumière du soleil en énergie électrique et un module de stockage pour capter l'excès d'énergie. Le côté inférieur, face à la peau, est un dispositif électrocalorique, un film mince qui change rapidement de propriétés lorsqu'il est exposé à l'électricité. Étant donné un zap électrique, cette couche absorbe la chaleur et abaisse la température ambiante. La désactivation du champ électrique inverse le processus et l'appareil transfère la chaleur à la peau.

L'appareil peut basculer rapidement entre les cycles de chauffage et de refroidissement, et contrairement aux versions rigides précédentes, le matériau est pliable et peut épouser la peau humaine comme un pansement.

Lors d’un test, l’équipe a placé le matériau sur la main d’un volontaire et a fait varier la température ambiante entre froide et très grillée. Ils ont surveillé la température cutanée du volontaire avec une caméra infrarouge.

Le petit patch a atteint des températures confortables quelques secondes après les changements de température ambiante. Il était également autonome, fonctionnant facilement pendant une journée complète avec douze heures d'ensoleillement.

Dans l'inconnu?

Le nouveau système élargit la zone de confort thermique naturel de notre peau. L’expansion « impressionnante » permet au corps de « s’adapter à des environnements plus complexes et changeants », ont écrit Huang et Li.

Une application potentielle consiste à intégrer le matériau « dans une combinaison spatiale conventionnelle pour aider à réduire les besoins globaux en énergie », a écrit l’équipe. Cependant, trouver de l'espace (sans jeu de mots) pourrait poser un défi. Une combinaison spatiale ajustée n’a qu’une superficie limitée exposée au soleil, ce qui limite la taille des panneaux. Environ 60 % d’une combinaison spatiale devra être recouverte par le matériau pour l’alimenter pendant une journée complète sans source de batterie externe.

De plus, même sur Terre, la diminution de la lumière solaire en hiver rend plus difficile le chargement du matériau, surtout si vous explorez des régions polaires où la journée disparaît pratiquement.

L'équipe travaille déjà pour rendre le matériel plus pratique. Une idée consiste à utiliser des composants électriques sensibles à la température qui pourraient encore augmenter la plage de contrôle de la température du patch. Une autre solution consiste à ajouter des produits chimiques qui augmentent la capacité du patch à conduire l’électricité, le rendant ainsi plus efficace pour stocker et transférer la chaleur. Relier plusieurs couches électrocaloriques de la tête aux pieds pourrait également augmenter la capacité de l’appareil à gérer les changements de température.

Pour Huang et Li, le matériau a bien plus d’utilités que les vêtements. Il pourrait recouvrir des véhicules ou des bâtiments pour contrôler les températures sans climatisation. Avec des températures extrêmes prendre plus de vies plus que les ouragans, les inondations ou les tornades réunis, ces matériaux ne sont pas réservés aux explorateurs intrépides : ils pourraient changer notre vie quotidienne.

Crédit image: Kajetan Sumila / Unsplash

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