सौर ऊर्जा से चलने वाले 'स्मार्ट' कपड़े आपके शरीर को तेजी से गर्म या ठंडा कर सकते हैं

मेरे शरीर का तापमान नियंत्रण बहुत ख़राब है। जब बाहर तेज़ गर्मी होती है तो मैं अपना सिर फ़्रीज़र में रख देता हूँ। जब नमी और ठंडक होती है तो मेरे हाथों की रक्त वाहिकाएं ऐंठने लगती हैं। “मैं गर्म हूँ; अब मुझे ठंड लग रही है'' यह मेरे परिवार में एक मजाक है।

लेकिन मैं भाग्यशाली हूं: ठंडे खून वाले जानवरों की तुलना में, हम इंसानों के पास विभिन्न तापमानों पर अपने शरीर को गर्म रखने के असंख्य तरीके हैं। ठंड लगने पर हम कांपते हैं और गर्मी से बचने के लिए बाल्टी में पसीना बहाते हैं। और जब हम अत्यधिक गर्मी या ठंड में संघर्ष करते हैं, तो हमारे पास अपनी अलमारी बदलने का दिमाग होता है।

यह स्पष्ट लगता है, फिर भी कपड़ों ने हमें अपेक्षाकृत आरामदायक और सुरक्षित रहते हुए अपनी दुनिया के सुदूर इलाकों का पता लगाने की अनुमति दी है। लेकिन यहां तक ​​कि सबसे तकनीकी परिधान-सेल्फ-हीटिंग बनियान, गोर-टेक्स लेयर्स, या बिल्ट-इन आइस पैक वाले सूट-की भी अपनी सीमाएं हैं। अधिकांश या तो शरीर को गर्म या ठंडा कर सकते हैं - लेकिन दोनों नहीं - या उन्हें बाहरी शक्ति स्रोत या भारी बैटरी पैक की आवश्यकता होती है।

ये परिधान रेगिस्तानी या ऊँचे-ऊँचे इलाकों में लड़खड़ाते हैं, जहाँ तापमान अत्यधिक गर्मी से लेकर शून्य से नीचे तक जा सकता है। और जैसे-जैसे हम पृथ्वी से आगे बढ़ते हैं, एक हल्का सूट जो शरीर के तापमान को नियंत्रित करता है, लंबी स्पेसवॉक को अधिक प्रशंसनीय और सुखद बना सकता है।

इस सप्ताह, नानकई विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक की ओर एक कदम बढ़ाया स्मार्ट कपड़े जो केवल सौर ऊर्जा का उपयोग करके शरीर के तापमान को तेजी से समायोजित करते हैं। टीम ने एक लचीली सामग्री बनाई जो गर्मी को स्टोर करने और स्थानांतरित करने के लिए सूरज की रोशनी को पकड़ती है। दिन के दौरान, पैच त्वचा से गर्मी हटाता है और अतिरिक्त ऊर्जा संग्रहीत करता है। रात में, जब यह ठंडा होता है, तो यह त्वचा को आरामदायक स्तर तक गर्म करने के लिए इस ऊर्जा भंडार को छोड़ता है।

क्योंकि इकाई सौर ऊर्जा द्वारा संचालित है, यह बैटरी पैक के बिना त्वचा का तापमान बनाए रख सकती है। पैच कूलिंग और हीटिंग मोड के बीच स्वचालित रूप से स्विच करके परिवेश के तापमान में बदलाव को तेजी से समायोजित कर सकता है।

एक परीक्षण में, टीम ने एक स्वयंसेवक के हाथ पर पैच लगाया और कुछ ही सेकंड में उनकी त्वचा को नौ प्रतिशत से अधिक ठंडा कर दिया। तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला के संपर्क में आने पर पैच त्वचा को आरामदायक रख सकता है - ठंड से लेकर डेथ-वैली-स्तर की गर्मी तक।

पूरी तरह से सामग्री से बने कपड़ों को डिजाइन करने के बजाय, टीम की कल्पना है कि इसे रणनीतिक रूप से रोजमर्रा के फैशन या स्पेससूट में बुना जा सकता है - धड़ और पीठ के क्षेत्रों में बड़े पैच के साथ, और कंधों, ऊपरी बांहों और जांघों के अग्रभाग के अनुरूप छोटे पैच के साथ। . पूरे शरीर को ढके बिना भी, गर्मी को संग्रहित करने और स्थानांतरित करने में पैच की उच्च दक्षता पहनने वालों को पूरे दिन आरामदायक रख सकती है - जब तक कि कुछ घंटों की धूप हो।

यह उपकरण "कठोर वातावरण में मानव अनुकूलन का विस्तार करने" के लिए "कई संभावनाएं खोलता है"। लिखा था डॉ. शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय में ज़िंगी हुआंग और पेंग ली, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे।

विज्ञान कथा फैशन

बाहर बर्फ़ को गिरते हुए देखते हुए गर्म कंबल के नीचे घोंसला बनाना कठिन है। इसके विपरीत, एक उपहार पैकेज का पीछा करने के लिए सर्द सर्दियों की हवा में भागना पूरी तरह से एक दुःस्वप्न है - खासकर पजामा और चप्पल पहनते समय।

हमारा शरीर अत्यधिक तापमान के लिए नहीं बना है। जैविक प्रक्रियाएं जो हमें सोचने, महसूस करने, सांस लेने और पचाने की अनुमति देती हैं, वे सभी प्रोटीन पर निर्भर करती हैं जो परिवेश के तापमान की एक छोटी श्रृंखला के बीच सबसे अच्छा काम करते हैं। इसे "थर्मल कम्फर्ट ज़ोन" कहा जाता है, यह लगभग 71 और 82 डिग्री फ़ारेनहाइट (या 22 और 28 डिग्री सेल्सियस) के बीच होता है। इस सीमा के बाहर का तापमान हमारे आंतरिक तापमान को नियंत्रित रखने के लिए शरीर को पसीना या कंपकंपी दिलाता है। लेकिन अत्यधिक गर्मी या ठंड में ये जैविक तंत्र विफल हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हीट स्ट्रोक, शीतदंश या यहां तक ​​कि मृत्यु भी हो जाती है।

कपड़े त्वचा के तापमान को निष्क्रिय और सक्रिय रूप से नियंत्रित करके थर्मल आराम क्षेत्र का विस्तार कर सकते हैं। निष्क्रिय विकल्पों के लिए किसी शक्ति स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। कुछ, हैंड वार्मर पैक की तरह, गर्मी उत्पन्न करने और छोड़ने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करते हैं। अन्य लोग पहनने वालों को ठंडा करने के लिए आसपास के वातावरण में गर्मी फैलाते हैं या इसे गर्म रखने के लिए शरीर की गर्मी को त्वचा पर वापस प्रतिबिंबित करते हैं। पफ़ी जैकेट, कूलिंग नेक गैटर, या पसीना सोखने वाले कपड़े इस श्रेणी में आते हैं।

सक्रिय सामग्री मांग पर सामग्री के तापमान को तेजी से बदलने के लिए बाहरी शक्ति स्रोत का उपयोग करती है। लेकिन उच्च ऊर्जा खपत से पूरे दिन तापमान बनाए रखना मुश्किल हो जाता है, खासकर जब पहनने वाला चल रहा हो।

सौर-तापीय पहनावा

नए अध्ययन ने प्राकृतिक ऊर्जा स्रोत: सूर्य का उपयोग करके सक्रिय सामग्रियों को समतल किया।

मुड़ी हुई सामग्री खुले चेहरे वाले सैंडविच की तरह होती है। शीर्ष पर एक लचीला सौर पैनल है जो तेजी से सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है और अतिरिक्त बिजली को पकड़ने के लिए एक भंडारण मॉड्यूल है। नीचे, त्वचा की ओर वाला भाग एक इलेक्ट्रोकैलोरिक उपकरण है - एक पतली फिल्म जो बिजली के संपर्क में आने पर तेजी से अपने गुणों को बदलती है। विद्युत झटके को देखते हुए, यह परत गर्मी को अवशोषित करती है और परिवेश के तापमान को कम करती है। विद्युत क्षेत्र को बंद करने से प्रक्रिया उलट जाती है और उपकरण गर्मी को त्वचा में स्थानांतरित कर देता है।

डिवाइस हीटिंग और कूलिंग चक्रों के बीच तेजी से स्विच कर सकता है, और पिछले कठोर संस्करणों के विपरीत, सामग्री मोड़ने योग्य है और बैंड-एड की तरह मानव त्वचा के अनुरूप हो सकती है।

एक परीक्षण में, टीम ने सामग्री को एक स्वयंसेवक के हाथ पर रखा और परिवेश के तापमान को ठंडा और बहुत स्वादिष्ट के बीच भिन्न किया। उन्होंने इन्फ्रारेड कैमरे से स्वयंसेवक की त्वचा के तापमान की निगरानी की।

परिवेश के तापमान में परिवर्तन के कुछ ही सेकंड के भीतर छोटे पैच ने आरामदायक तापमान प्राप्त कर लिया। यह आत्मनिर्भर भी था, बारह घंटे सूरज की रोशनी में आसानी से पूरे दिन चल सकता था।

अज्ञात में?

नई प्रणाली हमारी त्वचा के प्राकृतिक तापीय आराम क्षेत्र को विस्तृत करती है। हुआंग और ली ने लिखा, "प्रभावशाली" विस्तार शरीर के लिए "अधिक जटिल और बदलते वातावरण के अनुकूल होना संभव बनाता है"।

टीम ने लिखा, एक संभावित अनुप्रयोग सामग्री को "एक पारंपरिक स्पेससूट में बुनना है ताकि समग्र बिजली आवश्यकताओं को कम करने में मदद मिल सके"। हालाँकि जगह ढूँढना (कोई मज़ाक का इरादा नहीं) एक चुनौती पैदा कर सकता है। एक फिटेड स्पेससूट में सूरज की रोशनी के संपर्क में आने वाला केवल उतना ही क्षेत्र होता है, जो पैनलों के आकार को सीमित करता है। किसी स्पेससूट को बाहरी बैटरी स्रोत के बिना पूरे दिन चलाने के लिए उसके लगभग 60 प्रतिशत हिस्से को सामग्री से ढंकना होगा।

इसके अलावा, पृथ्वी पर भी, सर्दियों में सूरज की रोशनी कम होने से सामग्री को चार्ज करना अधिक कठिन हो जाता है - खासकर जब ध्रुवीय क्षेत्रों की खोज की जाती है जहां दिन का समय लगभग गायब हो जाता है।

सामग्री को अधिक व्यावहारिक बनाने के लिए टीम पहले से ही काम कर रही है। एक विचार तापमान-संवेदनशील विद्युत घटकों का उपयोग करना है जो पैच की तापमान नियंत्रण सीमा को और बढ़ा सकता है। दूसरा, ऐसे रसायनों को जोड़ना है जो पैच की बिजली संचालित करने की क्षमता को बढ़ाते हैं, जिससे यह गर्मी को संग्रहीत करने और स्थानांतरित करने में अधिक कुशल हो जाता है। कई इलेक्ट्रोकैलोरिक परतों को सिर से पैर तक जोड़ने से डिवाइस की तापमान परिवर्तन को संभालने की क्षमता भी बढ़ सकती है।

हुआंग और ली के लिए, इस सामग्री का कपड़ों के अलावा कहीं अधिक उपयोग है। यह एयर कंडीशनिंग के बिना तापमान को नियंत्रित रखने के लिए वाहनों या इमारतों को कवर कर सकता है। अत्यधिक तापमान के साथ अधिक जानें लेना तूफान, बाढ़, या बवंडर के संयोजन से, ये सामग्रियां केवल निडर खोजकर्ताओं के लिए नहीं हैं - वे हमारे रोजमर्रा के जीवन को बदल सकते हैं।

छवि क्रेडिट: कजेतन सुमिला / Unsplash

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/