Pakaian 'Cerdas' Bertenaga Surya Dapat Memanaskan atau Mendinginkan Tubuh Anda dengan Cepat

Pakaian 'Cerdas' Bertenaga Surya Dapat Memanaskan atau Mendinginkan Tubuh Anda dengan Cepat

Stempel Waktu: 18 Desember 2023 1:57
Pakaian 'Cerdas' Bertenaga Surya Dapat Memanaskan atau Mendinginkan Tubuh Anda dengan Cepat PlatoBlockchain Data Intelligence. Pencarian Vertikal. Ai.

Saya memiliki kontrol suhu tubuh yang buruk. Aku memasukkan kepalaku ke dalam freezer saat cuaca sedang panas terik. Pembuluh darah di tangan saya kejang saat lembab dan dingin. "Saya panas; sekarang aku kedinginan” adalah lelucon di keluargaku.

Tapi saya beruntung: Dibandingkan dengan hewan berdarah dingin, manusia punya banyak cara untuk menjaga tubuh tetap aktif pada suhu tertentu. Kita menggigil saat kedinginan dan mengeluarkan banyak keringat untuk mengusir panas. Dan ketika kita berjuang dalam cuaca yang sangat panas atau dingin, kita punya otak untuk mengganti lemari pakaian kita.

Kedengarannya jelas, namun pakaian telah memungkinkan kita menjelajahi dunia yang jauh dengan relatif nyaman dan aman. Namun pakaian yang paling teknis sekalipun—rompi dengan pemanas otomatis, pakaian berlapis Gore-Tex, atau pakaian yang dilengkapi kantong es—memiliki keterbatasan. Sebagian besar dapat menghangatkan atau mendinginkan tubuh—tetapi tidak keduanya—atau memerlukan sumber daya eksternal atau baterai yang besar.

Pakaian ini mudah rusak di gurun atau daerah dataran tinggi, yang suhunya bisa berubah drastis dari panas terik hingga di bawah titik beku. Dan saat kita melampaui Bumi, pakaian ringan yang mengontrol suhu tubuh dapat membuat perjalanan luar angkasa yang lebih lama menjadi lebih masuk akal dan menyenangkan.

Minggu ini, para ilmuwan dari Universitas Nankai mengambil langkah menuju pakaian pintar yang dengan cepat menyesuaikan suhu tubuh hanya dengan menggunakan tenaga surya. Tim membuat bahan fleksibel yang menangkap sinar matahari untuk menyimpan dan mentransfer panas. Pada siang hari, patch menghilangkan panas dari kulit dan menyimpan energi berlebih. Di malam hari, saat cuaca lebih dingin, ia melepaskan simpanan energi ini untuk memanaskan kulit hingga tingkat yang nyaman.

Karena unit ini ditenagai oleh energi matahari, maka dapat menjaga suhu kulit tanpa baterai. Patch ini juga dapat dengan cepat menyesuaikan diri dengan perubahan suhu sekitar dengan beralih secara otomatis antara mode pendinginan dan pemanasan.

Dalam sebuah pengujian, tim menempatkan patch di tangan sukarelawan dan mendinginkan kulit mereka hingga sembilan persen hanya dalam hitungan detik. Tambalan tersebut dapat menjaga kulit tetap nyaman saat terkena berbagai suhu—mulai dari titik beku hingga panas setingkat Lembah Kematian.

Daripada merancang pakaian yang seluruhnya terbuat dari bahan tersebut, tim membayangkan pakaian tersebut dapat ditenun secara strategis menjadi busana sehari-hari atau pakaian antariksa—dengan potongan yang lebih besar di bagian batang tubuh dan punggung, dan potongan yang lebih kecil yang disesuaikan dengan bahu, lengan atas, dan bagian depan paha. . Bahkan tanpa menutupi seluruh tubuh, efisiensi tinggi dari tambalan ini dalam menyimpan dan memindahkan panas dapat membuat pemakainya tetap nyaman sepanjang hari—selama ada beberapa jam di bawah sinar matahari.

Perangkat ini “membuka banyak kemungkinan” untuk “memperluas adaptasi manusia terhadap lingkungan yang keras,” menulis Dr. Xingyi Huang dan Peng Li di Universitas Shanghai Jiao Tong, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Mode Fiksi Ilmiah

Sulit untuk mengalahkan meringkuk di bawah selimut panas sambil menyaksikan salju turun di luar. Sebaliknya, berlari ke udara musim dingin yang sangat dingin untuk mengejar paket hadiah adalah mimpi buruk—terutama saat mengenakan piyama dan sandal.

Tubuh kita tidak dirancang untuk suhu ekstrem. Proses biologis yang memungkinkan kita berpikir, merasakan, bernapas, dan mencerna semuanya bergantung pada protein yang berfungsi paling baik pada kisaran suhu lingkungan yang kecil. Disebut “zona nyaman termal”, suhunya kira-kira antara 71 dan 82 derajat Fahrenheit (atau 22 dan 28 derajat Celcius). Suhu di luar kisaran tersebut membuat tubuh berkeringat atau menggigil untuk menjaga suhu internal kita tetap terkendali. Namun mekanisme biologis ini gagal dalam cuaca panas atau dingin ekstrem, sehingga mengakibatkan serangan panas, radang dingin, atau bahkan kematian.

Pakaian dapat memperluas zona kenyamanan termal dengan mengatur suhu kulit baik secara pasif maupun aktif. Opsi pasif tidak memerlukan sumber listrik. Beberapa, seperti tas penghangat tangan, menggunakan reaksi kimia untuk menghasilkan dan melepaskan panas. Yang lain menghilangkan panas ke lingkungan sekitar untuk mendinginkan pemakainya atau memantulkan panas tubuh kembali ke kulit agar tetap hangat. Jaket bengkak, pelindung kaki yang mendinginkan leher, atau kain yang menyerap keringat termasuk dalam kategori ini.

Bahan aktif menggunakan sumber daya eksternal untuk mengubah suhu bahan dengan cepat sesuai permintaan. Namun konsumsi energi yang tinggi membuat suhu sulit dipertahankan sepanjang hari, terutama saat pemakainya sedang beraktivitas.

Keausan Panas Matahari

Studi baru ini meningkatkan bahan aktif dengan menggunakan sumber energi alami: matahari.

Bahannya yang lentur seperti sandwich dengan permukaan terbuka. Di atasnya terdapat panel surya fleksibel yang dengan cepat mengubah sinar matahari menjadi energi listrik dan modul penyimpanan untuk menangkap kelebihan daya. Bagian bawah, sisi yang menghadap kulit adalah perangkat elektrokalori—suatu lapisan tipis yang dengan cepat mengubah sifatnya ketika terkena listrik. Karena adanya sengatan listrik, lapisan ini menyerap panas dan menurunkan suhu lingkungan. Mematikan medan listrik akan membalikkan proses dan perangkat mentransfer panas ke kulit.

Perangkat ini dapat dengan cepat beralih antara siklus pemanasan dan pendinginan, dan tidak seperti versi kaku sebelumnya, bahannya dapat ditekuk dan dapat membentuk kulit manusia seperti Band-Aid.

Dalam satu pengujian, tim meletakkan bahan tersebut di tangan sukarelawan dan memvariasikan suhu sekitar antara dingin dan sangat panas. Mereka memantau suhu kulit relawan dengan kamera inframerah.

Tambalan kecil tersebut mencapai suhu nyaman dalam beberapa detik setelah perubahan suhu sekitar. Itu juga mandiri, mudah dioperasikan selama sehari penuh dengan sinar matahari dua belas jam.

Ke Yang Tidak Diketahui?

Sistem baru ini memperluas zona kenyamanan termal alami kulit kita. Ekspansi yang “mengesankan” memungkinkan tubuh untuk “beradaptasi dengan lingkungan yang lebih kompleks dan berubah,” tulis Huang dan Li.

Salah satu penerapan potensialnya adalah menenun bahan tersebut “ke dalam pakaian antariksa konvensional untuk membantu mengurangi kebutuhan daya secara keseluruhan,” tulis tim tersebut. Meskipun menemukan ruang (tidak ada permainan kata-kata yang dimaksudkan) dapat menimbulkan tantangan. Pakaian antariksa yang pas hanya memiliki sedikit area yang terkena sinar matahari sehingga membatasi ukuran panelnya. Sekitar 60 persen pakaian antariksa harus ditutupi oleh bahan tersebut agar bisa menyala sehari penuh tanpa sumber baterai eksternal.

Selain itu, bahkan di Bumi, berkurangnya sinar matahari di musim dingin membuat pengisian bahan bakar menjadi lebih sulit—terutama jika menjelajahi wilayah kutub di mana siang hari hampir tidak ada.

Tim sedang berupaya membuat materi lebih praktis. Salah satu idenya adalah dengan menggunakan komponen listrik yang sensitif terhadap suhu yang selanjutnya dapat meningkatkan rentang kendali suhu patch. Cara lainnya adalah dengan menambahkan bahan kimia yang meningkatkan kemampuan patch untuk menghantarkan listrik, sehingga lebih efisien dalam menyimpan dan mentransfer panas. Menghubungkan beberapa lapisan elektrokalori dari ujung kepala hingga ujung kaki juga dapat meningkatkan kemampuan perangkat dalam menangani perubahan suhu.

Bagi Huang dan Li, bahan tersebut memiliki kegunaan lebih dari sekadar pakaian. Ini bisa melapisi kendaraan atau bangunan untuk menjaga suhu tetap terkendali tanpa AC. Dengan suhu ekstrim memakan lebih banyak nyawa dibandingkan gabungan badai, banjir, atau tornado, bahan-bahan ini tidak hanya diperuntukkan bagi para penjelajah pemberani—bahan-bahan ini dapat mengubah kehidupan kita sehari-hari.

Gambar Kredit: Kajetan Sumila / Unsplash

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity