בגדים 'חכמים' המופעלים על ידי שמש יכולים לחמם או לקרר את גופך במהירות

בגדים 'חכמים' המופעלים על ידי שמש יכולים לחמם או לקרר את גופך במהירות

חותמת זמן: 18 בדצמבר, 2023 1:57
בגדים 'חכמים' המופעלים על ידי שמש יכולים לחמם או לקרר את גופך במהירות PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

יש לי שליטה נוראית בחום הגוף. אני מכניס את ראשי למקפיא כשבחוץ חם רוחש. כלי דם בידיים שלי מתכווצים כשזה לח וקריר. "חם לי; עכשיו קר לי" היא בדיחה רצופה במשפחה שלי.

אבל יש לי מזל: בהשוואה לבעלי חיים בעלי דם קר, לנו בני האדם יש אינספור דרכים לשמור על גופנו לזמזם בטווח של טמפרטורות. אנחנו רועדים בקור ודליי זיעה כדי להדוף חום. וכאשר אנו נאבקים בחום או קור קיצוניים, יש לנו את המוח להחליף את המלתחה שלנו.

זה נשמע מובן מאליו, ובכל זאת הלבוש אפשר לנו לחקור את מרחבי העולם שלנו בעודם נוחים ובטוחים יחסית. אבל אפילו לבגדים הטכניים ביותר - לאפודים המחממים את עצמם, שכבות גור-טקס או חליפות עם שקיות קרח מובנות - יש גבולות. רובם יכולים לחמם או לקרר את הגוף - אבל לא את שניהם - או לדרוש מקור מתח חיצוני או ערכת סוללות מגושמות.

בגדים אלה מדשדשים באזורים מדבריים או בגובה רב, שבהם הטמפרטורות יכולות לעבור באופן דרסטי מחום לוהט עד מתחת לאפס. וכשאנחנו עוברים מעבר לכדור הארץ, חליפה קלת משקל השולטת בטמפרטורת הגוף יכולה להפוך טיולים ארוכים יותר בחלל לסבירים ונעימים יותר.

השבוע, מדענים מאוניברסיטת ננקאי עשה צעד לעבר ביגוד חכם שמתאים במהירות את טמפרטורת הגוף תוך שימוש באנרגיה סולארית בלבד. הצוות עיצב חומר גמיש הלוכד את אור השמש כדי לאגור ולהעביר חום. במהלך היום, המדבקה מסירה חום מהעור ואוגרת עודפי אנרגיה. בלילה, כשהוא קריר יותר, הוא משחרר את מטמון האנרגיה הזה כדי לחמם את העור לרמות נוחות.

מכיוון שהיחידה מופעלת על ידי אנרגיה סולארית, היא יכולה לשמור על טמפרטורת העור ללא ערכת סוללות. התיקון יכול גם להתאים במהירות לתנודות טמפרטורת הסביבה על ידי מעבר אוטומטי בין מצבי קירור וחימום.

בבדיקה, הצוות הניח את המדבקה על ידו של מתנדב וצינן את עורם מעל תשעה אחוזים בשניות בלבד. המדבקה יכולה לשמור על נוחות העור כאשר הוא נחשף למגוון רחב של טמפרטורות - מקפיא ועד חום ברמת עמק המוות.

במקום לעצב בגדים העשויים לחלוטין מהחומר, הצוות צופה שניתן לשזור אותם באופן אסטרטגי לאופנה יומיומית או חליפות חלל - עם טלאים גדולים יותר באזורי הגו והגב, וקטנים יותר המותאמים לכתפיים, לזרועות העליונות ולחזית הירכיים. . אפילו מבלי לכסות את כל הגוף, היעילות הגבוהה של המדבקות באחסון והעברת חום יכולה לשמור על נוחות לובשים כל היום - כל עוד יש כמה שעות שמש.

המכשיר "פותח אפשרויות רבות" ל"הרחבת ההסתגלות האנושית לסביבות קשות", כתב דרס. Xingyi Huang ופנג לי באוניברסיטת שנגחאי ג'יאאו טונג, שלא היו מעורבים במחקר.

אופנת מדע בדיוני

קשה לנצח את המקננת מתחת לשמיכה מחוממת תוך כדי צפייה בשלג יורד בחוץ. לעומת זאת, לרוץ לאוויר החורף הקפוא כדי לרדוף אחרי חבילת מתנה זה סיוט מוחלט - במיוחד כשלובשים פיג'מה ונעלי בית.

הגוף שלנו לא בנוי לטמפרטורות קיצוניות. התהליכים הביולוגיים המאפשרים לנו לחשוב, להרגיש, לנשום ולעכל תלויים כולם בחלבונים שמתפקדים בצורה הטובה ביותר בין טווח קטן של טמפרטורות סביבה. המכונה "אזור הנוחות התרמי", הוא בערך בין 71 ל-82 מעלות פרנהייט (או 22 ו-28 מעלות צלזיוס). טמפרטורות מחוץ לטווח הזה גורמות לגוף להזיע או לרעוד כדי לשמור על הטמפרטורה הפנימית שלנו בשליטה. אבל המנגנונים הביולוגיים הללו נכשלים בחום או קור קיצוניים, וכתוצאה מכך מכת חום, כוויות קור או אפילו מוות.

ביגוד יכול להרחיב את אזור הנוחות התרמי על ידי ויסות טמפרטורת העור באופן פסיבי ואקטיבי. אפשרויות פסיביות אינן זקוקות למקור חשמל. חלקם, כמו חבילות מחממות ידיים, משתמשות בתגובות כימיות כדי ליצור ולשחרר חום. אחרים מפזרים חום לסביבה שמסביב כדי לקרר את הלובשים או לשקף את חום הגוף בחזרה על העור כדי לשמור על חום. ז'קטים נפוחים, קרסוליות צוואר מקררות או בדים מנדפי זיעה נכנסים לקטגוריה זו.

חומרים פעילים משתמשים במקור מתח חיצוני כדי לשנות במהירות את טמפרטורת החומר לפי דרישה. אבל צריכת אנרגיה גבוהה מקשה על שמירה על הטמפרטורה כל היום, במיוחד כאשר הלובש נמצא בתנועה.

בלאי שמש-תרמי

המחקר החדש העלה את החומרים הפעילים על ידי שימוש במקור אנרגיה טבעי: השמש.

החומר הכפוף הוא כמו כריך עם פנים פתוחות. בחלק העליון נמצא פאנל סולארי גמיש הממיר במהירות את אור השמש לאנרגיה חשמלית ומודול אחסון ללכידת כוח עודף. הצד התחתון, הפונה לעור, הוא מכשיר אלקטרו-קלורי - סרט דק שמשנה במהירות את תכונותיו כאשר הוא נחשף לחשמל. בהינתן זאפ חשמלי, שכבה זו סופגת חום ומורידה את טמפרטורת הסביבה. כיבוי השדה החשמלי הופכת את התהליך והמכשיר מעביר חום לעור.

המכשיר יכול לעבור במהירות בין מחזורי חימום וקירור, ובניגוד לגרסאות קשיחות קודמות, החומר ניתן לכיפוף ויכול להתאר את עור האדם כמו פלסטר.

בבדיקה אחת, הצוות הניח את החומר על ידו של מתנדב ושינה את טמפרטורת הסביבה בין קרירה לקלויה מאוד. הם עקבו אחר טמפרטורת העור של המתנדב באמצעות מצלמת אינפרא אדום.

התיקון הקטן השיג טמפרטורות נוחות תוך שניות לאחר שינויי טמפרטורת הסביבה. הוא גם היה עצמאי, פעל בקלות במשך יום שלם על שתים עשרה שעות של אור שמש.

אל הלא נודע?

המערכת החדשה מרחיבה את אזור הנוחות התרמי הטבעי של העור שלנו. ההתרחבות ה"מרשימה" מאפשרת לגוף "להסתגל לסביבות מורכבות ומשתנות יותר", כתבו הואנג ולי.

יישום פוטנציאלי אחד הוא אריגה של החומר "לחליפת חלל קונבנציונלית כדי לעזור להפחית את דרישות הכוח הכוללות", כתב הצוות. למרות שמציאת מקום (ללא משחק מילים) יכול להוות אתגר. לחליפת חלל מצוידת יש רק כל כך הרבה שטח חשוף לאור השמש, מה שמגביל את גודל הלוחות. בערך 60 אחוז מחליפת חלל יצטרכו להיות מכוסה בחומר כדי להפעיל אותה במשך יום שלם ללא מקור סוללה חיצוני.

כמו כן, אפילו על כדור הארץ, אור השמש המתמעט בחורף מקשה על טעינת החומר - במיוחד אם חוקרים אזורי קוטב שבהם שעות היום כמעט ונעלמים.

הצוות כבר עובד כדי להפוך את החומר למעשי יותר. רעיון אחד הוא להשתמש ברכיבים חשמליים רגישים לטמפרטורה שיכולים להגביר עוד יותר את טווח בקרת הטמפרטורה של התיקון. נוסף הוא הוספת כימיקלים המגבירים את יכולתו של המדבקה להוליך חשמל, מה שהופך אותו ליעיל יותר באחסון והעברת חום. קישור של שכבות אלקטרו-קלוריות מרובות מכף רגל ועד ראש עשוי גם להגביר את יכולת המכשיר להתמודד עם שינויי טמפרטורה.

לדעת הואנג ולי, לחומר יש הרבה יותר שימושים מעבר לבגדים. זה יכול לצפות כלי רכב או מבנים כדי לשמור על טמפרטורות בלי מיזוג אוויר. עם טמפרטורות קיצוניות לוקח חיים נוספים מאשר הוריקנים, שיטפונות או סופות טורנדו ביחד, החומרים האלה לא מיועדים רק לחוקרים חסרי פחד - הם יכולים לשנות את חיי היומיום שלנו.

תמונת אשראי: קאג'טן סומילה / Unsplash

בול זמן:

עוד מ רכזת הסינגולריות