„Inteligentna” odzież zasilana energią słoneczną może szybko ogrzać lub ochłodzić Twoje ciało

„Inteligentna” odzież zasilana energią słoneczną może szybko ogrzać lub ochłodzić Twoje ciało

Znacznik czasu: 18 grudnia 2023 1:57
„Inteligentna” odzież zasilana energią słoneczną może szybko ogrzać lub ochłodzić Twoje ciało PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Mam straszną kontrolę temperatury ciała. Kiedy na zewnątrz jest gorąco, wkładam głowę do zamrażarki. Naczynia krwionośne w moich dłoniach kurczą się, gdy jest wilgotno i chłodno. "Jestem gorący; teraz mi zimno” to powtarzający się żart w mojej rodzinie.

Ale mam szczęście: w porównaniu do zwierząt zmiennocieplnych my, ludzie, mamy niezliczone sposoby na utrzymywanie ciała w dobrej kondycji w różnych temperaturach. Trzęsiemy się, gdy jest nam zimno i pocimy się, aby chronić się przed upałem. A kiedy zmagamy się z ekstremalnym upałem lub zimnem, mamy mózg, który pozwala zmienić naszą garderobę.

Wydaje się to oczywiste, ale odzież pozwoliła nam odkrywać najdalsze zakątki naszego świata, a jednocześnie była stosunkowo wygodna i bezpieczna. Jednak nawet najbardziej techniczna odzież – kamizelki samonagrzewające się, warstwy Gore-Tex czy kombinezony z wbudowanymi wkładami lodowymi – mają swoje ograniczenia. Większość z nich może albo ogrzać, albo ochłodzić ciało – ale nie jedno i drugie – albo wymaga zewnętrznego źródła zasilania lub nieporęcznego zestawu baterii.

Odzież ta nie sprawdza się na obszarach pustynnych lub na dużych wysokościach, gdzie temperatura może drastycznie wahać się od palącego upału do temperatury poniżej zera. A kiedy wyjdziemy poza Ziemię, lekki kombinezon kontrolujący temperaturę ciała może sprawić, że dłuższe spacery kosmiczne staną się bardziej prawdopodobne i przyjemne.

W tym tygodniu naukowcy z Uniwersytetu Nankai zrobił krok w stronę inteligentna odzież, która szybko reguluje temperaturę ciała, wykorzystując wyłącznie energię słoneczną. Zespół opracował elastyczny materiał, który wychwytuje światło słoneczne w celu magazynowania i przekazywania ciepła. W ciągu dnia plaster odprowadza ciepło ze skóry i magazynuje nadmiar energii. W nocy, gdy jest chłodniej, uwalnia bufor energii, aby ogrzać skórę do komfortowego poziomu.

Ponieważ urządzenie jest zasilane energią słoneczną, może utrzymać temperaturę skóry bez akumulatora. Plaster może również szybko dostosować się do wahań temperatury otoczenia, automatycznie przełączając się między trybem chłodzenia i ogrzewania.

W teście zespół umieścił plaster na dłoni ochotnika i w ciągu kilku sekund schłodził jego skórę o ponad XNUMX procent. Plaster zapewnia skórze komfort pod wpływem szerokiego zakresu temperatur – od mrozu po upał na poziomie Doliny Śmierci.

Zamiast projektować ubrania wykonane w całości z tego materiału, zespół przewiduje, że można je strategicznie wplecić w codzienną modę lub skafandry kosmiczne – z większymi naszywkami w okolicy tułowia i pleców oraz mniejszymi dopasowanymi do ramion, ramion i przedniej części ud . Nawet jeśli plastry nie zakrywają całego ciała, wysoka skuteczność plastrów w magazynowaniu i przekazywaniu ciepła może zapewnić użytkownikom wygodę przez cały dzień – pod warunkiem, że będzie kilka godzin nasłonecznienia.

Urządzenie „otwiera wiele możliwości” „rozszerzenia adaptacji człowieka do trudnych warunków” napisał dr. Xingyi Huang i Peng Li z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju, którzy nie brali udziału w badaniu.

Moda science-fiction

Trudno pokonać przytulenie się pod rozgrzanym kocem i obserwowanie padającego śniegu na zewnątrz. Dla kontrastu, wybieg na mroźne zimowe powietrze w poszukiwaniu paczki z prezentami to koszmar – szczególnie w piżamie i kapciach.

Nasze ciała nie są zbudowane na ekstremalne temperatury. Wszystkie procesy biologiczne, które pozwalają nam myśleć, czuć, oddychać i trawić, zależą od białek, które działają najlepiej w niewielkim zakresie temperatur otoczenia. Nazywana „strefą komfortu termicznego” wynosi mniej więcej od 71 do 82 stopni Fahrenheita (lub 22 do 28 stopni Celsjusza). Temperatury spoza tego zakresu powodują pocenie się lub dreszcze ciała, aby utrzymać temperaturę wewnętrzną pod kontrolą. Jednak te mechanizmy biologiczne zawodzą w przypadku ekstremalnego upału lub zimna, co skutkuje udarem cieplnym, odmrożeniami, a nawet śmiercią.

Odzież może poszerzać strefę komfortu termicznego poprzez pasywną i aktywną regulację temperatury skóry. Opcje pasywne nie wymagają źródła zasilania. Niektóre, np. podgrzewacze do rąk, wykorzystują reakcje chemiczne do wytwarzania i uwalniania ciepła. Inne rozpraszają ciepło do otoczenia, aby ochłodzić użytkownika lub odbijają ciepło ciała z powrotem na skórę, aby ją ogrzać. Do tej kategorii zaliczają się puchowe kurtki, chłodzące ocieplacze na szyję lub tkaniny odprowadzające wilgoć.

Materiały aktywne wykorzystują zewnętrzne źródło zasilania do szybkiej zmiany temperatury materiału na żądanie. Jednak duże zużycie energii utrudnia utrzymanie temperatury przez cały dzień, zwłaszcza gdy użytkownik jest w ruchu.

Odzież słoneczno-termiczna

W nowym badaniu udoskonalono materiały aktywne, wykorzystując naturalne źródło energii: słońce.

Giętki materiał przypomina kanapkę z otwartą twarzą. Na górze znajduje się elastyczny panel słoneczny, który szybko przekształca światło słoneczne w energię elektryczną, oraz moduł magazynowania, który wychwytuje nadmiar energii. Dolna, skierowana w stronę skóry strona to urządzenie elektrokaloryczne – cienka warstwa, która szybko zmienia swoje właściwości pod wpływem prądu elektrycznego. Pod wpływem impulsu elektrycznego warstwa ta pochłania ciepło i obniża temperaturę otoczenia. Wyłączenie pola elektrycznego odwraca ten proces i urządzenie przekazuje ciepło skórze.

Urządzenie może szybko przełączać się między cyklami ogrzewania i chłodzenia, a w przeciwieństwie do poprzednich sztywnych wersji, materiał jest podatny na zginanie i dopasowuje się do ludzkiej skóry niczym plaster.

W jednym z testów zespół umieścił materiał na dłoni ochotnika i zmieniał temperaturę otoczenia od chłodnej do bardzo ciepłej. Monitorowali temperaturę skóry ochotnika za pomocą kamery na podczerwień.

Mała plamka osiągnęła komfortową temperaturę w ciągu kilku sekund od zmian temperatury otoczenia. Był także samowystarczalny, z łatwością działał przez cały dzień przy dwunastu godzinach światła słonecznego.

W nieznane?

Nowy system poszerza naturalną strefę komfortu cieplnego naszej skóry. „Imponująca” ekspansja umożliwia organizmowi „dostosowanie się do bardziej złożonych i zmieniających się środowisk” – napisali Huang i Li.

Jednym z potencjalnych zastosowań jest wplatanie materiału „w konwencjonalny skafander kosmiczny, co pomoże zmniejszyć ogólne zapotrzebowanie na energię” – napisał zespół. Chociaż znalezienie miejsca (bez zamierzonej gry słów) może stanowić wyzwanie. Dopasowany skafander kosmiczny ma tylko tyle powierzchni narażonej na działanie promieni słonecznych, co ogranicza rozmiar paneli. Około 60 procent skafandra kosmicznego będzie musiało być pokryte materiałem, aby móc zasilać go przez cały dzień bez zewnętrznego źródła baterii.

Co więcej, nawet na Ziemi słabnące światło słoneczne zimą utrudnia ładowanie materiału – zwłaszcza podczas eksploracji regionów polarnych, gdzie dzień prawie zanika.

Zespół już pracuje nad tym, aby materiał był bardziej praktyczny. Jednym z pomysłów jest zastosowanie wrażliwych na temperaturę komponentów elektrycznych, które mogłyby jeszcze bardziej zwiększyć zakres regulacji temperatury plastra. Innym jest dodanie substancji chemicznych, które zwiększają zdolność plastra do przewodzenia prądu, dzięki czemu jest on skuteczniejszy w magazynowaniu i przekazywaniu ciepła. Łączenie wielu warstw elektrokalorycznych od stóp do głów może również zwiększyć zdolność urządzenia do radzenia sobie ze zmianami temperatury.

Dla Huanga i Li materiał ten ma znacznie więcej zastosowań niż odzież. Może pokrywać pojazdy lub budynki, aby utrzymać temperaturę pod kontrolą bez klimatyzacji. Z ekstremalnymi temperaturami zabierając więcej żyć niż huragany, powodzie czy tornada razem wzięte, materiały te są przeznaczone nie tylko dla nieustraszonych odkrywców – mogą zmienić nasze codzienne życie.

Kredytowych Image: Kajetan Sumiła / Unsplash

Znak czasu:

Więcej z Centrum osobliwości