Îmbrăcămintea „inteligentă” alimentată cu energie solară îți poate încălzi sau răci rapid corpul

Am un control teribil al temperaturii corpului. Îmi bag capul în congelator când afară este fierbinte. Vasele de sânge din mâinile mele se spasme când este umed și rece. "Sunt fierbinte; acum mi-e frig” este o glumă curentă în familia mea.

Dar sunt norocos: în comparație cu animalele cu sânge rece, noi, oamenii, avem nenumărate modalități de a ne menține corpul să fredoneze la o gamă largă de temperaturi. Tremurăm când este frig și transpiram găleți pentru a alunga căldura. Și când ne luptăm în căldură sau frig extrem, avem creierul să ne schimbăm garderoba.

Sună evident, dar îmbrăcămintea ne-a permis să explorăm zonele îndepărtate ale lumii noastre în timp ce sunt relativ confortabile și în siguranță. Dar chiar și cele mai tehnice articole de îmbrăcăminte – veste cu autoîncălzire, straturi Gore-Tex sau costume cu pachete de gheață încorporate – au limitele lor. Majoritatea pot încălzi sau răci corpul – dar nu ambele – sau necesită o sursă de alimentare externă sau un acumulator voluminos.

Aceste articole de îmbrăcăminte se clătesc în zonele deșertice sau la înălțime înaltă, unde temperaturile pot oscila drastic de la căldură arzătoare la sub zero. Și pe măsură ce trecem dincolo de Pământ, un costum ușor care controlează temperatura corpului ar putea face plimbările mai lungi în spațiu mai plauzibile și mai plăcute.

Săptămâna aceasta, oamenii de știință de la Universitatea Nankai a făcut un pas spre îmbrăcăminte inteligentă care ajustează rapid temperatura corpului folosind doar energia solară. Echipa a creat un material flexibil care captează lumina soarelui pentru a stoca și a transfera căldura. În timpul zilei, plasturele elimină căldura de pe piele și stochează excesul de energie. Noaptea, când este mai rece, eliberează această energie cache pentru a încălzi pielea la niveluri confortabile.

Deoarece unitatea este alimentată de energie solară, poate menține temperatura pielii fără un acumulator. Plasturele se poate adapta rapid la variațiile de temperatură ambientală prin comutarea automată între modurile de răcire și încălzire.

Într-un test, echipa a pus plasturele pe mâna unui voluntar și și-a răcit pielea peste nouă la sută în doar câteva secunde. Plasturele ar putea menține pielea confortabilă atunci când este expusă la o gamă largă de temperaturi - de la îngheț până la căldură la nivelul Death-Valley.

Mai degrabă decât să proiecteze îmbrăcăminte realizată în întregime din material, echipa își propune să poată fi țesute strategic în moda de zi cu zi sau costume spațiale - cu pete mai mari în zonele trunchiului și spatelui și altele mai mici, croite pentru umeri, brațe și partea din față a coapselor. . Chiar și fără a acoperi întregul corp, eficiența ridicată a plasturilor la stocarea și transferul căldurii poate menține purtătorii confortabili toată ziua, atâta timp cât există câteva ore de soare.

Dispozitivul „deschide multe posibilități” pentru „extinderea adaptării umane la medii dure” scris Dr. Xingyi Huang și Peng Li de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai, care nu au fost implicați în studiu.

Moda Sci-Fi

Este greu de învins care se cuibărește sub o pătură încălzită în timp ce privești zăpada căzând afară. În schimb, a alerga în aerul rece al iernii pentru a urmări un pachet cadou este un coșmar total, mai ales când purtați pijamale și papuci.

Corpurile noastre nu sunt construite pentru temperaturi extreme. Procesele biologice care ne lasă să gândim, să simțim, să respirăm și să digerăm toate depind de proteinele care funcționează cel mai bine într-un interval mic de temperaturi ambientale. Numită „zonă de confort termic”, este aproximativ între 71 și 82 de grade Fahrenheit (sau 22 și 28 de grade Celsius). Temperaturile din afara acestui interval fac corpul să transpire sau să tremure pentru a ne menține temperatura internă sub control. Dar aceste mecanisme biologice eșuează în condiții de căldură sau frig extremă, ducând la insolație, degerături sau chiar moarte.

Îmbrăcămintea poate extinde zona de confort termic prin reglarea temperaturii pielii fie pasiv și activ. Opțiunile pasive nu au nevoie de o sursă de alimentare. Unele, cum ar fi pachetele pentru încălzirea mâinilor, folosesc reacții chimice pentru a genera și elibera căldură. Altele disipă căldura în mediul înconjurător pentru a răci purtătorii sau reflectă căldura corpului înapoi pe piele pentru a o menține caldă. Jachetele umflate, ghetele răcoritoare pentru gât sau țesăturile care elimină transpirația se încadrează în această categorie.

Materialele active folosesc o sursă de energie externă pentru a modifica rapid temperatura unui material la cerere. Dar consumul mare de energie îngreunează menținerea temperaturii toată ziua, mai ales când purtătorul este în mișcare.

Uzură solar-termică

Noul studiu a nivelat materialele active folosind o sursă naturală de energie: soarele.

Materialul îndoit este ca un sandviș deschis. Deasupra este un panou solar flexibil care convertește rapid lumina soarelui în energie electrică și un modul de stocare pentru a capta excesul de putere. Partea de jos, orientată spre piele, este un dispozitiv electrocaloric - o peliculă subțire care își schimbă rapid proprietățile atunci când este expus la electricitate. Având un zapaj electric, acest strat absoarbe căldura și scade temperatura ambientală. Oprirea câmpului electric inversează procesul, iar dispozitivul transferă căldură pielii.

Dispozitivul poate comuta rapid între ciclurile de încălzire și de răcire și, spre deosebire de versiunile rigide anterioare, materialul este îndoit și se poate contura pe pielea umană, ca un band-aid.

Într-un test, echipa a plasat materialul pe mâna unui voluntar și a variat temperatura ambiantă între rece și foarte prăjită. Ei au monitorizat temperatura pielii voluntarului cu o cameră cu infraroșu.

Micul plasture a atins temperaturi confortabile în câteva secunde de la schimbările temperaturii ambientale. De asemenea, era autosuficient, funcționând cu ușurință pentru o zi întreagă la douăsprezece ore de lumină solară.

În necunoscut?

Noul sistem extinde zona de confort termic natural a pielii noastre. Expansiunea „impresionantă” face posibil ca organismul să „se adapteze la medii mai complexe și mai schimbătoare”, au scris Huang și Li.

O posibilă aplicație este țeserea materialului „într-un costum spațial convențional pentru a ajuta la reducerea cerințelor generale de putere”, a scris echipa. Deși găsirea spațiului (fără joc de cuvinte) ar putea reprezenta o provocare. Un costum spațial montat are doar atât de multă zonă expusă la lumina soarelui, ceea ce limitează dimensiunea panourilor. Aproximativ 60% dintr-un costum spațial va trebui să fie acoperit de material pentru a-l alimenta pentru o zi întreagă fără o sursă externă de baterie.

De asemenea, chiar și pe Pământ, scăderea luminii soarelui în timpul iernii face mai dificilă încărcarea materialului, mai ales dacă se explorează regiuni polare în care ziua aproape dispare.

Echipa lucrează deja pentru a face materialul mai practic. O idee este să folosiți componente electrice sensibile la temperatură care ar putea crește și mai mult intervalul de control al temperaturii patch-ului. O alta este adăugarea de substanțe chimice care cresc capacitatea plasturelui de a conduce electricitatea, făcându-l mai eficient în stocarea și transferul căldurii. Legarea mai multor straturi electrocalorice din cap până în picioare ar putea crește, de asemenea, capacitatea dispozitivului de a face față schimbărilor de temperatură.

Pentru Huang și Li, materialul are mult mai multe utilizări dincolo de îmbrăcăminte. Ar putea acoperi vehiculele sau clădirile pentru a menține temperaturile sub control fără aer condiționat. Cu temperaturi extreme luând mai multe vieți decât uraganele, inundațiile sau tornadele combinate, aceste materiale nu sunt doar pentru exploratorii îndrăzneți, ci ne-ar putea schimba viața de zi cu zi.

Credit imagine: Kajetan Sumila / Unsplash

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/