เสื้อผ้า 'อัจฉริยะ' ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์อาจทำให้ร่างกายของคุณร้อนหรือเย็นลงอย่างรวดเร็ว

ฉันควบคุมอุณหภูมิร่างกายได้แย่มาก ฉันเอาหัวไปแช่ในช่องแช่แข็งเมื่อข้างนอกร้อนจัด หลอดเลือดในมือของฉันกระตุกเมื่อมันชื้นและเย็น "ฉันร้อน; ตอนนี้ฉันหนาวแล้ว” เป็นเรื่องตลกในครอบครัวของฉัน

แต่ฉันโชคดี เมื่อเปรียบเทียบกับสัตว์เลือดเย็น มนุษย์เรามีวิธีมากมายในการทำให้ร่างกายของเราส่งเสียงฮัมไปด้วยอุณหภูมิต่างๆ เราตัวสั่นเมื่ออากาศหนาวและเหงื่อออกเพื่อดับความร้อน และเมื่อเราต่อสู้กับความร้อนหรือความเย็นจัด เราก็มีสมองที่จะเปลี่ยนตู้เสื้อผ้า

ฟังดูชัดเจน แต่เสื้อผ้าก็ช่วยให้เราสำรวจโลกอันไกลโพ้นได้ในขณะที่ค่อนข้างสบายและปลอดภัย แต่แม้แต่เสื้อผ้าที่ต้องใช้เทคนิคส่วนใหญ่ เช่น เสื้อชูชีพที่ทำความร้อนได้เอง ชั้น Gore-Tex หรือชุดที่มีถุงน้ำแข็งในตัว ต่างก็มีขีดจำกัด ส่วนใหญ่สามารถทำให้ร่างกายอบอุ่นหรือเย็นได้ แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง หรือต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอกหรือแบตเตอรี่ก้อนใหญ่

เสื้อผ้าเหล่านี้จะร่วงหล่นในทะเลทรายหรือพื้นที่สูง ซึ่งอุณหภูมิอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมากจากความร้อนที่แผดเผาไปจนถึงจุดเยือกแข็ง และเมื่อเราก้าวไปไกลกว่าโลก ชุดน้ำหนักเบาที่ควบคุมอุณหภูมิของร่างกายอาจทำให้การเดินในอวกาศระยะไกลเป็นไปได้และน่าพึงพอใจมากขึ้น

สัปดาห์นี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนันไค ก้าวไปข้างหน้า เสื้อผ้าอัจฉริยะที่ปรับอุณหภูมิร่างกายอย่างรวดเร็วโดยใช้เพียงพลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้น ทีมงานสร้างวัสดุที่ยืดหยุ่นซึ่งจับแสงแดดเพื่อเก็บและถ่ายเทความร้อน ในระหว่างวัน แผ่นแปะจะขจัดความร้อนออกจากผิวหนังและกักเก็บพลังงานส่วนเกิน ในตอนกลางคืน เมื่ออากาศเย็นลง มันจะปล่อยแคชพลังงานออกมาเพื่อให้ความร้อนแก่ผิวในระดับที่สบายตัว

เนื่องจากตัวเครื่องใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ จึงสามารถรักษาอุณหภูมิผิวได้โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ แพทช์ยังสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบได้อย่างรวดเร็วด้วยการสลับระหว่างโหมดทำความเย็นและโหมดทำความร้อนโดยอัตโนมัติ

ในการทดสอบ ทีมงานได้วางแผ่นแปะไว้บนมือของอาสาสมัคร และทำให้ผิวหนังของพวกเขาเย็นลงมากกว่า 9 เปอร์เซ็นต์ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที แผ่นแปะสามารถช่วยให้ผิวรู้สึกสบายเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่หลากหลาย ตั้งแต่จุดเยือกแข็งไปจนถึงความร้อนระดับ Death-Valley

แทนที่จะออกแบบเสื้อผ้าที่ทำจากวัสดุทั้งหมด ทีมงานกลับจินตนาการว่าสามารถนำมาถักทอเป็นแฟชั่นหรือชุดอวกาศในชีวิตประจำวันได้อย่างมีกลยุทธ์ โดยจะมีแผ่นที่ใหญ่กว่าบริเวณลำตัวและด้านหลัง และชิ้นที่เล็กกว่าจะปรับให้เหมาะกับไหล่ ต้นแขน และด้านหน้าของต้นขา . แม้ว่าจะไม่คลุมทั้งตัว แผ่นแปะประสิทธิภาพสูงในการกักเก็บและถ่ายเทความร้อนก็ช่วยให้ผู้สวมใส่รู้สึกสบายได้ตลอดทั้งวัน ตราบเท่าที่มีแสงแดดไม่กี่ชั่วโมง

อุปกรณ์ดังกล่าว “เปิดโอกาสที่เป็นไปได้มากมาย” สำหรับ “การขยายการปรับตัวของมนุษย์ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง” เขียน ดร. Xingyi Huang และ Peng Li จากมหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาวิจัยนี้

แฟชั่นไซไฟ

เป็นการยากที่จะเอาชนะการนอนอยู่ใต้ผ้าห่มอุ่นขณะชมหิมะตกข้างนอก ในทางตรงกันข้าม การวิ่งออกไปรับอากาศหนาวเหน็บในฤดูหนาวเพื่อไล่ตามของขวัญถือเป็นฝันร้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งขณะสวมชุดนอนและรองเท้าแตะ

ร่างกายของเราไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อรับอุณหภูมิที่สูงมาก กระบวนการทางชีววิทยาที่ให้เราคิด รู้สึก หายใจ และย่อยอาหารล้วนขึ้นอยู่กับโปรตีนที่ทำงานได้ดีที่สุดในช่วงอุณหภูมิแวดล้อมช่วงเล็กๆ เรียกว่า "เขตความสะดวกสบายด้านความร้อน" โดยมีอุณหภูมิประมาณระหว่าง 71 ถึง 82 องศาฟาเรนไฮต์ (หรือ 22 ถึง 28 องศาเซลเซียส) อุณหภูมิที่อยู่นอกช่วงนี้จะทำให้ร่างกายเหงื่อออกหรือตัวสั่นเพื่อรักษาอุณหภูมิภายในของเรา แต่กลไกทางชีววิทยาเหล่านี้ล้มเหลวในความร้อนจัดหรือเย็นจัด ส่งผลให้เกิดลมแดด ความเย็นกัด หรือแม้แต่ความตาย

เสื้อผ้าสามารถขยายขอบเขตความสะดวกสบายในการระบายความร้อนได้โดยการควบคุมอุณหภูมิของผิวหนังทั้งแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟ ตัวเลือกแบบพาสซีฟไม่จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงาน บางชนิดก็เหมือนกับถุงอุ่นมือที่ใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างและปล่อยความร้อน บางชนิดจะกระจายความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบเพื่อทำให้ผู้สวมใส่เย็นลง หรือสะท้อนความร้อนจากร่างกายกลับเข้าสู่ผิวหนังเพื่อให้ร่างกายอบอุ่น เสื้อแจ็คเก็ตเนื้อหนา กางเกงกันหนาวที่คอ หรือผ้าซับเหงื่อจัดอยู่ในหมวดหมู่นี้

วัสดุที่ใช้งานอยู่จะใช้แหล่งพลังงานภายนอกเพื่อเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัสดุอย่างรวดเร็วตามความต้องการ แต่การใช้พลังงานที่สูงทำให้รักษาอุณหภูมิตลอดทั้งวันได้ยาก โดยเฉพาะเมื่อผู้สวมใส่เคลื่อนไหว

การสึกหรอจากแสงอาทิตย์และความร้อน

การศึกษาใหม่นี้ช่วยเพิ่มระดับวัสดุออกฤทธิ์โดยใช้แหล่งพลังงานธรรมชาติซึ่งก็คือดวงอาทิตย์

วัสดุที่โค้งงอได้เหมือนแซนด์วิชแบบเปิดหน้า ด้านบนเป็นแผงโซลาร์เซลล์แบบยืดหยุ่นที่จะแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว และโมดูลจัดเก็บข้อมูลเพื่อกักเก็บพลังงานส่วนเกิน ด้านล่างที่หันเข้าหาผิวหนังคืออุปกรณ์ไฟฟ้าแคลอรี ซึ่งเป็นฟิล์มบางที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับไฟฟ้า เมื่อเกิดไฟฟ้าช็อต ชั้นนี้จะดูดซับความร้อนและลดอุณหภูมิโดยรอบ การปิดสนามไฟฟ้าจะทำให้กระบวนการกลับกัน และอุปกรณ์จะถ่ายเทความร้อนไปยังผิวหนัง

อุปกรณ์สามารถสลับระหว่างวงจรการทำความร้อนและความเย็นได้อย่างรวดเร็ว และแตกต่างจากรุ่นแข็งก่อนหน้านี้ วัสดุสามารถโค้งงอได้และสามารถโค้งงอตามผิวหนังของมนุษย์ได้เหมือนพลาสเตอร์ปิดแผล

ในการทดสอบครั้งหนึ่ง ทีมงานวางวัสดุไว้บนมือของอาสาสมัคร และปรับอุณหภูมิโดยรอบระหว่างหนาวและร้อนจัด พวกเขาตรวจสอบอุณหภูมิผิวหนังของอาสาสมัครด้วยกล้องอินฟราเรด

แพทช์ขนาดเล็กได้รับอุณหภูมิที่สะดวกสบายภายในไม่กี่วินาทีหลังจากอุณหภูมิโดยรอบเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ยังสามารถพึ่งพาตนเองได้ ใช้งานได้อย่างง่ายดายตลอดทั้งวันภายใต้แสงแดด 12 ชั่วโมง

เข้าสู่สิ่งที่ไม่รู้จัก?

ระบบใหม่นี้จะขยายขอบเขตความสบายจากความร้อนตามธรรมชาติของผิวของเราให้กว้างขึ้น การขยายตัวที่ “น่าประทับใจ” ทำให้ร่างกายสามารถ “ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้มากขึ้น” Huang และ Li เขียน

One potential application is weaving the material “into a conventional spacesuit to help reduce the overall power requirements,” wrote the team. Though finding space (no pun intended) could pose a challenge. A fitted spacesuit has only so much area exposed to sunlight, which limits the size of the panels. Roughly 60 percent of a spacesuit will have to be covered by the material to power it for a full day without an external battery source.

นอกจากนี้ แม้แต่บนโลก แสงแดดที่ลดน้อยลงในฤดูหนาวทำให้การชาร์จวัสดุทำได้ยากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการสำรวจบริเวณขั้วโลกซึ่งในเวลากลางวันหายไปหมด

ทีมงานกำลังทำงานเพื่อทำให้เนื้อหานี้ใช้งานได้จริงมากขึ้น แนวคิดหนึ่งคือการใช้ส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่ไวต่ออุณหภูมิซึ่งสามารถเพิ่มช่วงการควบคุมอุณหภูมิของแพทช์เพิ่มเติมได้ อีกประการหนึ่งคือการเติมสารเคมีที่เพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าของแผ่นแปะ ทำให้กักเก็บและถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การเชื่อมโยงชั้นพลังงานไฟฟ้าแคลอรี่หลายชั้นตั้งแต่หัวจรดเท้ายังช่วยเพิ่มความสามารถของอุปกรณ์ในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอีกด้วย

สำหรับ Huang และ Li วัสดุนี้มีประโยชน์มากกว่าเสื้อผ้ามาก สามารถเคลือบยานพาหนะหรืออาคารเพื่อรักษาอุณหภูมิโดยไม่ต้องปรับอากาศ ด้วยอุณหภูมิที่สูงมาก สละชีวิตมากขึ้น ยิ่งกว่าพายุเฮอริเคน น้ำท่วม หรือพายุทอร์นาโดรวมกัน วัสดุเหล่านี้ไม่ได้มีไว้สำหรับนักสำรวจที่กล้าหาญเท่านั้น แต่ยังสามารถเปลี่ยนชีวิตประจำวันของเราได้อีกด้วย

เครดิตภาพ: คาเจตัน ซูมิลา / Unsplash

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/