Ученые из Гонконгского политехнического университета (PolyU) разрабатывают охлаждающую одежду, которая может пригодиться многим в условиях повышения температуры на фоне изменений климата.
Сейчас около 3,6 млрд людей на планете проживают в регионах, находящихся под влиянием значительных климатических изменений. В период с 2000 по 2019 годы в мире ежегодно регистрировали более 480 тыс. смертей в результате аномальной жары. Экстремально высокие температуры также снижают концентрацию внимания, производительность труда, ухудшают настроение, повышают уровень стресса и провоцируют бессонницу.
«По данным Всемирной метеорологической организации, существует 80% вероятность того, что по меньшей мере один год в период с 2025 по 2029 годы станет самым жарким в истории наблюдений, что делает персональное охлаждение все более важным для хорошего самочувствия, здоровья и производительности. Мы создаем интеллектуальную одежду, подобную супергеройской, которая обеспечивает адаптивное охлаждение по требованию и мониторинг здоровья на уровне врача, помогая справиться с проблемой экстремальной жары», — объясняет один из ведущих разработчиков, профессор Дахуа Шоу.
Ученые объединили четыре механизма охлаждения: излучение, теплопроводность, конвекцию и испарение. Также представлена замкнутая система на базе искусственного интеллекта, которая сочетает датчики, прогнозирование и исполнительные механизмы для обеспечения персонализированного энергоэффективного охлаждения с масштабируемой и перерабатываемой конструкцией.
Принцип работы инновационной охлаждающей ткани/The Hong Kong Polytechnic University
В частности, текстильные материалы, селективные по спектру, эффективно отводят тепло тела в среднем инфракрасном диапазоне, блокируя при этом внешнее солнечное излучение и тепло, поступающее от городской среды. Теплоизоляция создается за счет использования наполнителей с регулируемой теплопроводностью, а вентиляция и испарительное охлаждение усиливаются чувствительными к влаге волокнами.
Легкие носимые устройства, в частности, устройства с переменной теплоотдачей, а также электрокалорийные и термоэлектрические модули в сочетании с гибкими солнечными батареями и нательными накопителями энергии обеспечивают активное и контролируемое охлаждение. Однако в сфере создания такой охлаждающей одежды остаются и нерешенные проблемы.
Выделение пота способствует охлаждению тела, однако ограниченное управление этим процессом увеличивает вес ткани и приводит к тому, что она прилипает к телу, одновременно снижая проницаемость и эффективность охлаждения за счет излучения. Адаптивная терморегуляция в реальном времени, реагирующая на изменения окружающей среды и физиологии человека, обеспечивая при этом комфорт и безопасность, является идеальным решением, но ее сложно реализовать.
«Нам также нужна междисциплинарная интеграция в области текстиля, термодинамики, гибкой электроники и искусственного интеллекта, а также масштабируемое производство, пригодное для вторичной переработки, которое сочетает в себе экологичность, удобство ношения, модные тенденции и производительность. Стандартизированные, ориентированные на пользователя показатели, такие как мощность охлаждения на ватт, тепловые ощущения и принятие пользователем, необходимы для справедливого сравнения и внедрения», — отмечает Дахуа Шоу.
«Умная ткань Omni Cool Dry/The Hong Kong Polytechnic University
«Умная» спортивная одежда iActive использует искусственные «потовые железы», работающие от низкого напряжения, и корневидную сеть каналов, подключенную к зонам потоотделения, для быстрого вывода пота в виде капель, уменьшая вес одежды, предотвращая прилипание к телу, сохраняя кожу сухой и выводя пот в три раза быстрее, по сравнению с наиболее активным потоотделением, которое вообще может быть у человека. В этой одежде используется ткань Omni-Cool-Dry, подобная коже и дышащая. Она направленно отводит пот, обеспечивая выборочное охлаждение по спектру.
Отражая солнечное и другое излучение и излучая тепло тела в среднем инфракрасном диапазоне, ткань помогает сохранять прохладу и сухость даже во время пребывания под Солнцем. Omni-Cool-Dry снижает температуру кожи примерно на 5°C, по сравнению с обычными тканями.
Для людей, которые работают в условиях высоких температур, подойдет термоадаптивная мягкая роботизированная одежда, оснащенная встроенными термочувствительными актуаторами, которые расширяются, утолщая ткань и удерживая неподвижный воздух, решая проблему «одноуровневой» теплоизоляции. Тепловое сопротивление варьируется от 0,23 до 0,48 К-м²/Вт, позволяя поддерживать температуру внутренней поверхности на 10°C ниже, чем у обычной теплоизолирующей одежды, даже если температура снаружи достигает 120°C.
Носимое текстильное устройство SweatMD/The Hong Kong Polytechnic University
SweatMD — носимое текстильное устройство, предназначенное для отвода пота через микрофлюидную сеть. SweatMD использует не агрессивные для кожи сенсорные нити для отслеживания биомаркеров, среди прочего, уровня глюкозы и калия. Устройство передает на смартфон данные о состоянии здоровья на молекулярном уровне в режиме реального времени. SweatMD способен сообщить пользователю об обезвоживании или усталости его организма.
Объединенные вместе, эти разработки создают систему, работающую на базе искусственного интеллекта. Датчики количественно оценивают физиологические показатели, модели прогнозируют потребность в охлаждении, а интеллектуальная одежда запускает целенаправленные реакции.
Результаты исследования представлены в журнале Science
Источник: TechXplore
No Comment! Be the first one.