Ik heb een vreselijke controle over de lichaamstemperatuur. Ik steek mijn hoofd in de vriezer als het buiten bloedheet is. De bloedvaten in mijn handen verkrampen als het vochtig en koud is. “Ik heb het warm; nu heb ik het koud” is een veelgehoorde grap in mijn familie.

Maar ik heb geluk: vergeleken met koudbloedige dieren hebben wij mensen talloze manieren om ons lichaam bij verschillende temperaturen te laten neuriën. We huiveren als het koud is en zweten emmers om de hitte af te weren. En als we het moeilijk hebben in extreme hitte of kou, hebben we het brein om onze garderobe te veranderen.

Het klinkt voor de hand liggend, maar dankzij kleding hebben we de verre uithoeken van onze wereld kunnen verkennen terwijl we relatief comfortabel en veilig zijn. Maar zelfs de meest technische kledingstukken – zelfverwarmende vesten, Gore-Tex-lagen of pakken met ingebouwde koelelementen – hebben hun grenzen. De meeste kunnen het lichaam verwarmen of koelen – maar niet beide – of hebben een externe voedingsbron of een omvangrijk batterijpakket nodig.

Deze kledingstukken wankelen in woestijn- of hooggelegen gebieden, waar de temperatuur drastisch kan schommelen van verzengende hitte tot onder het vriespunt. En naarmate we verder gaan dan de aarde, zou een lichtgewicht pak dat de lichaamstemperatuur regelt langere ruimtewandelingen plausibeler en aangenamer kunnen maken.

Deze week wetenschappers van de Nankai Universiteit een stap naar toe gezet slimme kleding die de lichaamstemperatuur snel aanpast met alleen zonne-energie. Het team heeft een flexibel materiaal ontwikkeld dat zonlicht opvangt om warmte op te slaan en over te dragen. Overdag verwijdert de pleister de warmte van de huid en slaat overtollige energie op. ’s Nachts, als het koeler is, wordt deze energievoorraad vrijgegeven om de huid tot een comfortabel niveau te verwarmen.

Omdat het apparaat wordt aangedreven door zonne-energie, kan het de huidtemperatuur op peil houden zonder accu. De patch kan zich ook snel aanpassen aan schommelingen in de omgevingstemperatuur door automatisch te schakelen tussen koel- en verwarmingsmodi.

In een test plaatste het team de pleister op de hand van een vrijwilliger en koelde hun huid in slechts enkele seconden met meer dan negen procent af. De pleister zou de huid comfortabel kunnen houden bij blootstelling aan een breed temperatuurbereik, van vrieskou tot hitte op Death Valley-niveau.

In plaats van kleding te ontwerpen die volledig van het materiaal is gemaakt, stelt het team zich voor dat deze strategisch kan worden verweven in alledaagse mode of ruimtepakken – met grotere patches op de romp en op de rug, en kleinere op maat gemaakt voor de schouders, bovenarmen en de voorkant van de dijen. . Zelfs zonder het hele lichaam te bedekken, kan de hoge efficiëntie van de pleisters bij het opslaan en overbrengen van warmte ervoor zorgen dat dragers de hele dag comfortabel blijven, zolang er maar een paar uur zonneschijn is.

Het apparaat “opent vele mogelijkheden” voor “het uitbreiden van de menselijke aanpassing aan zware omstandigheden”, schreef Drs. Xingyi Huang en Peng Li van de Shanghai Jiao Tong Universiteit, die niet bij het onderzoek betrokken waren.

Scifi-mode

Het is moeilijk om onder een verwarmde deken te liggen terwijl je buiten de sneeuw ziet vallen. Daarentegen is het een totale nachtmerrie om de ijskoude winterlucht in te rennen om op zoek te gaan naar een cadeaupakket, vooral als je een pyjama en pantoffels draagt.

Ons lichaam is niet gebouwd voor extreme temperaturen. De biologische processen die ons laten denken, voelen, ademen en verteren zijn allemaal afhankelijk van eiwitten die het beste functioneren tussen een klein bereik van omgevingstemperaturen. Dit wordt de ‘thermische comfortzone’ genoemd en ligt ongeveer tussen 71 en 82 graden Fahrenheit (of 22 en 28 graden Celsius). Temperaturen buiten dit bereik zorgen ervoor dat het lichaam gaat zweten of huiveren om onze interne temperatuur onder controle te houden. Maar deze biologische mechanismen falen bij extreme hitte of kou, wat resulteert in een zonnesteek, bevriezing of zelfs de dood.

Kleding kan de thermische comfortzone vergroten door de huidtemperatuur passief en actief te reguleren. Passieve opties hebben geen stroombron nodig. Sommige, zoals handwarmerpakketten, gebruiken chemische reacties om warmte te genereren en vrij te geven. Anderen voeren warmte af naar de omgeving om de drager af te koelen of reflecteren de lichaamswarmte terug op de huid om deze warm te houden. Gezwollen jassen, verkoelende nekbeschermers of zweetafvoerende stoffen vallen in deze categorie.

Actieve materialen gebruiken een externe energiebron om de temperatuur van een materiaal op verzoek snel te veranderen. Maar het hoge energieverbruik maakt het moeilijk om de hele dag de temperatuur op peil te houden, vooral als de drager onderweg is.

Zonne-thermische slijtage

De nieuwe studie bracht actieve materialen op een hoger niveau door gebruik te maken van een natuurlijke energiebron: de zon.

Het buigzame materiaal lijkt op een open sandwich. Bovenop bevindt zich een flexibel zonnepaneel dat zonlicht snel omzet in elektrische energie en een opslagmodule om overtollige energie op te vangen. De onderste, naar de huid gerichte zijde is een elektrocalorisch apparaat: een dunne film die snel van eigenschappen verandert bij blootstelling aan elektriciteit. Bij een elektrische zap absorbeert deze laag warmte en verlaagt de omgevingstemperatuur. Als u het elektrische veld uitschakelt, wordt het proces omgekeerd en brengt het apparaat warmte over op de huid.

Het apparaat kan snel schakelen tussen verwarmings- en koelcycli, en in tegenstelling tot eerdere stijve versies is het materiaal buigzaam en kan het zich als een pleister naar de menselijke huid vormen.

In één test plaatste het team het materiaal op de hand van een vrijwilliger en varieerde de omgevingstemperatuur tussen kil en zeer warm. Met een infraroodcamera hielden ze de huidtemperatuur van de vrijwilliger in de gaten.

Het kleine stukje bereikte comfortabele temperaturen binnen enkele seconden na veranderingen in de omgevingstemperatuur. Het was ook zelfvoorzienend en kon met gemak een hele dag werken op twaalf uur zonlicht.

In het onbekende?

Het nieuwe systeem verbreedt de natuurlijke thermische comfortzone van onze huid. De ‘indrukwekkende’ expansie maakt het voor het lichaam mogelijk om ‘zich aan te passen aan complexere en veranderende omgevingen’, schreven Huang en Li.

Eén mogelijke toepassing is het weven van het materiaal “in een conventioneel ruimtepak om de totale stroombehoefte te helpen verminderen”, schreef het team. Hoewel het vinden van ruimte (geen woordspeling bedoeld) een uitdaging kan zijn. Een passend ruimtepak heeft minimale gebieden die worden blootgesteld aan zonlicht, wat de grootte van de panelen beperkt. Ongeveer 60 procent van een ruimtepak zal door het materiaal moeten worden bedekt om het een volledige dag van stroom te kunnen voorzien zonder externe batterijbron.

Bovendien maakt het afnemende zonlicht in de winter het zelfs op aarde moeilijker om het materiaal op te laden, vooral bij het verkennen van poolgebieden waar de dag vrijwel verdwijnt.

Het team werkt er al aan om het materiaal praktischer te maken. Eén idee is om temperatuurgevoelige elektrische componenten te gebruiken die het temperatuurregelbereik van de patch verder kunnen vergroten. Een andere is het toevoegen van chemicaliën die het vermogen van de patch om elektriciteit te geleiden vergroten, waardoor deze efficiënter wordt in het opslaan en overdragen van warmte. Het koppelen van meerdere elektrocalorische lagen van top tot teen zou ook het vermogen van het apparaat om temperatuurveranderingen aan te kunnen vergroten.

Voor Huang en Li heeft het materiaal veel meer toepassingen dan alleen kleding. Het kan voertuigen of gebouwen bedekken om de temperatuur onder controle te houden zonder airconditioning. Met extreme temperaturen meer levens nemen dan orkanen, overstromingen of tornado's bij elkaar zijn deze materialen niet alleen voor onverschrokken ontdekkingsreizigers; ze kunnen ons dagelijks leven veranderen.

Krediet van het beeld: Kajetan Sumila / Unsplash

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/