Tôi có khả năng kiểm soát nhiệt độ cơ thể khủng khiếp. Tôi rúc đầu vào ngăn đá khi ngoài trời nóng như đổ lửa. Mạch máu trên tay tôi co thắt khi trời ẩm và lạnh. "Tôi nóng; bây giờ tôi lạnh quá” là một trò đùa đang diễn ra trong gia đình tôi.

Nhưng tôi thật may mắn: So với các loài động vật máu lạnh, con người chúng ta có vô số cách để giữ cho cơ thể hoạt động ổn định ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau. Chúng ta rùng mình khi lạnh và đổ mồ hôi để tránh nóng. Và khi chúng ta vật lộn với cái nóng quá mức hoặc cái lạnh quá mức, chúng ta có bộ não để thay đổi tủ quần áo của mình.

Nghe có vẻ hiển nhiên, nhưng quần áo đã cho phép chúng ta khám phá những nơi xa xôi trên thế giới mà vẫn tương đối thoải mái và an toàn. Nhưng ngay cả những loại quần áo kỹ thuật nhất—áo khoác tự sưởi ấm, lớp Gore-Tex hoặc bộ quần áo có túi chườm đá bên trong—cũng có giới hạn của chúng. Hầu hết đều có thể làm ấm hoặc làm mát cơ thể—nhưng không phải cả hai—hoặc yêu cầu nguồn điện bên ngoài hoặc bộ pin cồng kềnh.

Những bộ quần áo này bị hư hỏng ở các vùng sa mạc hoặc vùng cao, nơi nhiệt độ có thể dao động mạnh từ nóng như thiêu đốt đến dưới mức đóng băng. Và khi chúng ta đi ra ngoài Trái đất, một bộ đồ nhẹ kiểm soát nhiệt độ cơ thể có thể khiến những chuyến đi bộ ngoài không gian dài hơn trở nên hợp lý và dễ chịu hơn.

Tuần này, các nhà khoa học từ Đại học Nankai đã bước một bước về phía quần áo thông minh điều chỉnh nhanh chóng nhiệt độ cơ thể chỉ bằng năng lượng mặt trời Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loại vật liệu linh hoạt có khả năng thu ánh sáng mặt trời để lưu trữ và truyền nhiệt. Vào ban ngày, miếng dán sẽ loại bỏ nhiệt từ da và tích trữ năng lượng dư thừa. Vào ban đêm, khi trời mát hơn, nó sẽ giải phóng bộ đệm năng lượng này để làm nóng da đến mức dễ chịu.

Vì thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời nên có thể duy trì nhiệt độ cho da mà không cần pin. Miếng vá cũng có thể nhanh chóng điều chỉnh theo sự thay đổi nhiệt độ môi trường bằng cách tự động chuyển đổi giữa chế độ làm mát và sưởi ấm.

Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đặt miếng dán lên tay một tình nguyện viên và làm mát da của họ hơn XNUMX% chỉ trong vài giây. Miếng dán có thể giữ cho da thoải mái khi tiếp xúc với nhiều loại nhiệt độ - từ lạnh giá đến nhiệt độ ở Thung lũng Chết.

Thay vì thiết kế quần áo làm hoàn toàn từ chất liệu này, nhóm nghiên cứu hình dung nó có thể được dệt thành thời trang hàng ngày hoặc trang phục du hành vũ trụ một cách chiến lược – với những miếng vá lớn hơn ở vùng thân và lưng, và những miếng nhỏ hơn được thiết kế riêng cho vai, cánh tay trên và mặt trước của đùi. . Ngay cả khi không che phủ toàn bộ cơ thể, hiệu quả lưu trữ và truyền nhiệt cao của miếng dán có thể giúp người mặc cảm thấy thoải mái cả ngày—miễn là có vài giờ nắng.

Thiết bị này “mở ra nhiều khả năng” để “mở rộng khả năng thích ứng của con người với môi trường khắc nghiệt”, đã viết Tiến sĩ. Xingyi Huang và Peng Li tại Đại học Shanghai Jiao Tong, những người không tham gia vào nghiên cứu.

Thời trang khoa học viễn tưởng

Thật khó có thể cưỡng lại được việc nép mình dưới tấm chăn sưởi ấm trong khi ngắm tuyết rơi bên ngoài. Ngược lại, việc chạy ra ngoài trời mùa đông lạnh giá để đuổi theo một gói quà hoàn toàn là một cơn ác mộng — đặc biệt là khi đang mặc đồ ngủ và đi dép lê.

Cơ thể chúng ta không được tạo ra để chịu được nhiệt độ khắc nghiệt. Các quá trình sinh học cho phép chúng ta suy nghĩ, cảm nhận, thở và tiêu hóa đều phụ thuộc vào các protein hoạt động tốt nhất trong một phạm vi nhiệt độ môi trường nhỏ. Được gọi là “vùng nhiệt thoải mái”, nó nằm trong khoảng từ 71 đến 82 độ F (hoặc 22 đến 28 độ C). Nhiệt độ ngoài phạm vi này khiến cơ thể đổ mồ hôi hoặc rùng mình để kiểm soát nhiệt độ bên trong. Nhưng các cơ chế sinh học này không hoạt động ở nhiệt độ cực cao hoặc quá lạnh, dẫn đến đột quỵ do nhiệt, tê cóng hoặc thậm chí tử vong.

Quần áo có thể mở rộng vùng nhiệt thoải mái bằng cách điều chỉnh nhiệt độ da một cách thụ động hoặc chủ động. Các tùy chọn thụ động không cần nguồn điện. Một số, như túi sưởi ấm tay, sử dụng phản ứng hóa học để tạo ra và giải phóng nhiệt. Một số khác tản nhiệt ra môi trường xung quanh để làm mát người mặc hoặc phản xạ nhiệt cơ thể trở lại da để giữ ấm. Áo khoác phồng, ghệt cổ mát mẻ hoặc vải thấm mồ hôi thuộc loại này.

Vật liệu hoạt động sử dụng nguồn năng lượng bên ngoài để thay đổi nhanh chóng nhiệt độ của vật liệu theo yêu cầu. Nhưng mức tiêu thụ năng lượng cao khiến việc duy trì nhiệt độ cả ngày khó khăn, đặc biệt là khi người mặc đang di chuyển.

Mặc nhiệt mặt trời

Nghiên cứu mới đã nâng cấp các vật liệu hoạt động bằng cách sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên: mặt trời.

Chất liệu uốn cong giống như một chiếc bánh sandwich có mặt mở. Trên cùng là một tấm pin mặt trời linh hoạt giúp chuyển đổi nhanh chóng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện và mô-đun lưu trữ để thu năng lượng dư thừa. Mặt dưới, mặt tiếp xúc với da là một thiết bị điện nhiệt—một màng mỏng thay đổi nhanh chóng các đặc tính của nó khi tiếp xúc với điện. Khi bị điện giật, lớp này sẽ hấp thụ nhiệt và làm giảm nhiệt độ môi trường. Tắt điện trường sẽ đảo ngược quá trình và thiết bị sẽ truyền nhiệt cho da.

Thiết bị có thể nhanh chóng chuyển đổi giữa các chu trình làm nóng và làm mát, và không giống như các phiên bản cứng nhắc trước đây, vật liệu này có thể uốn cong và có thể tạo đường viền cho da người giống như Band-Aid.

Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đặt vật liệu lên tay một tình nguyện viên và thay đổi nhiệt độ môi trường từ lạnh đến rất nóng. Họ theo dõi nhiệt độ da của tình nguyện viên bằng camera hồng ngoại.

Miếng vá nhỏ đạt được nhiệt độ dễ chịu trong vòng vài giây sau khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Nó cũng có khả năng tự cung cấp năng lượng, dễ dàng hoạt động cả ngày với XNUMX giờ có ánh sáng mặt trời.

Vào cái chưa biết?

Hệ thống mới mở rộng vùng nhiệt độ thoải mái tự nhiên của làn da chúng ta. Huang và Li viết: Sự mở rộng “ấn tượng” giúp cơ thể có thể “thích nghi với những môi trường phức tạp và thay đổi hơn”.

Nhóm nghiên cứu viết: Một ứng dụng tiềm năng là dệt vật liệu “thành một bộ đồ du hành vũ trụ thông thường để giúp giảm yêu cầu về năng lượng tổng thể”. Mặc dù việc tìm kiếm không gian (không có ý định chơi chữ) có thể đặt ra một thách thức. Một bộ đồ vũ trụ vừa vặn có diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tối thiểu, điều này hạn chế kích thước của các tấm. Khoảng 60% bộ đồ du hành vũ trụ sẽ phải được bọc bằng vật liệu này để cung cấp năng lượng cho nó hoạt động cả ngày mà không cần nguồn pin bên ngoài.

Ngoài ra, ngay cả trên Trái đất, ánh sáng mặt trời giảm dần vào mùa đông khiến việc sạc vật liệu trở nên khó khăn hơn, đặc biệt nếu khám phá các vùng cực, nơi gần như biến mất ban ngày.

Nhóm đang làm việc để làm cho tài liệu trở nên thiết thực hơn. Một ý tưởng là sử dụng các bộ phận điện nhạy cảm với nhiệt độ để có thể tăng thêm phạm vi kiểm soát nhiệt độ của miếng vá. Một cách khác là thêm các hóa chất làm tăng khả năng dẫn điện của miếng dán, giúp nó lưu trữ và truyền nhiệt hiệu quả hơn. Việc liên kết nhiều lớp điện nhiệt từ đầu đến chân cũng có thể làm tăng khả năng xử lý sự thay đổi nhiệt độ của thiết bị.

Đối với Huang và Li, chất liệu này còn có nhiều công dụng hơn ngoài quần áo. Nó có thể phủ lên các phương tiện hoặc tòa nhà để kiểm soát nhiệt độ mà không cần điều hòa. Với nhiệt độ khắc nghiệt cướp đi nhiều mạng sống hơn hơn cả bão, lũ lụt hoặc lốc xoáy cộng lại, những vật liệu này không chỉ dành cho những nhà thám hiểm dũng cảm—chúng có thể thay đổi cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Ảnh: Kajetan Sumila / Unsplash

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2023/12/18/solar-powered-smart-clothing-could-rapidly-heat-or-cool-your-body/