Intensyvėjant pasauliniam atšilimui, žmonės vis dažniau kenčia nuo didelio karščio. Dirbantiems aukštos temperatūros aplinkoje patalpose ar lauke tampa ypač svarbu palaikyti šilumos komfortą.
Dr. Dahua Shou, Honkongo politechnikos universiteto Mados ir tekstilės mokyklos docento vadovaujama komanda sukūrė pirmuosius tokio tipo termoizoliacinius ir kvėpuojančius minkštus robotinius drabužius, kurie gali automatiškai prisitaikyti prie besikeičiančios aplinkos temperatūros ir taip padėti užtikrinti darbuotojų saugumą karštoje aplinkoje.
Pastovios kūno temperatūros palaikymas yra ypatingai svarbus
Pastovios kūno temperatūros palaikymas yra vienas svarbiausių gyvenimo ir darbo reikalavimų. Aukštos temperatūros aplinkoje sunaudojama daugiau energijos, todėl didėja karščio keliamas stresas, todėl paūmėja lėtinės ligos, tokios kaip širdies ir kraujagyslių ligos, diabetas, psichikos sveikatos problemos ir astma, taip pat didėja infekcinių ligų perdavimo rizika.
Pasaulio sveikatos organizacijos duomenimis, 2000-2019 m. pasaulyje kasmet dėl karščio mirė maždaug 489 000 žmonių, iš jų 45 % – Azijoje ir 36 % – Europoje.
Šiluminė apsauginė apranga yra būtina siekiant apsaugoti asmenis, dirbančius ekstremalioje aukštos temperatūros aplinkoje, pavyzdžiui, ugniagesius, kurie turi būti gaisro vietoje, ir statybininkus, kurie ilgą laiką dirba lauke.
Tačiau tradicinę įrangą riboja statiškai fiksuota šiluminė varža, kuri gali sukelti perkaitimą ir diskomfortą vidutinio sunkumo sąlygomis, o šilumos izoliacija gali neužtikrinti pakankamos apsaugos ekstremalių gaisrų atvejais ir kitoje aukštos temperatūros aplinkoje.
Siekdami išspręsti šią problemą, daktaras Shou ir jo komanda sukūrė išmaniąją minkštą robotų aprangą, skirtą automatiniam temperatūros prisitaikymui ir šilumos izoliacijai karštoje aplinkoje, užtikrinančią geresnę asmeninę apsaugą ir šiluminį komfortą įvairiose temperatūrose.
Jų tyrimus įkvėpė biomimikrija gamtoje, pavyzdžiui, balandžių adaptyvusis šilumos reguliavimo mechanizmas, kuris daugiausia pagrįstas struktūriniais pokyčiais.
Balandžiai savo plunksnomis sulaiko aplink odą esantį oro sluoksnį, kad sumažintų šilumos nuostolius į aplinką. Kai temperatūra nukrenta, jie išpučia plunksnas, kad sulaikytų daug nejudančio oro, taip padidindami šiluminę varžą ir išlaikydami šilumą.
Kaip sukurti nauji apsauginiai drabužiai?
Komandos sukurtuose apsauginiuose drabužiuose naudojama minkšta robotinė tekstilė, skirta dinamiškam prisitaikančiam šilumos valdymui. Minkštos pavaros, suprojektuotos kaip žmogaus egzoskeletas su tinkliniu raštu ir apvilktos netoksišku, nedegiu, žemos virimo temperatūros skysčiu, buvo strategiškai įterptos į drabužius.
Pakilus aplinkos temperatūrai, ši termo stimuliavimo sistema skystį iš skysčio paverčia dujomis, todėl minkštosios pavaros išsiplečia, o tekstilės matrica sutirštėja, taip padidindama nejudančio oro tarpą ir padvigubindama šiluminę varžą nuo 0,23 iki 0,48 Km2/W.
Apsauginiai drabužiai taip pat gali išlaikyti vidinio paviršiaus temperatūrą bent 10 °C žemesnę nei įprastiniai karščiui atsparūs drabužiai, net kai išorinis paviršius pasiekia 120 °C temperatūrą.
Ši unikali minkšta robotinė tekstilė, pagaminta iš termoplastinio poliuretano, yra minkšta, elastinga ir patvari. Pažymėtina, kad ji yra kur kas draugiškesnė odai ir geriau prisitaiko prie jos nei į temperatūrą reaguojantys drabužiai, į kuriuos įterpti formą atkuriantys lydiniai, ir ją galima pritaikyti įvairiems apsauginiams drabužiams.
Atlikus griežtus standartinius skalbimo bandymus, minkštos pavaros nerodė jokių nutekėjimo požymių. Dėl akytos, tarpusavyje išsidėsčiusios medžiagos mezgimo struktūros taip pat galima gerokai sumažinti konvekcinį šilumos perdavimą, išlaikant didelį drėgmės pralaidumą orui.
Nepriklausydami nuo termoelektrinių mikroschemų ar cirkuliacinių skysčių aušinimo sistemų vėsinimui ar šilumos laidumui, lengvi, minkšti robotizuoti drabužiai gali patys veiksmingai reguliuoti temperatūrą nenaudodami jokios energijos.
„Dėvint sunkią gaisrų gesinimo aprangą gali būti labai dusu. Kai ugniagesiai išeina iš gaisro vietos ir nusimeta savo ekipuotę, kartais nuo batų nubėga beveik kilogramas prakaito. Tai paskatino mane sukurti naują kostiumą, galintį prisitaikyti prie įvairios aplinkos temperatūros ir kartu išlaikyti puikų kvėpavimą.“ – sakė Dr. Shou.
„Mūsų minkšti robotizuoti drabužiai gali sklandžiai prisitaikyti prie skirtingų metų laikų ir klimato sąlygų, įvairių darbo ir gyvenimo sąlygų, taip pat pereiti iš vidaus į lauko aplinką, kad padėtų naudotojams patirti nuolatinį šiluminį komfortą esant dideliam karščiui.“
Žvelgdamas į ateitį, daktaras Shou mano, kad ši naujovė gali būti plačiai taikoma – nuo aktyvios aprangos, žieminių striukių, sveikatos priežiūros drabužių ir lauko aprangos iki tvarios tekstilės pagrindu pagamintos statybų ir pastatų izoliacijos, prisidedančios prie pastangų taupyti energiją.
Dr. Shou ir jo komanda taip pat išplėtė termoadaptyvią koncepciją, kad galėtų kurti pripučiamas, kvėpuojančias striukes ir šiltus drabužius. Šie minkšti robotizuoti drabužiai tinkami naudoti žemos temperatūros aplinkoje arba staiga nukritus temperatūrai, kad padėtų laukinėje gamtoje įstrigusiems žmonėms palaikyti normalią kūno temperatūrą.
