În videoclipul care l-a pus pe omul de știință și inginer chimic al materialelor, Alon Gorodetsky, pe calea celei mai recente invenții a acestuia, o caracatiță apare din alge ca o sperie de sărituri într-un film horror. Creatura se schimbă din colorația de camuflaj atât de rapid încât pare să se materializeze în afara apei de mare. Acest video „remarcabil”, spune profesorul asociat la Universitatea din California, Irvine, „a schimbat cu adevărat traiectoria carierei mele, pentru că am început să lucrez la materiale inspirate de cefalopode.” Cel mai recent, Gorodetsky s-a inspirat dintr-un calmar - în special culoarea acestuia. -schimbarea pielii - pentru a crea un material nou care poate păstra sau elibera o cantitate reglabilă de căldură. „Materialul termocomfort”, așa cum descrie echipa sa în jurnalul Nature Communications, are o serie de utilizări potențiale, de la îmbrăcăminte cu reglare a căldurii până la acoperiri care economisesc energie pentru acoperișuri.
Calmarul are organe numite cromatofori care se pot extinde rapid și se contractă, mergând de la punctele la pete de culoare de 14 ori mai largi în mai puțin de o secundă. Dimensiunile schimbătoare ale petelor lor înseamnă că diferite lungimi de undă ale luminii pot fi reflectate dintr-un anumit punct de pe pielea animalului, în funcție de dacă mușchii calamarului s-au micșorat sau au mărit cromatoforii. În loc să privească undele de lumină vizibile, Gorodetsky și echipa sa au fost interesați să reflecte lumina infraroșie, pe care o simțim ca căldură. Cercetătorii au realizat un material care constă dintr-o peliculă subțire de cupru - care reflectă foarte eficient căldura infraroșie - pe deasupra unui strat de cauciuc întinzător, substanțial-mai puțin reflectant. Stratul de cupru este acoperit cu fisuri ale părului, astfel încât atunci când materialul termocomfort este atras, piesele reflectorizante de cupru se desprind, permițând căldurii să scape prin polimerul (cauciucul) dintre ele.
Gorodetsky are o analogie la îndemână pentru a explica invenția laboratorului său: „Imaginează-ți că ai un lac înghețat sau un ocean înghețat, și este acoperit cu plute de gheață, toate aceste bucăți de gheață, care sunt toate strânse unul lângă celălalt. Așa arată materialul, în principiu, în starea sa inactivă și neîngrijită. Când o întindeți, împrăștiați toate floturile de gheață, astfel încât, în cazul nostru, puteți vedea polimerul de dedesubtul lor. ”Când căldura lovește polimerul dintre„ plute ”de cupru, aceasta este transmisă prin material în loc să fie reflectată. înapoi spre sursa sa. Datorită stratului de cupru, materialul - un „cauciuc extrem de ușor, întins”, în cuvintele lui Gorodetsky - este strălucitor, deși culoarea sa se luminează pe măsură ce se întinde.
Cel mai cald, materialul termocomfort se prinde (sau se reflectă înapoi către corp), se încălzește aproape la fel de eficient ca o pătură spațială, acel material cu aspect de folie de aluminiu crud, care a fost folosit pentru a reflecta strălucirea soarelui în spațiu și pentru a menține căldura corpului maratoanilor după curse. . O mânecă din material termocomfort a crescut temperatura antebrațului purtătorului cu aproape un grad Celsius, aproape de puterea de încălzire a unei pături spațiale. Dar materialul de termoreglare este, de asemenea, impresionant de versatil. La diferite grade de întindere, acesta poate face purtătorii confortabili pe un interval de 8, 2 grade Celsius (aproximativ 15 grade Fahrenheit). Când este întinsă la 30 la sută, seamănă cu capacitatea de izolare a unui lână Omni-Heat Columbia; la un factor de întindere de 50 la sută, materialul păstrează căldura ca lâna. Când cercetătorii au întins materialul termocomfort pentru a dubla lungimea inițială, căldura a trecut prin el ca și cum ar fi bumbac. Chiar și după ce cercetătorii au extins și au contractat materialul de 1.000 de ori, utilizarea repetată nu l-a uzat.
Deoarece materialul termocomfort a fost testat cu cupru, deoarece stratul interior care atinge pielea purtătorului, acest lucru a însemnat că a menținut utilizatorul cald atunci când este în stare compactă, păstrându-și căldura corpului. Dar, dacă ați răsturnat materialul, spune Gorodetsky, păstrați căldura, ca o umbră strălucitoare de soare așezată pe un parbriz de mașină.
În lucrarea Nature Communications, inginerii prezintă o varietate de aplicații, printre care și posibilitatea ca materialul termocomfort să joace un rol în reducerea cantității de energie dedicată păstrării temperaturilor spațiilor, ceea ce reprezintă o treime din consumul de energie comercial și rezidențial. clădiri din întreaga lume. Fabricarea materialului ar trebui, spune Gorodetsky, să fie la fel de ieftină ca păturile spațiale producătoare de masă, care costă sub 4 dolari la REI, iar întinderea necesită energie minimă, comparativ cu costurile energetice ale unei pompe de căldură sau a unui sistem de climatizare. El își imaginează acoperișurile și ferestrele de acoperire cu materiale de cupru sau stratificat pe corturi sau alte echipamente exterioare pentru a controla fluxul de căldură. Acesta ar putea fi folosit, speculează el, pentru a ajuta la disiparea căldurii de la electronice (gândiți-vă, de exemplu, la cât de repede un laptop se poate încălzi inconfortabil). De asemenea, Gorodetsky menționează aplicații mai mici, de zi cu zi, cum ar fi containerele Tupperware-esque pentru a menține frigul alimentelor perisabile.
Gorodetsky spune că laboratorul său este cel mai încântat de impactul pe care materialul l-ar putea avea asupra hainelor. „Dacă ai avea un sacou pe care toată lumea îl putea purta și fiecare persoană s-ar putea adapta pentru a se menține confortabil într-un interval de temperatură mai larg, atunci trebuie doar să pui mult mai puțină energie pentru a menține clădirea la o singură temperatură”, explică el.
Echipa a solicitat un brevet, deși a afla cum să produci în masă materiale de termocomfort este următorul pas înainte să găsească aplicații comerciale. „Traducerea acestui specific [inovație în știința materialelor] direct în îmbrăcăminte necesită mult mai multă inginerie”, spune Lucy Dunne, co-director al Laboratorului Tehnologic Wearable al Universității din Minnesota, care nu a fost implicat în cercetare. „Cel mai mare semn de întrebare pentru mine”, spune Dunne, este: „Cum îl faci să se întindă?” Dunne a plutit mai multe opțiuni, de la curele de tehnologie scăzută, care ajustează etanșeitatea unei îmbrăcăminte la ideea de integrare mai futuristă. cu materiale care sunt antrenate să schimbe forma pe baza declanșatorilor termici. O altă provocare inginerească, spune Dunne, va fi asigurarea faptului că pânza termocomfortă este suficient de respirabilă pentru a satisface așteptările de confort ale consumatorilor.
Dunne vede materialul ca fiind util în echipamentele de camuflaj militar, ajutând să ascundă soldații de senzorii infraroșii. Ea spune că interesul pentru tehnologia purtătoare de termoreglare este în creștere. Abordările actuale includ dispozitive, precum Embr Wave, care servește ca o bandă de mână „termostat personal” care rulează un curent electric prin plăci ceramice sau metalice, sau propriile sale cercetări care încorporează fir conductiv în manșetele electrice fără deget, care distribuie căldura pe mâna purtătorului. . Există materiale reflectorizante în infraroșu, cum ar fi păturile spațiale sau Omni-Heat Columbia, dar reglarea de izolare integrată a materialului termocomfort Gorodetsky îl diferențiază.
Data viitoare când vă veți simți drăguț și vă apucați „puloverul de birou”, gândiți-vă doar: poate într-o bună zi veți purta un sacou de cupru și tot ce va fi necesar pentru a vă face confortabil este o atingere a unui buton sau un remorcher pe mânecă. .
