V videoposnetku, ki je znanstvenika in kemijskega inženirja Alona Gorodetskega postavil na pot do njegovega zadnjega izuma, se iz alg pojavlja hobotnica kot strašljiv skok v filmu grozljivk. Stvar se tako hitro preusmeri iz svoje maskirne obarvanosti, da se zdi, da se uresničuje iz morske vode. Ta "izjemen" video, pravi izredni profesor na kalifornijski univerzi Irvine, "je res spremenil smer moje kariere, saj sem začel delati na materialih, ki so jih navdihnili glavonožci." Pred kratkim je Gorodetsky navdih črpal iz lignjev - natančneje njegove barve - spreminjanje kože - za ustvarjanje novega materiala, ki lahko zadrži ali izpušča nastavljivo količino toplote. "Termokomfortni material", kot opisuje njegova ekipa v reviji Nature Communications, ima vrsto potencialnih uporab, od oblačil, ki uravnavajo toploto, do varčnih prevlek za strehe.
Lignje imajo organe, imenovane kromatofore, ki se lahko hitro razširijo in skrčijo, in sicer od točkovnih točk do 14-krat širših barv v manj kot sekundi. Spreminjanje dimenzij njihovih peg pomeni, da se lahko od določene točke na koži živali odsevajo različne valovne dolžine svetlobe, odvisno od tega, ali so mišice lignjev skrčile ali povečale kromatofore. Namesto da bi gledali valove vidne svetlobe, je bil Gorodetsky in njegova ekipa zainteresirana za odsev infrardeče svetlobe, ki jo čutimo kot toploto. Raziskovalci so izdelali material, ki ga sestavlja tanek bakreni film - ki zelo učinkovito odseva infrardečo toploto - poleg raztegljive, v bistvu manj odsevne plasti gume. Plast bakra je prekrita z razpokami las, tako da se ob vlečenju termokomfortnega materiala odsevni bakreni koščki razlepijo, kar omogoča, da toplota uhaja skozi polimer (gumo) med njimi.
Gorodetsky ima priročno analogijo, da bi razložil izum svojega laboratorija: "Predstavljajte si, da imate zamrznjeno jezero ali zamrznjen ocean, in je prekrito z ledenimi rogovi, vse te koščke ledu, ki se nahajajo drug ob drugem. Tako izgleda material v svojem neaktivnem in netegnjenem stanju. Ko ga raztegnete, razpršite vse ledene narazen, tako da v našem primeru vidite polimer pod njimi. "Ko toplota udari v polimer med bakrenimi" plameni ", se ta prenaša skozi material, namesto da se odraža. nazaj proti izviru. Zaradi bakrene plasti je material - izredno lahka, raztegljiva guma, po besedah Gorodeckega - sijoč, čeprav se barva lajša, ko se razteza.
Termokomfortni materiali v najtoplejšem stanju segrevajo (ali se odsevajo nazaj proti telesu), segrevajo skoraj enako učinkovito kot vesoljska odeja, s čimer se drobljiv material iz aluminijaste folije, ki se uporablja za odsev sončnega sijaja v vesolju in ohranja telesno toploto maratoncev po dirkah. . Rokav iz termokomfortnega materiala je povišal temperaturo podlakti uporabnika za skoraj eno stopinjo Celzija, kar je blizu moči ogrevanja vesoljske odeje. Toda termoregulacijski material je tudi impresivno vsestranski. Pri različnih stopnjah raztezanja lahko nosilci postanejo udobni v 8, 2-stopinjskem Celziju (približno 15-stopinjski Farenhit). Ko je 30-odstotno iztegnjeno, spominja na izolacijsko sposobnost kolumbijske rune Omni-Heat; pri 50-odstotnem razteznem faktorju material zadržuje toploto kot volna. Ko so raziskovalci raztegnili termokomfortni material, da je podvojil prvotno dolžino, je toplota skozi njega prehajala, kot da je bombaž. In tudi potem, ko so raziskovalci 1.000-krat razširili in pogodili material, ga večkratna uporaba ni zmanjšala.
Ker je bil termokomfortni material preizkušen z bakrom kot notranjo plastjo, ki se dotika uporabnikove kože, je to pomenilo, da je uporabnika ohranjal toplo, ko je v kompaktnem stanju, tako da je ohranil telesno toploto. Če pa bi material prevrnil, pravi Gorodetsky, ohranjajte toploto, kot svetleč senčnik, nameščen na vetrobransko steklo avtomobila.
V prispevku Nature Communications inženirji postavljajo različne aplikacije, med njimi tudi možnost, da bi lahko termokomfortni materiali igrali vlogo pri zmanjševanju količine energije, namenjene ohranjanju zmernih prostorov, kar predstavlja tretjino porabe energije v komercialnih in stanovanjskih prostorih stavbe po vsem svetu. Izdelava materiala bi morala biti, po besedah Gorodetskega, tako poceni, kot masivna vesoljska odeja, ki pri REI stane manj kot 4 dolarje, za raztezanje pa je potrebno minimalno energijo v primerjavi s stroški energije toplotne črpalke ali klimatske naprave. Zamišlja si strehe in okna iz bakrenega materiala ali plaste na šotorih ali drugi zunanji opremi za nadzor pretoka toplote. Špekulira, da bi lahko pomagal pri odvajanju toplote od elektronike (na primer pomislite, kako hitro se lahko prenosnik neprijetno segreje). Gorodetsky omenja tudi manjše, vsakodnevne aplikacije, kot so posode, ki vsebujejo Tupperware, da hitro pokvarimo hrano hladno.
Gorodetski pravi, da je njegov laboratorij najbolj navdušen nad vplivom, ki ga material lahko ima na oblačila. "Če bi imel suknjič, ki bi ga lahko nosili vsi, in bi se vsak človek lahko prilagodil, da bi se udobno zadrževal v širšem temperaturnem območju, potem morate vložiti veliko manj energije, da stavbo vzdržujete na eni sami temperaturi, " razlaga.
Ekipa je prijavila patent, čeprav je naslednji korak, preden ugotovijo komercialno uporabo, ugotoviti, kako masovno proizvajati termokomfortni material. "Prevajanje te posebne narave (inovacije v znanosti o materialih) neposredno na oblačila zahteva precej več inženiringa, " pravi Lucy Dunne, so-direktorica Wearable Technology Lab University of Minnesota, ki ni bila vključena v raziskave. "Zame je največji vprašalnik, " pravi Dunne, "Kako to, da se raztezaš?" Dunne je plaval na več možnosti, od nizkotehnoloških jermenov, ki prilagajajo tesnost oblačila, do bolj futuristično zveneče ideje o integraciji. z materiali, ki so usposobljeni za premikanje oblike na podlagi toplotnih sprožilcev. Drugi inženirski izziv bo, pravi Dunne, zagotavljanje, da je tkanina s termokomforjem dovolj zračna, da izpolni pričakovanja potrošnikov o udobju.
Dunne vidi material kot potencialno uporaben v vojaški maskirni opremi, saj pomaga vojakom skriti pred infrardečimi senzorji. Zdi se, da zanimanje za termo regulacijsko nosilno tehnologijo narašča, pravi. Trenutni pristopi vključujejo naprave, kot je Embr Wave, ki služi kot zapestni trak za osebni termostat, ki poganja električni tok skozi keramične ali kovinske plošče, ali lastno raziskovanje, ki vključuje prevodne navoje v manšete brez prstov, ki oddajajo električno energijo po uporabnikovi roki . Infrardeči odsevni materiali, kot so odeje v vesolju ali Columbia's Omni-Heat, obstajajo, vendar ga vgrajena izolacijska prilagodljivost materiala termokomfortnega materiala Gorodetskyja razlikuje.
Ko se boste naslednjič ohladili in prijeli svoj pisarniški pulover, samo pomislite: morda boste nekega dne oblekli bakreno jakno, vse kar bo potrebno, da vam bo udobno, je dotik gumba ali tulec na rokavu .
