W filmie, na którym naukowiec i inżynier chemik Alon Gorodetsky podąża drogą do swojego najnowszego wynalazku, z glonów pojawia się ośmiornica niczym przerażenie skokowe w horrorze. Stworzenie zmienia kolor kamuflażu tak szybko, że wydaje się materializować z wody morskiej. Ten „niezwykły” film, mówi profesor z University of California, Irvine, „naprawdę zmienił trajektorię mojej kariery, ponieważ zacząłem pracować nad materiałami inspirowanymi głowonogami”. Ostatnio Gorodetsky czerpał inspirację z kałamarnicy - szczególnie jej koloru - zmiana skóry - aby stworzyć nowy materiał, który może zatrzymać lub wypuścić regulowaną ilość ciepła. „Materiał Thermocomfort”, jak opisuje jego zespół w czasopiśmie Nature Communications, ma szereg potencjalnych zastosowań, od odzieży regulującej ciepło po energooszczędne powłoki na dachy.
Kałamarnica ma narządy zwane chromatoforami, które mogą szybko rozszerzać się i kurczyć, przechodząc od punktowych do plamek koloru 14 razy szerszych w mniej niż sekundę. Zmieniające się wymiary ich plam oznaczają, że różne długości fali światła mogą być odbijane od danego punktu na skórze zwierzęcia w zależności od tego, czy mięśnie kałamarnicy skurczyły się, czy powiększyły chromatofory. Zamiast patrzeć na widzialne fale świetlne, Gorodetsky i jego zespół byli zainteresowani odbijaniem światła podczerwonego, które odczuwamy jako ciepło. Naukowcy stworzyli materiał składający się z cienkiej warstwy miedzi - która bardzo skutecznie odbija promieniowanie podczerwone - na wierzchu rozciągliwej, zasadniczo mniej odbijającej warstwy gumy. Warstwa miedzi pokryta jest szczelinami na linii włosów, więc gdy materiał termokomfortu zostanie pociągnięty, odblaskowe kawałki miedzi odrywają się, umożliwiając ucieczkę ciepła przez polimer (gumę) między nimi.
Gorodetsky ma przydatną analogię, aby wyjaśnić wynalazek swojego laboratorium: „Wyobraź sobie, że masz zamarznięte jezioro lub zamarznięty ocean i jest pokryty kry, wszystkie te kawałki lodu, które są zebrane obok siebie. Tak właśnie wygląda materiał w stanie nieaktywnym i nierozciągniętym. Kiedy go rozciągniesz, rozłożysz wszystkie kry lodowe, więc w naszym przypadku możesz zobaczyć polimer pod nimi. ”Gdy ciepło uderza polimer między miedziane„ kry ”, jest ono przenoszone przez materiał zamiast odbijane z powrotem w kierunku źródła. Ze względu na warstwę miedzi materiał - „bardzo lekka, elastyczna guma”, słowami Gorodetsky'ego, jest błyszczący, chociaż jego kolor rozjaśnia się w miarę rozciągania.
W najcieplejszym pułapce materiał Thermocomfort (lub odbija się z powrotem w kierunku ciała) nagrzewa się prawie równie skutecznie jak koc kosmiczny, ten marszczący materiał przypominający folię aluminiową, który został użyty do odzwierciedlenia blasku słońca w przestrzeni i utrzymania ciepła maratończyków po wyścigach . Rękaw wykonany z materiału termokomfortowego zwiększał temperaturę przedramienia noszącego o prawie jeden stopień Celsjusza, blisko mocy grzewczej koca kosmicznego. Ale materiał termoregulujący jest również imponująco wszechstronny. Przy różnym stopniu rozciągnięcia może sprawić, że noszący czują się wygodnie w zakresie 8, 2 stopnia Celsjusza (około 15 stopni Fahrenheita). Kiedy jest rozciągnięty w 30 procentach, przypomina właściwości izolacyjne polaru Columbia Omni-Heat; przy współczynniku rozciągania 50 procent materiał zatrzymuje ciepło jak wełna. Kiedy naukowcy rozciągnęli materiał termokomfortu, aby podwoić jego pierwotną długość, ciepło przepłynęło przez niego, jakby to była bawełna. I nawet po tym, jak naukowcy rozszerzyli i skurczyli materiał 1000 razy, wielokrotne użycie go nie zużyło.
Ponieważ materiał termokomfortu został przetestowany z miedzią jako wewnętrzną warstwą dotykającą skóry użytkownika, oznaczało to, że utrzymywał ciepło użytkownika w stanie zwartym, utrzymując ciepło ciała. Ale jeśli przerzucisz materiał, Gorodetsky mówi, trzymaj ciepło z daleka, jak błyszczący cień przeciwsłoneczny umieszczony na przedniej szybie samochodu.
W dokumencie Nature Communications inżynierowie przedstawiają różnorodne zastosowania, w tym możliwość, że materiał termokomfortowy może odegrać rolę w zmniejszeniu ilości energii przeznaczonej na utrzymanie umiarkowanej przestrzeni, co odpowiada za jedną trzecią zużycia energii w celach komercyjnych i mieszkaniowych budynki na całym świecie. Gorodetsky mówi, że wytwarzanie tego materiału powinno być tak tanie, jak masowe koce kosmiczne, które kosztują mniej niż 4 USD w REI, a rozciąganie zajmuje minimalną energię w porównaniu z kosztami energii pompy ciepła lub systemu klimatyzacji. Wyobraża sobie miedziany materiał pokrywający dachy i okna lub nakładany na namioty lub inny sprzęt zewnętrzny, aby kontrolować przepływ ciepła. Można go wykorzystać, spekuluje, aby pomóc rozproszyć ciepło z elektroniki (pomyśl na przykład, jak szybko laptop może się niekomfortowo ogrzać). Gorodetsky wspomina także o mniejszych, codziennych zastosowaniach, takich jak pojemniki w stylu Tupperware, aby utrzymać łatwo psujące się jedzenie.
Gorodetsky mówi, że jego laboratorium jest najbardziej podekscytowane wpływem, jaki materiał może mieć na odzież. „Jeśli miałeś kurtkę, którą każdy mógł nosić, a każda osoba mogła się dostosować, aby czuć się komfortowo w szerszym zakresie temperatur, musisz po prostu włożyć o wiele mniej energii, aby utrzymać budynek w jednej temperaturze”, wyjaśnia.
Zespół złożył wniosek o patent, choć zastanawianie się, jak masowo produkować materiał termokomfortowy, jest kolejnym krokiem, zanim będzie mógł znaleźć zastosowania komercyjne. „Przełożenie tej konkretnej [innowacji w inżynierii materiałowej] bezpośrednio na odzież wymaga o wiele więcej inżynierii”, mówi Lucy Dunne, dyrektor dyrektora Wearable Technology Lab University of Minnesota, który nie był zaangażowany w badania. „Największym znakiem zapytania dla mnie” - mówi Dunne - jest „Jak sprawić, by się rozciągnęło?” Dunne wypuścił kilka opcji, od pasków o niskiej technologii, które dostosowują szczelność odzieży, po bardziej futurystycznie brzmiący pomysł integracji z materiałami wyszkolonymi do zmiany kształtu w oparciu o wyzwalacze termiczne. Dunne twierdzi, że kolejnym wyzwaniem inżynieryjnym będzie zapewnienie oddychalności materiału termo-komfortowego, który spełni oczekiwania konsumentów dotyczące komfortu.
Dunne uważa materiał za potencjalnie przydatny w wojskowym sprzęcie kamuflażowym, który pomaga ukryć żołnierzy przed czujnikami podczerwieni. Mówi, że zainteresowanie regulowaną termicznie technologią noszenia wydaje się rosnąć. Obecne podejścia obejmują urządzenia, takie jak Embr Wave, która służy jako opaska na nadgarstek „osobisty termostat”, która przepływa prądem elektrycznym przez płytki ceramiczne lub metalowe, lub jej własne badania nad wprowadzeniem przewodzącej nici do zasilanych elektrycznie mankietów bez palców, które rozprowadzają ciepło po dłoni użytkownika . Istnieją materiały odbijające promieniowanie podczerwone, takie jak koce kosmiczne lub Omni-Heat firmy Columbia, ale wyróżnia je wbudowana regulacja izolacji materiału termokomfortu Gorodeckiego.
Następnym razem, gdy poczujesz się chłodny i złapiesz „biurowy sweter”, pomyśl tylko: może pewnego dnia będziesz miał na sobie miedzianą kurtkę, a wszystko, czego potrzeba, aby poczuć się komfortowo, to naciśnięcie przycisku lub pociągnięcie za rękaw na rękawie .
