Что такое технология умной одежды и как она работает

Современные технологии производства тканей включают в себя интеллектуальную трансформацию одежды для получения определенного результата. С помощью технологии можно изменить дизайн одежды, чтобы она могла менять цвет, блокировать солнечный свет, собирать медицинские показания, излучать вибрации или даже отображать пользовательские сообщения.Вот некоторые из самых удивительных достижений в области технологии "умных" тканей.

Ткани будущего MIT. Массачусетский технологический институт

 

Кольчужная ткань для умных экзоскелетов

Кольчуги  или кольчужные рубашки использовались в средние века, но они, конечно, вышли из моды, верно?

Ошибаетесь. Они лишь трансформировались в нечто иное. В 2021 году инженеры из Калифорнийского технологического института (Caltech) и Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре создали материал, похожий на кольчугу, который может менять своё состояние, становясь более прочным и выдерживая при этом нагрузку, в 50 раз превышающую его собственный вес.

Чтобы создать ткань, команда послойно соединила полые пластиковые или напечатанные на 3D-принтере алюминиевые элементы, которые сцеплялись между собой, позволяя им менять форму, но сохранять свою жесткость. По такому же принципу пакет с запечатанным в вакууме рисом становится жестким, так как у зерен нет места для движения. В таком состоянии ткань может выдерживать до одного килограмма веса, что больше, чем любая другая "умная" ткань, разработанная на сегодняшний день.

   Сингапурские ученые из NTU разработали ткань, которая может становиться жесткой по требованию

"Гранулированные материалы - яркий пример комплексных систем, где простые взаимодействия на уровне зерен могут привести к сложному структурному поведению. В случае с кольчугой способность переносить растяжение благодаря гранулам является решающим фактором. Это то же самое, как струна, которая выдерживает сжатие. Возможность моделировать такое сложное поведение открывает возможности для моделирования уникальных конструкций и их характеристик", - сказал Хосе Андраде, профессор кафедры гражданского и механического строительства, специализирующийся на моделировании гранулированных материалов.

Среди потенциальных областей применения этой ткани - защитная броня, адаптивные протезы, которые меняют жесткость по мере выздоровления пациента, мосты, которые можно сворачивать, а затем устанавливать на место, и экзоскелеты, которые позволят людям с нарушениями подвижности нормально ходить.

Самоочищающаяся одежда

В 2016 году ученые из Мельбурнского королевского технологического института в Австралии разработали самоочищающуюся ткань путем "выращивания" наноструктур меди и серебра на хлопковых волокнах ткани

Процесс формирования металлических наноструктур на ткани заключался в обработке хлопковой ткани кислотным раствором хлорида олова, с последующим погружением ткани в раствор соли палладия, в результате чего на волокнах формировались палладиевые нити. И наконец, с  помощью растворов содержащих ионы меди и серебра удалось вырастить фотоактивные металлические наноструктуры.

   Самоочищающийся текстиль: Усовершенствованный с помощью нанотехнологий текстиль  
очищает себя с помощью света.

Атомы металла в этих наноструктурах возбуждаются светом. Под воздействием света материал способен расщеплять органические вещества, очищаясь от пятен и грязи менее чем за шесть минут. Изобретение может оказаться полезным в таких отраслях промышленности как агрохимия и фармацевтика, но предстоит еще много работы по оптимизации метода. В частности необходимо  предотвратить попадание частиц металла в сточные воды, (например в процессе стирки), что может привести к экологическим проблемам. Наночастицы серебра используемые для предотвращения запахов, убивают бактерии, но при определенных условиях они могут превратиться токсичные соединения.

Ткани, которые охлаждают

Использование кондиционеров и электрических вентиляторов для охлаждения составляет почти 20% от общего потребления электроэнергии в зданиях. А что если бы люди могли вообще не обогреваться?

В 2020 году группа исследователей из Стэнфордского университета (США) и Нанкинского университета (Китай) модифицировала шелковую ткань. Поскольку шелк отражает большую часть солнечного света, попадающего на него, он остается прохладным. Но ученые решили увеличить коэффициент отражения солнечного света и довели его  до 95%. Таким образом, им удалось сделать шёлк на 3,5°C холоднее, чем окружающий воздух при солнечном свете.

Ученые добились этого, добавив в волокна шелка наночастицы оксида алюминия. Такие частицы  отражают солнечный свет в ультрафиолетовом диапазоне. В результате испытаний новой ткани температура поверхности кожи осталась на 12,5°C  ниже, чем при использовании одежды из обычного хлопка.

Источник:  Манчестерский университет.

 

На первом этапе тестирования ученые использовали имитацию кожи, сделанную из силикона, покрыв её искусственным шёлком. Под воздействием прямых солнечных лучей температура имитации оставалась  на 8°C ниже, чем при использовании натурального шёлка.

Затем они сшили из искусственного шелка рубашку с длинными рукавами и испытали её на добровольце при температуре 37°C. Проанализировав инфракрасные снимки, исследователи обнаружили, что модифицированный шелк нагревается не так сильно, как натуральный или хлопковый текстиль.

Более чем за год до этого группа исследователей из Национального института графена при Манчестерском университете разработала новый "умный" текстиль для теплоадаптивной одежды, используя инфракрасную излучательную способность (способность излучать энергию) графена.

"Возможность управлять тепловым излучением является ключевой задачей для ряда важнейших областей применения, например, таких как контроль температуры тела в условиях жаркого климата. Термоодеяла являются типичным примером такого применения. Однако сохранение этих функций по мере нагревания или охлаждения окружающей среды является нерешенной задачей", - сказал тогда руководитель исследования, профессор Коскун Кочабас.

Одежда для сбора энергии

В 2016 году исследователи из Технологического института Джорджии в Атланте создали ткань, которая может получать энергию, как от солнечного света, так и от движения человека.

Для ее изготовления команда переплела между собой нити шерсти, солнечные элементы из легких полимеров и трибоэлектрические наногенераторы на основе волокон, которые генерируют небольшое количество электроэнергии от механических воздействий, таких как вращение, скольжение или вибрация.

Источник:  DrB Technology Spotlight

 

Ткань толщиной 320 микрометров обладает высокой гибкостью, воздухопроницаемостью и легкостью. Команда предполагает, что однажды ее можно будет интегрировать в палатки, шторы или даже одежду, а когда-нибудь  эта технология поможет нам заряжать свои телефоны прямо по дороге на работу.

"Задача состояла в том, чтобы собрать энергию из окружающей среды и привести в действие  легкую и тонкую электронику", - сказал Чжун Линь Ванг, один из нанотехнологов, автор исследования. "И это исследование в последнее время привлекло широкое внимание, потому что в наши дни гибкая и  носимая электроника, стала очень популярной и востребованной. Но каждая из них нуждается в источнике питания".

Программируемые волокна

В июне 2021 года инженеры из Массачусетского технологического института разработали "программируемые волокна", которые позволят хранить данные в одежде.

Волокна состоят из кремниевых чипов, электрически соединенных друг с другом. Таким образом, они имеют определенную емкость для хранения файлов, способную проработать до двух месяцев без дополнительного питания.

Источник: MIT

 

По словам старшего специалиста Йола Финка, эти цифровые волокна могут также служить в качестве датчиков для контроля физических показателей и, возможно в будущем для обнаружения заболеваний, особенно если в них будет встроена нейронная сеть. Нейронная сеть может помочь предсказать активность пользователя и особенности его тела и в конечном итоге позволит обнаружить проблемы со здоровьем на ранней стадии.

Одежда для биометрического мониторинга

Фитнес-часы - не единственные носимые устройства, которые могут отслеживать вашу активность, сердечный ритм, привычки сна и так далее. Существует также спортивная одежда, рабочая одежда, одежда для сна и даже нижнее белье, которые выполняют те же функции с помощью датчиков.  

Источник: MIT

 

Созданное компанией Myant, нижнее белье способно измерять уровень стресса, время пребывания в неподвижном состоянии, овуляцию, усталость водителя и многие другие параметры организма человека.

В 2020 году исследователи MIT также создали моющийся датчик, который отслеживает, жизненные показатели владельца и в перспективе может стать следующей важной вехой в области дистанционного здравоохранения.

Тем временем, исследовательский центр Empa в Швейцарии интегрировал оптические волокна в "умный" текстиль для контроля кровоснабжения кожи, чтобы избежать возникновения пролежней у неподвижных пациентов.

Источник: Ohmatex

 

В свою очередь, датская компания Edema ApS создала стираемые чулки, модифицированные для обнаружения изменений объема ног, что особенно полезно для пациентов, страдающих от скопления жидкости или больных тромбофлебитом.

Существует множество вариантов применения "умной" одежды, и в ближайшее время их появится еще больше. И хотя умная одежда, возможно, еще не стала мейнстримом, когда-нибудь она может совершить революцию в мире нашей одежде.