Videossa, joka asetti materiaalitieteilijän ja kemian insinöörin Alon Gorodetskyn tielle viimeisimmälle keksintölleen, merilevä esiintyy levästä kuin kauhuelokuvan hyppypelätin. Olento siirtyy pois naamiointiväriinsä niin nopeasti, että se näyttää toteutuvan merivedestä. Tuo "merkittävä" video, sanoo Kalifornian yliopiston apulaisprofessori Irvine, "todella muutti urani suuntausta, koska aloin työskennellä pääjalkaisten inspiroimilla materiaaleilla." Viimeksi Gorodetsky sai inspiraatiota kalmarista - erityisesti sen väri - ihonmuutos - uuden materiaalin luominen, joka voi pitää säädetyn määrän lämpöä sisään tai päästää sen ulos. ”Thermocomfort-materiaalilla”, kuten hänen tiiminsä on luonnehtinut Nature Communications -lehdessä, on joukko mahdollisia käyttötarkoituksia lämpöä säästävistä vaatteista kattojen energiaa säästäviin pinnoitteisiin.
Kalmarilla on kromatoforeina kutsuttuja elimiä, jotka voivat nopeasti laajentua ja supistua, pisteistä pisteisiin väripisteisiin, jotka ovat 14 kertaa leveämpiä alle sekunnissa. Niiden pisteiden muuttuvat mitat tarkoittavat, että valon eri aallonpituudet voivat heijastua tietystä pisteestä eläimen iholla riippuen siitä, ovatko kalmarin lihakset kutistuneet tai laajentaneet kromatophoreja. Sen sijaan, että katselisi näkyviä valoaaltoja, Gorodetsky ja hänen tiiminsä olivat kiinnostuneita heijastamaan infrapunavaloa, jonka tunnemme kuumuutena. Tutkijat ovat valmistaneet materiaalin, joka koostuu ohuesta kuparikalvosta - joka heijastaa erittäin tehokkaasti infrapuna lämpöä - joustavan, oleellisesti vähemmän heijastavan kumikerroksen päälle. Kuparikerros on peitetty hiusradan halkeamilla, joten kun termokomfort-materiaalia rypätään, heijastavat kuparipalat vetäytyvät toisistaan, jolloin lämpö pääsee poistumaan niiden välisen polymeerin (kumin) läpi.
Gorodetskylla on kätevä analogia selittääkseen laboratorionsa keksintöä: ”Kuvittele, että sinulla on jäätynyt järvi tai jäätynyt valtameri, ja se on peitetty jäälautoilla, kaikki nämä jääpalat, jotka kaikki on niputettu vierekkäin. Se on mitä materiaali käytännössä näyttää inaktiivisessa ja venyttämättömässä tilassa. Kun venytät sitä, levität kaikki jäälajit toisistaan, joten tapauksessamme voit nähdä polymeerin niiden alla. ”Kun lämpö osuu polymeeriin kuparin“ floesien ”väliin, se kulkeutuu materiaalin läpi eikä heijastu. takaisin kohti lähdeään. Kuparikerroksen takia materiaali - Gorodetskyn sanoin ”erittäin kevyt, joustava kumi” - on kiiltävä, vaikka sen väri vaalenee, kun venyy.
Lämpimäimmissä termokomfort-materiaalit loukkuvat (tai heijastavat takaisin vartaloa kohti) lämmittävät melkein yhtä tehokkaasti kuin avaruuspeite, että rapean alumiinifolion näköinen materiaali, jota on käytetty heijastamaan auringon häikäisyä tilassa ja ylläpitämään maratoonarien kehon lämpöä kilpailujen jälkeen . Termokomfort-materiaalista valmistettu holkki nosti käyttäjän kyynärvarren lämpötilaa lähes yhdellä celsiusasteella lähellä avaruushuovan lämmitystehoa. Mutta myös termoregulaattorimateriaali on uskomattoman monipuolinen. Eri venytysasteilla se voi tehdä käyttäjän mukavaksi 8, 2-celsiusasteen (karkeasti 15-astetta Fahrenheit) yli. Kun se on 30 prosenttia venytetty, se muistuttaa Columbia Omni-Heat -fleecen eristyskykyä; 50 prosentin venytyskertoimella materiaali pitää lämpöä kuin villa. Kun tutkijat venyttivät termokomfortin materiaalia kaksinkertaiseksi alkuperäiseen pituuteensa, lämpö läpäisi sen läpi ikään kuin se olisi puuvillaa. Ja jopa sen jälkeen, kun tutkijat olivat laajentaneet ja uranneet materiaalia 1000 kertaa, toistuva käyttö ei kuluttanut sitä.
Koska termokomfort-materiaali testattiin kuparilla sisäkerroksena, joka koskettaa käyttäjän ihoa, tämä tarkoitti, että se piti käyttäjän lämpimänä, kun se oli kompaktissa tilassaan pitämällä heidän kehonsa lämpöä. Mutta jos käännät materiaalia, Gorodetsky sanoo, se olisi Pidä lämpö pois, kuten kiiltävä aurinkovarjo, joka on asetettu auton tuulilasiin.
Luontoviestinnässä insinöörit käyttävät erilaisia sovelluksia, muun muassa mahdollisuutta, että lämpökomfort-materiaalilla voi olla merkitystä vähentää energian määrää, joka on tarkoitettu tilat pitävät maltillisina, mikä vastaa kolmanneksen kaupallisten ja asuinrakennuksen energiankulutuksesta rakennuksia maailmanlaajuisesti. Materiaalin valmistuksen pitäisi olla Gorodetskyn mukaan yhtä halpaa kuin massatuotanto avaruushuovat, jotka maksavat alle 4 dollaria REI: llä, ja sen venyttäminen vie vähän energiaa lämpöpumpun tai ilmastointijärjestelmän energiakustannuksiin verrattuna. Hän kuvittelee kopioainemateriaalin kattojen ja ikkunoiden päällystämisen tai teltoille tai muille ulkoiluvälineille kerrostetun lämmönvirtauksen hallinnan. Hän spekuloi, että sitä voitaisiin käyttää lämmön haihtumiseen elektroniikasta (ajatellaan esimerkiksi kuinka nopeasti kannettava tietokone voi lämmetä epämiellyttävästi). Gorodetsky mainitsee myös pienemmät, päivittäiset sovellukset, kuten Tupperware-esque-astiat pitämään pilaantuvia ruokia kylminä.
Gorodetsky sanoo, että hänen laboratorionsa on innostunut eniten materiaalin vaikutuksesta vaatteisiin. "Jos sinulla olisi takki, jota kaikki voisivat käyttää, ja jokainen ihminen voisi sopeutua pitämään olonsa mukavaksi laajemmalla lämpötila-alueella, sinun täytyy vain laittaa paljon vähemmän energiaa pitääksesi rakennuksen yhdessä lämpötilassa", hän selittää.
Ryhmä on hakenut patenttia, vaikkakin seuraava vaihe on selvittää, kuinka termokomfort-materiaalia tuotetaan massatuotantona, ennen kuin se voi löytää kaupallisia sovelluksia. "Tämän nimenomaisen [materiaalitieteiden innovaatioiden] kääntäminen suoraan vaatteisiin vie melko paljon enemmän tekniikkaa", sanoo Minnesotan yliopiston Wearable Technology Lab -yrityksen johtaja Lucy Dunne, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Suurin kysymysmerkki minulle", Dunne sanoo, on "Kuinka saat sen venymään?" Dunne kellui useita vaihtoehtoja, matalan teknologian hihnoista, jotka säätävät vaatteen tiiviyttä, futuristisempaan kuuloon ajatukseen integroinnista. se materiaaleilla, jotka on koulutettu muuttamaan muotoaan lämpökatkaisimien perusteella. Toinen tekninen haaste, Dunne sanoo, on varmistaa, että termocomfort-kangas on riittävän hengittävä vastaamaan kuluttajien mukavuusodotuksia.
Dunne näkee materiaalin potentiaalisesti käyttökelpoisena sotilaallisissa naamiointilaitteissa, auttaen piilottamaan sotilaita infrapuna-antureilta. Kiinnostus lämpöä säätelevään puettavaan tekniikkaan näyttää olevan kasvussa, hän sanoo. Nykyisiin lähestymistapoihin sisältyy laitteita, kuten Embr Wave, joka toimii ”henkilökohtaisena termostaattina” rannekkeena, joka kuljettaa sähkövirtaa keraamisten tai metallilevyjen läpi, tai hänen omaan tutkimukseensa, joka sisältää johtavan säikeen sähkökäyttöisissä sormittomissa hihansuissa, jotka jakavat lämpöä käyttäjän käsiin . Infrapunaheijastavia materiaaleja, kuten avaruuspeitteitä tai Columbian Omni-Heat -laitetta, on olemassa, mutta Gorodetskyn lämpökomfort-materiaalin sisäänrakennettu eristettävyys erottaa sen.
Seuraavan kerran, kun löydät itsesi koleaksi ja tarttumalla “toimistopaitareeni”, ajattele vain: ehkä jonain päivänä sinulla on kopitakki, ja kaikki tarvitsemasi itsesi mukavaksi tekemiseen on napin painalluksella tai hinaajalla hihassa. .
