研究人员发明智能软机器人服装，可在极端高温下自动适应热量

Josiah02

随着全球气候变暖加剧，人们越来越容易遭受酷热之苦。对于在室内或室外高温环境中工作的人来说，保持热舒适尤为重要。
由香港理工大学时装及纺织学院副教授、先进纺织技术杰出青年学者寿大华博士领导的团队研发出首创的隔热透气软体机器人服装，可自动适应不断变化的环境温度，从而有助于确保高温环境中工人的安全。
他们的研究成果已发表在《先进科学》杂志上。
维持恒定的体温是生活和工作最关键的要求之一。高温环境会增加能量消耗，导致热应激增加，从而加剧心血管疾病、糖尿病、精神健康问题和哮喘等慢性疾病，同时也增加了传染病传播的风险。
根据世界卫生组织的数据，2000年至2019年，全球每年约有489,000人因高温死亡，其中45%发生在亚洲，36%发生在欧洲。
热防护服对于保护极端高温环境下的人员至关重要，例如需要在火灾现场的消防员和长时间在户外工作的建筑工人。
然而，传统装备受到静态固定热阻的限制，在中等条件下会导致过热和不适，而其隔热性能可能无法在极端火灾事件和其他高温环境中提供足够的保护。
为了解决这个问题，寿博士和他的团队开发了智能软机器人服装，用于在炎热环境中自动适应温度和隔热，在各种温度下提供卓越的个人防护和热舒适度。
他们的研究灵感来自自然界的仿生学，比如鸽子的适应性热调节机制，该机制主要基于结构变化。鸽子利用羽毛在皮肤周围形成一层空气层，以减少热量散失到环境中。当气温下降时，它们会将羽毛蓬松起来，以捕获大量静止空气，从而增加热阻并保持温暖。
热自适应软机器人纺织品的设计概念。图片来源：Advanced Science (2024)。DOI：10.1002/advs.202309605
该团队开发的防护服采用软机器人纺织品进行动态自适应热管理。软执行器设计得像人体网络状外骨骼，封装了无毒、不易燃、低沸点的流体，策略性地嵌入在服装中。
这种热刺激系统在环境温度升高时将流体从液体变成气体，引起软执行器膨胀、纺织基质增厚，从而增强静止空气的间隙，使热阻从 0.23 Km 2 /W 增加一倍至 0.48 Km 2 /W。
即使外表面温度达到 120°C，该防护服的内表面温度也能比传统耐热服低至少 10°C。
这种独特的软机器人纺织品由热塑性聚氨酯制成，柔软、有弹性且耐用。值得注意的是，它比嵌入形状记忆合金的温度响应服装更加亲肤和舒适，并且可调节以适应各种防护服。
经过严格的标准洗涤测试后，软执行器没有出现任何泄漏迹象。该材料的多孔间隔编织结构还可以显著减少对流热传递，同时保持较高的水分透气性。
这种轻质柔软的机器人服装不依赖热电芯片或循环液冷系统进行冷却或导热，能够有效地调节自身温度，且不消耗任何能源。
寿博士说：“穿着厚重的消防装备会让人感觉非常闷热。当消防员离开火灾现场并脱下装备时，他们有时会从靴子里流出近一磅的汗水。这促使我开发了一种能够适应各种环境温度并保持出色透气性的新型服装。
“我们的软机器人服装可以无缝适应不同的季节和气候、多种工作和生活条件以及室内和室外环境之间的转换，帮助用户在酷热下体验到恒定的热舒适度。”
展望未来，寿博士发现这项创新具有广泛的潜在应用，从运动服、冬季夹克、保健服装和户外装备，到建筑和建筑物的可持续纺织隔热材料，为节能做出贡献。
寿博士及其团队还扩展了热适应概念，开发了可充气、透气的夹克和保暖服装。这种软机器人服装适用于低温环境或温度突然下降，以帮助那些被困在荒野中的人保持正常体温。
更多信息： Xiaohui Zhang 等人，用于自适应个人热管理的软机器人纺织品，Advanced Science（2024 年）。DOI ：10.1002/advs.202309605
期刊信息： Advanced Science