Умная одежда-2024: как выглядят наряды будущего, созданные китайскими учеными
Текстиль XXI века будет из аэрогеля, с биосенсорами и солнечными батареями
Какие новые технологии станут главными в 2024 году? Может, технологии связи, энергетики, транспорта? Нет, уверенно отвечают в Китае. Будущее — за новыми материалами. Причем прорыв в этой области именно за китайскими инженерами, достижения которых все больше похожи на чудеса алхимии.
Генетически модифицированные тутовые черви научились вырабатывать шелк, который будет в 6 раз прочнее кевлара (материала, из которого шьют бронежилеты). Из такого биологического материала можно делать все, что угодно, — от скафандров космонавтов до хирургических нитей.
А вот морские черви, которые обитают у побережья Калифорнии, вдохновили китайских ученых на создание нового стройматериала. Из песка, угольной крошки и обломков кирпичей теперь можно делать сверхпрочные дома: так же, как черви строят прочные подводные замки из песка, скрепляя их своей слюной.
Черви будут строить дома, а бактерии — очищать сточные воды. Да еще и создавать полупроводниковые материалы из отходов: этому китайские инженеры уже научили генетически модифицированные микроорганизмы Vibrio natriegens. Теперь промышленные стоки, богатые кадмием, ртутью и свинцом, можно превратить в фабрику полупроводников.
И это еще не все чудеса. Создали китайские ученые и «плащ-невидимку», как у Гарри Поттера. Материал состоит из рядов крошечных цилиндрических выпуклых линз, каждая из которых «сжимает» изображение в тончайшую полоску, которую человеческий глаз просто не видит. Причем таким образом можно не только глаз, но даже тепловизор обмануть!
Серьезных прорывов китайские материаловеды добились и в создании одежды будущего. В частности, команда китайских ученых из Тяньцзиня разработала одежду на солнечных батареях, которая абсолютно нечувствительна к колебаниям внешней температуры. Главная фишка такой «умной» одежды — это солнечный элемент, который можно как угодно изгибать и деформировать.
Терморегулирующую одежду пытались создать давно, но только исследователи из Нанькайского университета (Тяньцзинь) научили ее как нагреваться, так и охлаждаться. Подзаряжать такую одежду нужно всего 12 часов в сутки, а потом она будет работать 24 часа.
Исследование показывает, что температура кожи человека поддерживается в пределах зоны теплового комфорта от 32 °C до 36 °C, несмотря на колебания температуры окружающей среды от 12,5°С до 37,6°С.
Как видно, от аномальной жары или холода новая «умная» одежда пока еще не спасает, но разработки продолжаются. Тем более, что предстоит создать терморегулирующую одежду, которая будет пригодна для экстремальных условий, например, в открытом космосе или на других планетах.
Другая команда китайских ученых из Чжэцзянского университета работает над другим направлением создания «умной» одежды. Они разрабатывают специальное нановолокно с исключительной теплоизоляцией, вдохновляясь мехом белого медведя. Каждая ворсинка имеет пористую сердцевину, заключенную в плотную оболочку. И это обеспечивает тепло и сухость.
Основа волокна — аэрогель. Это гель, в котором жидкая фаза полностью заменена на газообразную. Ну может представить себе очень-очень легкий поролон: в аэрогеле 99,8% массы приходится на воздух и лишь 0,2% на основную, твердую, фазу.
Аэрогелевым волокнам обычно не хватает прочности и растяжимости, необходимых для изготовления тканей, и они теряют свои изолирующие свойства во влажных условиях. А вот ученые из Цжэцзяня создали аэрогелевое волокно, которое можно стирать, окрашивать, оно долговечно и хорошо подходит для использования в современных текстильных изделиях.
Имитируя структуру медвежьего меха, исследователи из Цжэцзяня создали прочное аэрогелевое волокно с пластинчатыми порами, которое эффективно улавливает инфракрасное излучение вблизи кожи и сохраняет механическую прочность.
Согласно исследованию, волокно сохранило свои теплоизоляционные свойства с минимальным воздействием даже после 10 тысяч повторных циклов растяжения при 100%-ной деформации.
Команда исследователей протестировала волокно в тонком свитере, который, несмотря на то, что он примерно в пять раз тоньше пуховика, обладает теплоизоляционными характеристиками, сопоставимыми с последними.
Впрочем, чтобы делать одежду будущего, недостаточно только лишь терморегуляции. Потребитель хочет, чтобы его одежда была по-настоящему «умной», то есть со встроенными гаджетами и сенсорами. А для этого тоже нужны особые материалы. И китайцы их уже разработали. Конкретно — исследователи из Института материаловедения и инженерии Нинбо при Академии наук Китая.
Создали они сверхгибкий и электрически стабильный материал, который не только сохраняет свои функции при растяжении в два раза, но и возвращается к своей первоначальной форме после снятия напряжения.
Материалы, используемые для носимых и биоэлектронных устройств, должны быть мягкими, податливыми и эластичными, чтобы быть совместимыми с человеческим телом.
Китайские инженеры из Нинбо придумали, что новый материал можно «сшивать» из специальных полимеров, внутрь которых будут равномерно распределены «умные» кристаллы. На основе такого биоматериала можно делать, например, вечные биосенсоры.