Στο βίντεο που έθεσε τον επιστήμονα των υλικών και τον χημικό μηχανικό Alon Gorodetsky στο δρόμο προς την τελευταία εφεύρεσή του, ένα χταπόδι εμφανίζεται από τα φύκια σαν μια φοβερή άλμα σε μια ταινία τρόμου. Το πλάσμα μετατοπίζεται από τον χρωματισμό του καμουφλάζ τόσο γρήγορα φαίνεται να υλοποιείται από το θαλασσινό νερό. Αυτό το «αξιοσημείωτο» βίντεο, λέει ο αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Irvine, «άλλαξε πραγματικά την τροχιά της καριέρας μου, επειδή άρχισα να δουλεύω σε υλικά εμπνευσμένα από κεφαλόποδα». Πρόσφατα, ο Gorodetsky έλαβε έμπνευση από ένα καλαμάρι, ειδικά το χρώμα του - αλλαγή του δέρματος - για να δημιουργήσετε ένα νέο υλικό που μπορεί να κρατήσει ή να αφήσει μια ρυθμιζόμενη ποσότητα θερμότητας. Το "Thermocomfort material", όπως περιγράφει η ομάδα του στο περιοδικό Nature Communications, έχει μια σειρά από πιθανές χρήσεις, από τα ρούχα που ρυθμίζουν τη θερμότητα έως τις επιστρώσεις εξοικονόμησης ενέργειας για τις στέγες.
Τα καλαμάρια έχουν όργανα που ονομάζονται χρωματοφόρα που μπορούν να επεκταθούν και να συσσωρευτούν γρήγορα, πηγαίνοντας από σημεία σε σημεία χρώματος 14 φορές ευρύτερα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Οι μεταβαλλόμενες διαστάσεις των κηλίδων τους σημαίνουν ότι διαφορετικά μήκη κύματος φωτός μπορούν να αντικατοπτρίζονται από ένα δεδομένο σημείο στο δέρμα του ζώου, ανάλογα με το αν οι μύες των καλαμαριών έχουν συρρικνωθεί ή διευρυνθεί στα χρωματοφόρα. Αντί να δούμε τα ορατά φως κύματα, Gorodetsky και η ομάδα του ενδιαφέρονται να αντικατοπτρίζουν το υπέρυθρο φως, το οποίο νιώθουμε σαν θερμότητα. Οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει ένα υλικό που αποτελείται από ένα λεπτό φιλμ χαλκού - το οποίο αντανακλά πολύ αποτελεσματικά τη θερμότητα υπέρυθρης ακτινοβολίας - πάνω από ένα ελαστικό, ουσιαστικά λιγότερο ανακλαστικό στρώμα καουτσούκ. Το στρώμα χαλκού καλύπτεται με σχισμές στα μαλλιά, οπότε όταν το υλικό θερμομόνωσης τραβιέται, τα ανακλαστικά κομμάτια χαλκού απομακρύνονται, επιτρέποντας τη διαφυγή θερμότητας μέσω του πολυμερούς (καουτσούκ) μεταξύ τους.
Ο Gorodetsky έχει μια εύχρηστη αναλογία για να εξηγήσει την εφεύρεση του εργαστηρίου του: "Φανταστείτε ότι έχετε μια κατεψυγμένη λίμνη ή έναν κατεψυγμένο ωκεανό και είναι καλυμμένη με πάγο, όλα αυτά τα κομμάτια πάγου τα οποία είναι συσσωρευμένα το ένα δίπλα στο άλλο. Αυτό είναι που βασικά το υλικό μοιάζει με την ανενεργή και ανεπτυγμένη κατάσταση. Όταν το τεντώσετε, εξαπλώνετε όλα τα πάγια χωριστά, έτσι στην περίπτωση μας, μπορείτε να δείτε το πολυμερές κάτω από αυτά. "Όταν θερμότητα πλήττει το πολυμερές ανάμεσα στα χαλκό" floes ", μεταδίδεται μέσω του υλικού αντί να αντανακλάται πίσω στην πηγή της. Λόγω της στρώσης χαλκού, το υλικό - ένα "εξαιρετικά ελαφρύ, ελαστικό ελαστικό" στα λόγια του Γκοροδετσέκι - είναι λαμπερό, αν και το χρώμα του αναβοσβήνει καθώς εκτείνεται.
Στη θερμότητά του, οι παγίδες (ή αντανακλούν πίσω προς το σώμα) θερμαίνονται σχεδόν εξίσου αποτελεσματικά με μια κουβέρτα διαστήματος, δηλαδή το πτυχωτό αλουμινόχαρτο που χρησιμοποιείται για να αντικατοπτρίζει την αντανάκλαση του ήλιου στο διάστημα και να διατηρεί τη ζεστασιά του σώματος των μαραθωνοδρόμων μετά από αγώνες . Ένα χιτώνιο κατασκευασμένο από υλικό θερμοσυγκόλλησης αύξησε τη θερμοκρασία του αντιβραχίου του χρήστη κατά σχεδόν ένα βαθμό Κελσίου, κοντά στην ισχύ θέρμανσης μιας κουβέρτας διαστήματος. Αλλά το θερμορυθμιστικό υλικό είναι επίσης εντυπωσιακά ευπροσάρμοστο. Σε διαφορετικούς βαθμούς εφελκυσμού, μπορεί να κάνει τους χρήστες άνετους σε απόσταση 8, 2 βαθμών Κελσίου (περίπου 15 βαθμούς Φαρενάιτ). Όταν είναι 30 τοις εκατό απλωμένο, μοιάζει με τη μονωτική ικανότητα ενός Columbia Omni-Heat fleece? σε συντελεστή τάνυσης 50 τοις εκατό, το υλικό διατηρεί τη θερμότητα σε παρόμοιο μαλλί. Όταν οι ερευνητές τεντώνουν το υλικό θερμομόνωσης για να διπλασιάσουν το αρχικό τους μήκος, η θερμότητα πέρασε μέσα από αυτό σαν να ήταν βαμβάκι. Ακόμη και όταν οι ερευνητές επέκτειναν και συστέλωναν το υλικό 1.000 φορές, η επαναλαμβανόμενη χρήση δεν το έβγαλε.
Επειδή το υλικό θερμομόνωσης δοκιμάστηκε με τον χαλκό ως εσωτερικό στρώμα που αγγίξει το δέρμα του χρήστη, αυτό σήμαινε ότι κρατούσε τον χρήστη ζεστό όταν ήταν σε συμπαγή του κατάσταση διατηρώντας τη θερμότητα του σώματος μέσα. Αν όμως γυρίσατε το υλικό, λέει ο Gorodetsky κρατήστε τη θερμότητα έξω, όπως μια γυαλιστερή σκιά ηλίου που τοποθετείται σε ένα παρμπρίζ αυτοκινήτου.
Στο βιβλίο Nature Communications οι μηχανικοί παρουσιάζουν μια ποικιλία εφαρμογών, μεταξύ των οποίων και το ενδεχόμενο το θερμοσυμφορικό υλικό να μπορεί να διαδραματίσει ρόλο στη μείωση της ποσότητας ενέργειας που προορίζεται για τη διατήρηση της θερμοκρασίας των χώρων, γεγονός που αντιπροσωπεύει το ένα τρίτο της ενεργειακής κατανάλωσης των εμπορικών και οικιστικών κτίρια παγκοσμίως. Η κατασκευή του υλικού, όπως λέει ο Gorodetsky, είναι τόσο φθηνή όσο οι κουβέρτες που παράγουν μαζικά, που κοστίζουν κάτω από 4 δολάρια στο REI και το τέντωμα απαιτεί ελάχιστη ενέργεια σε σύγκριση με το κόστος ενέργειας μιας αντλίας θερμότητας ή συστήματος κλιματισμού. Φαντάζει τις στέγες και τα παράθυρα με επικάλυψη χαλκού, ή στρώσεις σε σκηνές ή άλλο εξωτερικό εξοπλισμό για τον έλεγχο της ροής θερμότητας. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, σκέφτεται, για να βοηθήσει στη διάσπαση της θερμότητας από τα ηλεκτρονικά (σκεφτείτε, για παράδειγμα, πόσο γρήγορα ένα laptop μπορεί να πάρει άβολα ζεστό). Ο Gorodetsky αναφέρει επίσης μικρότερες, καθημερινές εφαρμογές, όπως τα Tupperware-esque δοχεία για να διατηρήσουν τα φθαρτά τρόφιμα κρύα.
Ο Gorodetsky λέει ότι το εργαστήριό του είναι πολύ ενθουσιασμένο για την επίδραση που θα μπορούσε να έχει το υλικό στα ρούχα. "Αν είχατε ένα σακάκι που ο καθένας θα μπορούσε να φορέσει και κάθε άτομο θα μπορούσε να προσαρμοστεί για να παραμείνει άνετα σε μια ευρύτερη περιοχή θερμοκρασιών, τότε απλά πρέπει να βάζετε πολύ λιγότερη ενέργεια για να κρατήσετε το κτίριο σε μία μόνο θερμοκρασία", εξηγεί.
Η ομάδα έχει υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, αν και η εξεύρεση του τρόπου μαζικής παραγωγής θερμοσκληρυνόμενου υλικού είναι το επόμενο βήμα πριν μπορέσει να βρει εμπορικές εφαρμογές. "Η μετάφραση αυτής της συγκεκριμένης [καινοτομίας στην επιστήμη των υλικών] απευθείας στα ρούχα απαιτεί αρκετά περισσότερα τεχνικά", λέει η Lucy Dunne, συν-διευθυντή του εργαστηρίου Wearable Technology Lab του Πανεπιστημίου της Μινεσότα, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. "Το μεγαλύτερο ερωτηματικό για μένα, " λέει ο Dunne, είναι "Πώς το τεντώνεις;" Ο Dunne έφερε πολλές επιλογές, από ιμάντες χαμηλής τεχνολογίας που προσαρμόζουν τη στεγανότητα ενός ενδύματος στην πιο φουτουριστική ιδέα της ενσωμάτωσης με υλικά που είναι εκπαιδευμένα να μετατοπίζουν το σχήμα με βάση τις θερμικές εκκινήσεις. Μια άλλη πρόκληση μηχανικής, λέει ο Dunne, θα είναι να εξασφαλίσει ότι το ύφασμα με θερμομόνωση είναι αρκετά αναπνεύσιμο για να ανταποκρίνεται στις προσδοκίες των καταναλωτών για άνεση.
Ο Dunne βλέπει το υλικό ως δυνητικά χρήσιμο στον στρατιωτικό εξοπλισμό καμουφλάζ, βοηθώντας να αποκρύψουν τους στρατιώτες από τους υπέρυθρους αισθητήρες. Το ενδιαφέρον για τη θερμορυθμιζόμενη φορετή τεχνολογία φαίνεται να αυξάνεται, λέει. Οι τρέχουσες προσεγγίσεις περιλαμβάνουν συσκευές, όπως το Embr Wave, που χρησιμεύει ως βραχιολάκι "προσωπικού θερμοστάτη" που τρέχει ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω κεραμικών ή μεταλλικών πλακών ή η δική του έρευνα ενσωματώνει αγώγιμο νήμα σε ηλεκτρικά μανικέτια χωρίς δακτύλιο που διανέμουν θερμότητα στο χέρι του χρήστη . Υπέρυθρες ανακλαστικά υλικά όπως οι κουβέρτες ή το Omni-Heat της Columbia υπάρχουν, αλλά η ενσωματωμένη μονωτική δυνατότητα προσαρμογής του θερμοκοιλιτικού υλικού του Gorodetsky το ξεχωρίζει.
Την επόμενη φορά που θα βρεθείτε ψυχρός και θα τραβήξετε το "πουλόβερ του γραφείου σας", σκεφτείτε: ίσως μια μέρα θα φοράτε ένα χαλκώδες σακάκι και το μόνο που θα χρειαστείτε για να κάνετε τον εαυτό σας άνετο είναι ένα άγγιγμα ενός κουμπιού ή ένα ρυμουλκό στο μανίκι .
