16/08/2024
Door Ad Spijkers
De thermisch geïsoleerde en ademende zachte robotkleding kan zich aanpassen aan veranderende omgevingstemperaturen.
Naarmate de opwarming van de aarde toeneemt, hebben mensen steeds meer last van extreme hitte. Voor mensen die binnen of buiten in een omgeving met hoge temperaturen werken, is het extra belangrijk om thermisch comfortabel te blijven. Onderzoekers aan de Hong Kong Polytechnic University hebben thermisch geïsoleerde en ademende zachte robotkleding ontwikkeld. Deze kan zich automatisch aanpassen aan veranderende omgevingstemperaturen, waardoor de veiligheid van werknemers in warme omgevingen wordt gewaarborgd.
Lichaamstemperatuur
Het handhaven van een constante lichaamstemperatuur is een van de meest cruciale vereisten voor leven en werken. Omgevingen met hoge temperaturen verhogen het energieverbruik, wat leidt tot verhoogde hittestress. Hierdoor worden chronische aandoeningen zoals hart- en vaatziekten, diabetes, psychische problemen en astma verergerd, terwijl het risico op overdracht van infectieziekten toeneemt. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie waren er wereldwijd tussen 2000 en 2019 jaarlijks ongeveer 489.000 aan hitte gerelateerde sterfgevallen, waarvan 45% in Azië en 36% in Europa.
Thermische beschermende kleding is essentieel om personen te beschermen in omgevingen met extreem hoge temperaturen, zoals brandweerlieden die aanwezig moeten zijn bij branden en bouwvakkers die langere tijd buiten werken. Traditionele kleding wordt echter beperkt door statisch gefixeerde thermische weerstand, wat kan leiden tot oververhitting en ongemak bij matige omstandigheden. Ook biedt de warmte-isolatie mogelijk niet voldoende bescherming bij extreme branden en andere omgevingen met hoge temperaturen.
Om dit probleem aan te pakken, hebben de onderzoekers intelligente zachte robotkleding ontwikkeld voor automatische temperatuuraanpassing en thermische isolatie in warme omgevingen. De kleding biedt persoonlijke bescherming en thermisch comfort bij verschillende temperaturen.
Meer lucht
Hun onderzoek is geïnspireerd door biomimicry in de natuur, zoals het adaptieve thermische regulatiemechanisme bij duiven, dat voornamelijk is gebaseerd op structurele veranderingen. Duiven gebruiken hun veren om een laag lucht rond hun huid vast te houden om warmteverlies naar de omgeving te verminderen. Wanneer de temperatuur daalt, zetten ze hun veren op om een grotere hoeveelheid stilstaande lucht vast te houden, waardoor de thermische weerstand toeneemt en warmte behouden blijft.
De beschermende kleding die het team heeft ontwikkeld, maakt gebruik van zacht robottextiel voor dynamisch adaptief thermisch beheer. In de kleding werden strategisch zachte actuatoren verwerkt. Deze zijn ontworpen als een exoskelet met een menselijk netwerkpatroon en omsluiten een niet-giftige, niet-ontvlambare vloeistof met een laag kookpunt.
Het thermo-gestimuleerde systeem verandert de vloeistof in een gas wanneer de omgevingstemperatuur stijgt, waardoor de zachte actuatoren uitzetten en de textielmatrix dikker wordt. De hoeveelheid stilstaande lucht wordt vergroot en de thermische weerstand wordt verdubbeld van 0,23 Km2W tot 0,48 Km2/W. De beschermende kleding kan ook de temperaturen aan de binnenzijde ten minste 10°C koeler houden dan conventionele hittebestendige kleding, zelfs wanneer het buitenoppervlak 120°C bereikt.
Zacht robottextiel
Het zachte robottextiel is gemaakt van thermoplastisch polyurethaan, is zacht, veerkrachtig en duurzaam. Het is huidvriendelijker en comfortabeler dan temperatuurgevoelige kleding met vormgeheugenlegeringen. Ook is het verstelbaar voor een breed scala aan beschermende kleding. De zachte actuatoren vertoonden geen tekenen van lekkage na het ondergaan van strenge standaard wastests.
De poreuze, gespatieerde breistructuur van het materiaal kan de convectieve warmteoverdracht aanzienlijk verminderen, terwijl het een hoge vochtdoorlatendheid behoudt. De lichtgewicht, zachte robotkleding is niet afhankelijk van thermo-elektrische chips of circulatoire vloeistofkoelsystemen voor koeling of warmtegeleiding en kan de temperatuur effectief zelf regelen zonder energieverbruik.
Het dragen van zware brandweerkleding kan benauwend aanvoelen. Wanneer brandweerlieden een brand verlaten en hun kleding uittrekken, wordt soms bijna een pond vocht uit hun laarzen gezogen. Dit heeft de onderzoekers gemotiveerd om een nieuw pak te ontwikkelen dat zich kan aanpassen aan verschillende omgevingstemperaturen en tegelijkertijd een uitstekende doorlatendheid behoudt. De zachte robotkleding kan zich naadloos aanpassen aan verschillende seizoenen en klimaten, meerdere werk- en leefomstandigheden en overgangen tussen binnen- en buitenomgevingen om gebruikers te helpen constant thermisch comfort te ervaren bij intense hitte."
Volgens de onderzoekers heeft de innovatie een breed scala aan potentiële toepassingen. Dit gaat van actieve kleding, winterjassen, gezondheidskleding en outdoor-kleding tot duurzame op textiel gebaseerde isolatie voor de bouw en gebouwen. Het onderzoeksteam heeft het thermo-adaptieve concept ook uitgebreid om opblaasbare, ademende jassen en warme kleding te ontwikkelen. Deze zachte robotkleding is geschikt voor omgevingen met lage temperaturen of plotselinge temperatuurdalingen om degenen die gestrand zijn in de wildernis te helpen hun normale lichaamstemperatuur te behouden.
Foto: Hong Kong Polytechnic University