MITs zukünftige Stoffe. MIT
Moderne Stofftechnologie beinhaltet die intelligente Modifizierung von Kleidung, um einen bestimmten Effekt zu erzielen. Kleidung kann mit Hilfe von Technologie neu gestaltet werden, um Farben zu ändern, Sonnenlicht zu blockieren, medizinische Daten sammeln, Vibrationen aussenden oder sogar benutzerdefinierte Nachrichten anzeigen.
Hier sind einige der erstaunlichsten Fortschritte in der Stofftechnologie und bei intelligenten Stoffen.
Kettenhemd-basiertes Gewebe für intelligente Exoskelette
Hauberks oder Kettenhemden wurden im Mittelalter verwendet, aber sie sind sicherlich aus der Mode gekommen, oder?
Falsch. Sie haben sich nur in etwas anderes verwandelt. Im Jahr 2021 haben Ingenieure des California Institute of Technology Caltech und der Nanyang Technological University NTU in Singapur ein kettenhemdähnliches Material entwickelt, das von weich bis steif wirdBefehl, Belastung des 50-fachen des Eigengewichts wenn starr.
Um das Gewebe zu konstruieren, schichtete das Team hohle Kunststoff- oder 3D-gedruckte Aluminiumpartikel zusammen, die ineinandergreifen, sodass sie ihre Form ändern können, aber ihre Steifigkeit behalten.
Im Gegensatz zu ähnlichen Stoffen, die mit elektromagnetischen Feldern „abgestimmt“ sind, um sie zu versteifen oder zu entspannen, verwendet das Kettenhemd einen klemmenden Übergang. Dies ist das gleiche Prinzip, das dazu führt, dass ein Beutel mit vakuumversiegeltem Reis versteift, weil die Körner keineBewegungsfreiheit. Die Partikel werden auf ähnliche Weise in Vakuumbeuteln versiegelt. Das Gewebe kann im steifen Zustand bis zu 2 Pfund Gewicht tragen, was mehr ist als jedes andere bisher entwickelte intelligente Gewebe.
"Granulare Materialien sind ein schönes Beispiel für komplexe Systeme, bei denen einfache Wechselwirkungen auf der Kornskala strukturell zu komplexem Verhalten führen können. In dieser Kettenhemdanwendung ist die Fähigkeit, Zugbelastungen auf der Kornskala zu tragen, bahnbrechend. Es istwie eine Saite, die Drucklasten tragen kann. Die Möglichkeit, ein so komplexes Verhalten zu simulieren, öffnet die Tür zu außergewöhnlicher Strukturkonstruktion und Leistung", sagte José Andrade, Professor für Bau- und Maschinenbau mit Expertise in granularer Materialmodellierung.
Mögliche Anwendungen für dieses Gewebe umfassen Schutzpanzer, adaptive Gipsverbände, die die Steifigkeit ändern, während der Patient heilt, Brücken, die ausgerollt und dann versteift werden können, und Exoskelette, die es Personen mit Mobilitätsproblemen möglicherweise ermöglichen, normal zu gehen.
Selbstreinigende Kleidung
Bereits im Jahr 2016 entwickelten Wissenschaftler des Royal Melbourne Institute of Technology in Australien ein selbstreinigendes Gewebe, indem sie Kupfer- und Silber-Nanostrukturen auf den Baumwollfasern eines Stoffstücks „züchten“. TDer Prozess, die Metall-Nanostrukturen auf das Textil zu bringen, bestand darin, das Baumwollgewebe mit einer sauren Lösung von Zinnchlorid zu grundieren, dann das Gewebe in eine Palladiumsalzlösung zu tauchen, wodurch sich Palladium ein seltenes Metall spontan auf den Fasern bildete.Schließlich führten Kupfer- und Silberbäder zum Wachstum photoaktiver Metall-Nanostrukturen.
Die Metallatome dieser Nanostrukturen werden mit Licht angeregt. Wenn es Licht ausgesetzt wird, kann das Material organisches Material abbauen und sich in weniger als sechs Minuten von Flecken und Schmutz reinigen.
Die Erfindung kann in katalysebasierten Industrien wie Agrochemikalien und Pharmazeutika nützlich sein, aber es gibt noch mehr zu tun, um die Technik zu verbessern und insbesondere zu versuchen, sicherzustellen, dass keine Metallnanopartikel in das Abwasser freigesetzt werden wenn dieKleidung tatsächlich gewaschen wird, was zu Umweltproblemen führt.
Silber-Nanopartikel wurden auch verwendet, um Gerüche durch das Abtöten von Bakterien zu verhindern, aber sie können unter bestimmten Bedingungen zu giftigen Ionen werden.
Stoffe, die dich abkühlen
Die Verwendung von Klimaanlagen und elektrischen Ventilatoren zum Abkühlen macht fast aus20% des Gesamtstromverbrauchs in Gebäuden verwendet. Was wäre, wenn die Menschen das Aufheizen von vornherein vermeiden könnten?
Im Jahr 2020 hat ein Forscherteam der Stanford University USA und der Nanjing University China einige Seidenstücke modifiziert – ein Stoff, der sich auf der menschlichen Haut bereits kühl anfühlt, weil er einen Großteil des auftreffenden Sonnenlichts reflektiert –, umes reflektiert bis zu 95% des Sonnenlichts. Auf diese Weise haben sie es geschafft, dass die Seide im Sonnenlicht 3,5 ° C kühler bleibt als die Umgebungsluft.
Die Wissenschaftler haben dies erreicht, indem sie den Seidenfasern Aluminiumoxid-Nanopartikel hinzugefügt haben. Diese Nanopartikel können die ultravioletten Wellenlängen des Sonnenlichts reflektieren und dies bewiesen, indem sie die Haut um etwa 12,5 °C kühler halten als Baumwollkleidung.
Zunächst verwendeten die Wissenschaftler künstliche Haut aus Silikonhaut, um das Produkt zu testen. Als sie die technische Seide über die simulierte Haut drapierten, hielt sie die Haut unter direktem Sonnenlicht um 8 °C kühler als Naturseide.
Dann machten sie ein langärmeliges Hemd aus der technischen Seide und baten einen Freiwilligen, es an einem Tag mit 37 ° C in der Sonne zu tragen. Durch die Analyse von Infrarotbildern fanden die Forscher heraus, dass die modifizierte Seide dies nicht tataufwärmen wie Naturseide oder Baumwolltextilien.
Mehr als ein Jahr zuvor entwarf ein Forscherteam des National Graphene Institute der University of Manchester neue intelligente Textilien für wärmeangepasste Kleidung unter Ausnutzung des Infrarot-Emissionsvermögens der Fähigkeit, Energie abzustrahlen von Graphen.
"Die Fähigkeit, die Wärmestrahlung zu kontrollieren, ist eine wesentliche Voraussetzung für mehrere kritische Anwendungen wie das Temperaturmanagement des Körpers in Klimazonen mit übermäßiger Temperatur. Wärmedecken sind ein gängiges Beispiel für diesen Zweck. Diese Funktionalitäten müssen jedoch beibehalten werden, wenn sich die Umgebung aufheiztabkühlt, war eine herausragende Herausforderung", sagte damals der Leiter der Forschung, Professor Coskun Kocabas.
Energiegewinnungskleidung
2016 haben Forscher des Georgia Institute of Technology in Atlanta einen Stoff entwickelt, der Energie sowohl aus Sonnenlicht als auch aus Bewegung gewinnt.
Um den Stoff herzustellen, verwebte das Team Wollstränge, Solarzellen aus leichten Polymerfasern mit triboelektrischen Nanogeneratoren auf Faserbasis, die durch mechanische Bewegung wie Rotation, Gleiten oder Vibration eine kleine Menge elektrischer Energie erzeugen.
Der Stoff ist 320 Mikrometer dick und ist hochflexibel, atmungsaktiv und leicht. Das Team stellt sich vor, dass es eines Tages so sein könntein Zelte, Vorhänge oder sogar Kleidung integriert.
Eines Tages könnte uns diese Technologie sogar dabei helfen, unsere Telefone unterwegs aufzuladen.
„Das Ziel war es, Energie aus unserer Lebensumgebung zu gewinnen .... Das Ziel ist es, kleine Elektronik anzutreiben“, sagte Zhong Lin Wang, einer der Nanotechnologen, der die Untersuchung verfasst hat. „Und diese Forschung hat in letzter Zeit viele angezogenAufmerksamkeit, denn heutzutage ist flexible Elektronik, tragbare Elektronik, sehr beliebt und in Mode gekommen, aber jeder von ihnen braucht eine Stromquelle.“
Programmierbare Fasern
Im Juni 2021 entwickelten Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology „programmierbare Fasern“, die uns ermöglichen könnten tragen Sie Daten in unserer Kleidung.
Die Fasern bestehen aus Silizium-Chips, die elektrisch miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können sie eine bestimmte Dateispeicherkapazität haben, die ohne zusätzlichen Strom bis zu zwei Monate halten kann.
Laut Senior Researcher Yeol Fink könnten diese digitalen Fasern auch als Sensoren zur Überwachung der körperlichen Leistungsfähigkeit und möglicherweise sogar zur Erkennung von Krankheiten fungieren, insbesondere wenn sie ein neuronales Netzwerk integrieren.Ein neuronales Netzwerk kann helfen, die Aktivität und Körpermuster des Benutzers vorherzusagen und schließlich ein Atem- oder Gesundheitsproblem frühzeitig zu erkennen.
Biometrie-Überwachungskleidung
Fitnessuhren sind nicht die einzigen tragbaren Geräte, die Ihre Aktivität, Herzfrequenz, Schlafgewohnheiten usw. überwachen können.
Es gibt auch Sportkleidung, Arbeitskleidung, Nachtwäsche und sogar Unterwäsche, die das tut durch Sensoren.
In Verbindung mit einer App misst die Unterwäsche des preisgekrönten Smart-Textil-Unternehmens Myant das Stressniveau, die Standzeit und andere gängige Optionen für tragbare Geräte sowie den Eisprung und die Ermüdung des Fahrers.
Im Jahr 2020, MIT-Forscher haben auch einen waschbaren Sensor entwickeltdas die Vitalfunktionen des Trägers überwacht und das Potenzial hat, die nächste große Revolution im Bereich der Fernversorgung zu werden.
Das Empa-Forschungszentrum in der Schweiz hat inzwischen Glasfasern in Smart Textiles integriert, um die Durchblutung der Haut zu steuern und Wundliegen bei immobilen Patienten zu vermeiden.
Andererseits hat das dänische Unternehmen Edema ApS waschbare Strümpfe entwickelt, die so modifiziert sind, dass sie Veränderungen des Beinvolumens erkennen, was besonders für Patienten nützlich ist, die an Flüssigkeitsansammlungen oder potentiellen Blutgerinnseln in diesem Körperteil leiden.
Wie Sie sehen, gibt es mehrere Anwendungen für smarte Kleidung, und viele weitere werden in Kürze erwartet. Und wAuch wenn smarte Kleidung noch nicht Mainstream ist, könnte sie eines Tages unsere Kleidung revolutionieren, auf die eine oder andere Weise.