Тонкие материи: обзор «умных» тканей

Ткань, способная охлаждать человека, джинсы как замена гаджетам или футболка, способная предупреждать о загрязнении воздуха — сейчас это не фантастика, а реальность. Indicator.Ru разобрался, над какими многофункциональными тканями работают современные учёные.

Что произошло?

Созданная американскими учёными ткань сделает жизнь в жарких условиях гораздо комфортнее, так как в одежде из такого материала тело не нагревается. Текст исследования, посвященного этой разработке, был опубликован в последнем номере журнала Science. Сложность изобретения охлаждающей ткани состоит в том, что человеческое тело выделяет инфракрасное излучение, большая часть которого блокируется даже самой легкой одеждой. Американские химики сосредоточились на поиске материала, который пропускал бы излучение сквозь себя. Получившуюся ткань, через поры которой выходит тепло, исследователи дополнительно пропитали составом, улучшающим конвекцию. Между двумя полотнами этого материала изобретатели проложили волокна хлопка. В процессе экспериментов выяснилось, что нагреватель, накрытый этим материалом, холоднее аналогичного не накрытого нагревателя на 2 градуса Цельсия. Разница незначительная, однако, по мнению исследователей, одежда из охлаждающей ткани позволит уменьшить расходы энергии на кондиционирование помещений.

От дронов, ножей и сибирской язвы

Инженеры из компании Coop Himmelblau также обратили внимание на инфракрасное излучение тела человека, но пошли в другом направлении. Они разработали одежду, которая скрывает человеческое тепло, делая обладателя такого костюма невидимым для инфракрасных камер, установленных, например, на дронах. Такой материал вряд ли будет комфортен, однако для людей с параноидальным типом личности изобретение может оказаться весьма полезным. Кроме того, компания придумала одежду, защищающую человека от электромагнитного излучения.

Другая компания, PPSS, тоже заинтересована в том, чтоб покупатель чувствовал себя в безопасности. Инженеры разработали сверхпрочную ткань, которая способна уберечь человека от удара ножом. Разработчики не раскрывают технологию производства такой ткани, так как уже сейчас она используется для изготовления полицейской одежды в странах Европы.

О защите человека думают и ученые из Национальной Лаборатории Лоуренса в Ливерморе, которые создали материал из углеродных нанотрубок, способный защитить человека от инфекций, например, сибирской язвы. С текстом, рассказывающим об открытии, можно ознакомиться в журнале Advanced Materials.

Хамелеон разоблачён

Ещё одна из разновидностей «умной» ткани – ткань, меняющая цвет. Этим направлением занимаются многие независимые группы ученых. Так, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли смогли изготовить ткань, которая меняет свой цвет, если её сложить или свернуть. Их разработка, о которой можно прочитать в журнале Optica, заключается в следующем: в силиконовое полотно поместили мельчайшие силиконовые частицы, отражающие волны разного спектра. В зависимости от длины волны ткань окрашивается в красный, желтый и другие цвета.

Параллельно над созданием ткани-хамелеона трудились ученые из университета Центральной Флориды. В результате исследователи создали очень тонкий и гибкий жидкокристаллический дисплей, который в перспективе можно будет использовать в качестве ткани, меняющей цвет. Принцип работы дисплея отчасти напоминает разработку калифорнийских исследователей – металлические наноструктуры, которые покрывают слой жидких кристаллов, отражают или поглощают световые волны разного спектра.

Ткань, которую придумали в американской компании Aerochromics, меняет цвет по другой причине – материал реагирует на содержание загрязняющих веществ в атмосфере. Компания выпускает одежду из трех типов «умной» ткани: одни вещи меняют цвет в зависимости от высокой концентрации твердых микрочастиц, другие – из-за наличия в атмосфере радиоактивных веществ, а третьи реагируют на высокую концентрацию угарного газа. Aerochromics держит секрет создания своей ткани в тайне, однако, известно, что при повышенном содержании угарного газа темные полосы на ткани светлеют из-за содержания в красителе реагента. Разработчики полагают, что их изобретение позволит людям узнавать о состоянии воздуха в режиме реального времени.

Еще один материал-хамелеон находится в стадии разработки. Группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли (не имеющая отношения к упомянутым ранее исследователям) создали проект Ebb. Они ввели в ткань термохромные пигменты, и при воздействии на материал электрического тока ткань меняет свой цвет.

Изобретение было представлено на конференции SIGCHI (Conference on Human Factors in Computing Systems). Динамика цветовых изменений на сегодняшний день довольно невысокая, и сейчас команда Ebb ищет способ сократить время, необходимое для смены оттенка ткани.

Джинсы вместо смартфона

В проекте Ebb также принимает участие подразделение Google ATAP, который занимается проектом Project Jacquard. Автор проекта — выпускник МАИ Иван Пупырев. Вместе с командой инженеров он сосредоточился на создании ткани, которая будет выполнять ряд функций современных гаджетов, например, измерять количество пройденных шагов и частоту биения сердца, переключать мелодию или оповещать о новом сообщении на смартфоне. Создание «умной» ткани стало возможным благодаря использованию проводящих нитей, то есть нитей из сплавов металла и натуральных волокон.

Подобные проводящие нити используются, в частности, в сенсорных перчатках для смартфонов. Любопытно, что производитель джинсовой одежды Levi’s уже заключил контракт с Project Jacquard, а значит, интеллектуальная одежда ждёт людей не в таком уж далеком будущем.