Φανταστείτε υφάσματα ικανά να παρακολουθούν τη σωματική λειτουργία, να επικοινωνούν τα ευρήματά τους, να μας προστατεύουν από πιθανούς εξωτερικούς κινδύνους, από τη θερμοκρασία, το νερό, τη φωτιά ή δυνάμεις κρούσης, παρουσιάζοντας ταυτόχρονα μοναδικές χημικές και μηχανικές ιδιότητες. Ε, λοιπόν, τέτοια υφάσματα υπάρχουν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μη παρεμβατική παρακολούθηση της ανθρώπινης υγείας κατά τη διάρκεια της καθημερινής ζωής, της εργασίας ή του αθλητισμού, ενώ φαίνεται πως είναι ιδιαίτερα χρήσιμα σε ακραίες συνθήκες περιβάλλοντος. Μια έρευνα στη σύγχρονη βιβλιογραφία των προηγμένων υλικών φέρνει πολλά παραδείγματα στην επιφάνεια, δημοσιευμένα σε περιοδικά υψηλού επιστημονικού κύρους, με τους ερευνητές από την Κίνα να αποδεικνύονται ιδιαίτερα παραγωγικοί στον τομέα των «έξυπνων» υφασμάτων.

Τροποποιημένες ίνες μεταξιού ανιχνεύουν εξωτερικούς κινδύνους

Η κατασκευή υφασμάτων με… αντιληπτική ικανότητα, παρόμοια με τη λειτουργία του ανθρώπινου δέρματος, είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς των «έξυπνων» φορητών συσκευών, κοινώς γνωστών ως «wearables». Αν και η ανάπτυξή τους δεν είναι μια εύκολη υπόθεση, τροποποιώντας χημικά ίνες φιμπροΐνης του μεταξιού με ένα ιονικό υγρό και γλυκερίνη, ερευνητές στο Πεκίνο κατασκεύασαν «έξυπνα» υφάσματα ικανά να ανιχνεύουν με ακρίβεια εξωτερικούς κινδύνους αλλά και να «αισθάνονται» την ανθρώπινη επαφή. Η έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications περιγράφει την ανάπτυξη των καινοτόμων υφασμάτων, τα οποία αποτελούνται από αγώγιμες ίνες ιοντικής υδρογέλης, δηλαδή ενός πολυμερικού υλικού που έχει την ικανότητα να συγκρατεί μεγάλες ποσότητες νερού μέσα στη δομή του χωρίς να διαλύεται.

Το τρισδιάστατο ιοντικό δίκτυό τους βασίζεται σε μια από τις πρωτεΐνες του μεταξιού, τη φιμπροΐνη, και παρουσιάζει καλή αγωγιμότητα και ευκαμψία. Επιπλέον, αντίθετα με τις μεταλλικές ή τις ίνες νανοάνθρακα, οι ίνες υδρογέλης παρουσιάζουν αυξημένη αντοχή σε θραύση και υψηλή σταθερότητα. Ολη η δράση των υφασμάτων υδρογέλης προέρχεται από τη μοναδική δομή τους, που περιέχει ιοντικά είδη διεσπαρμένα σε όλο τους το τρισδιάστατο δίκτυο, κάνοντας δυνατή την ηλεκτρική απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα. Δοκιμές σε ρομπότ έδειξαν πως τα υφάσματα υδρογέλης μπορούν να ανιχνεύσουν τη φωτιά, το νερό, καθώς και αιχμηρά αντικείμενα αποτρέποντας πιθανούς κινδύνους. Αναγνωρίζουν, ακόμα, εκλεκτικά το άγγιγμα των δαχτύλων, διευκολύνοντας την αλληλεπίδραση και ευνοώντας τη γενικότερη εμπειρία του ανθρώπου με μια μηχανή.

Υφασμα προστατεύει από το κρύο και τη ζέστη αλλάζοντας χρώμα

Μια βιώσιμη λύση για τη διατήρηση ενός θερμικά άνετου περιβάλλοντος διαβίωσης και εργασίας, μεγάλης σημασίας για την ανθρώπινη υγεία, παρουσίασαν κινέζοι ερευνητές. Πρόκειται για ένα ύφασμα που προσαρμόζεται στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, αλλάζει χρώμα και μπορεί να προσφέρει θέρμανση ή ψύξη, όπως περιγράφεται στην πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science Advances». Ενώ στο παρελθόν έχουν αναπτυχθεί υφάσματα τα οποία ανταποκρίνονται εκλεκτικά στο κρύο ή στη ζέστη, το καινοτόμο αυτό υλικό συνδυάζει και τις δύο λειτουργίες μέσω εναλλαγής του χρώματός του. Bασίζει τη λειτουργία του στην αλληλεπίδραση με το φως του ήλιου, καθώς ανήκει στην κατηγορία των φωτονικών υλικών. Το λευκό χρώμα που ανακλά όλη την ακτινοβολία του ήλιου χρησιμεύει στο να μειώνεται η θερμοκρασία του υφάσματος μια ζεστή μέρα, ενώ το μαύρο χρώμα απορροφώντας όλη την εισερχόμενη ακτινοβολία μπορεί να μας κρατήσει ζεστούς στο κρύο. Τα «έξυπνα» υφάσματα επομένως είναι δυνατόν να μεταβάλλουν τη δράση τους κατά παραγγελία, εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές τεχνολογίες διαχείρισης της θερμότητας, τη χαμηλής θερμοκρασίας ηλιακή θέρμανση και την υψηλής θερμοκρασίας ακτινοβολούμενη ψύξη, χωρίς πρόσθετη κατανάλωση ενέργειας.

Χημικά, αποτελείται από ίνες πάνω στις οποίες ψεκάστηκαν μικροσκοπικές σφαίρες που περιέχουν μια θερμοευαίσθητη χρωστική. Για την ενίσχυση της δράσης τους τα μικροσφαιρίδια επικαλύφθηκαν με γραφένιο και θειικό βάριο. Η λειτουργία τους βασίζεται στην ιδιότητα της χρωστικής να σχηματίζει και να σπάει χημικούς δεσμούς με άλλα μόρια που βρίσκονται μέσα στα μικροσφαιρίδια… αντιστρεπτά! Καθώς, λοιπόν, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μεταβάλλεται, αλλάζουν και τα είδη των χημικών δεσμών της χρωστικής, πυροδοτώντας ταυτόχρονα την αλλαγή του χρώματος από λευκό σε μαύρο. Ακόμα, η έρευνα δείχνει πως ελέγχοντας τη χημική σύσταση των μικροσφαιριδίων είναι δυνατόν να καθοριστεί η ακριβής θερμοκρασία στην οποία γίνεται η επιθυμητή αλλαγή του χρώματος. Ενδεικτικά, αναφέρεται πως στο εσωτερικό μιας σκηνής που κατασκευάστηκε από το ύφασμα διατηρήθηκε μια άνετη εσωτερική θερμοκρασία, ενώ εξωτερικά η θερμοκρασία κυμαινόταν από 14°C έως 33°C. Παρά τα πλεονεκτήματα, οι ερευνητές τονίζουν πως για να έχει η τεχνολογία αυτή προοπτική ευρείας χρήσης θα πρέπει να μειωθεί σημαντικά το κόστος της!

«Εξυπνο» ύφασμα παρακολουθεί τη σωματική λειτουργία των αθλητών

Τα «έξυπνα» υφάσματα, ικανά για προστασία, παρακολούθηση της υγείας, σωματική άνεση και αντοχή, εφαρμόζονται όλο και περισσότερο στα σύγχρονα αθλητικά ρούχα. Χρησιμοποιώντας την τεχνική της ομοαξονικής ηλεκτροϊνοποίησης, ερευνητές από την Κίνα ανέπτυξαν ένα «έξυπνο», μη υφαντό ύφασμα – γνωστό και ως Smart-NT – με χαρακτηριστικά του την υψηλή αντοχή στην κρούση, τις διάφορες πολυαισθητηριακές του λειτουργίες και την ικανότητα ακτινοβολούμενης ψύξης. Η έρευνα δείχνει πως τα Smart-NT μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της υγείας σε πραγματικό χρόνο, όπως μέτρηση των καρδιακών παλμών και της αρτηριακής πίεσης.

Η δομή του υφάσματος στηρίζεται στη νανοτεχνολογία και αποτελείται από νανοΐνες που έχουν τη μορφή πυρήνα-κελύφους, και συγκεκριμένα έναν πυρήνα πολυμερούς που σκληραίνει κατά την κρούση, ο οποίος επικαλύπτεται με ένα κέλυφος ιοντικού αγώγιμου πολυμερούς. Το εύκαμπτο, «έξυπνο» ύφασμα έχει πάχος μόνο 800 μm, μπορεί να εξουδετερώσει πάνω από το 60% μιας δύναμης κρούσης, να «αισθανθεί» ένα ερέθισμα με πολύ μεγάλη ευαισθησία, να ανιχνεύσει τη θερμοκρασία με ακρίβεια 0,1oC αλλά και να τη μειώσει κατά περίπου 17oC! Σημαντικό να αναφερθεί πως το Smart-NT είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στην κάμψη, καθώς διατηρεί τα πολυλειτουργικά του χαρακτηριστικά για πάνω από 10.000 κύκλους, αλλά και έπειτα από πολλαπλές πλύσεις.