I videoen som satte materialforsker og kjemisk ingeniør Alon Gorodetsky på veien mot sin siste oppfinnelse, vises en blekksprut fra algene som et hoppeskrekk i en skrekkfilm. Dyret skifter ut av sin kamuflasjefarging så raskt at det ser ut til å materialisere seg ut av sjøvannet. Den "bemerkelsesverdige" videoen, sier førsteamanuensis ved University of California, Irvine, "forandret virkelig banen i karrieren min, fordi jeg begynte å jobbe med materialer inspirert av blæksprutter." Senest hentet Gorodetsky inspirasjon fra en blekksprut - nærmere bestemt fargen skiftende hud - for å lage et nytt materiale som kan holde inne eller slippe ut en justerbar mengde varme. "Thermocomfort-materiale", som teamet hans beskriver i tidsskriftet Nature Communications, har en rekke potensielle bruksområder, fra varmegulerende klær til energisparende belegg for hustak.
Blekksprut har organer som kalles kromatoforer som raskt kan ekspandere og trekke seg sammen, og går fra pinpoints til flekker med farger 14 ganger bredere på mindre enn et sekund. De endrede dimensjonene på deres flekker gjør at forskjellige bølgelengder av lys kan reflekteres fra et gitt punkt på dyrets hud, avhengig av om blekksprutens muskler har krympet eller forstørret kromatoforene. I stedet for å se på synlige lysbølger, var Gorodetsky og teamet hans interessert i å reflektere infrarødt lys, som vi føler som varme. Forskerne har laget et materiale som består av en tynn film av kobber - som veldig effektivt reflekterer infrarød varme - på toppen av et tøyelig, vesentlig mindre reflekterende lag med gummi. Kobberlaget er dekket med hårfalsesprekker, så når termokomfortmaterialet trekkes til, trekker de reflekterende kobberstykkene fra hverandre, slik at varmen kan slippe gjennom polymeren (gummi) mellom dem.
Gorodetsky har en praktisk analogi for å forklare laboratoriets oppfinnelse: ”Se for deg at du har en frossen innsjø eller et frossent hav, og det er dekket med isflak, alle disse isbiter som er samlet sammen ved siden av hverandre. Det er slik materialet i utgangspunktet ser ut i sin inaktive og ikke-strukne tilstand. Når du strekker den, sprer du alle isflakene fra hverandre, så i vårt tilfelle kan du se polymeren under dem. "Når varme treffer polymeren mellom kobberens" flyter ", overføres den gjennom materialet i stedet for å reflekteres tilbake mot kilden. På grunn av kobberlaget er materialet - en "ekstremt lett, tøyelig gummi" - etter Gorodetskys ord - skinnende, selv om fargen lyser når den strekker seg.
På det varmeste fanger (eller reflekterer det tilbake mot kroppen) termokomfortmaterialet nesten like effektivt som et romteppe, det krøllete aluminiumsfolie-utseende materialet som er blitt brukt til å reflektere solens blending i rommet og opprettholde marathoners kroppsvarme etter løp . En hylse laget av termokomfortmateriale økte temperaturen på brukerens underarm med nesten en grad Celsius, nær varmekraften til et romteppe. Men termoreguleringsmaterialet er også imponerende allsidig. I forskjellige grader av strekk kan det gjøre brukerne behagelige i et spenn på 8, 2 grader (omtrent 15 grader Fahrenheit). Når den er 30 prosent strukket, ligner den isolasjonsevnen til en Columbia Omni-Heat fleece; Ved 50 prosent strekkfaktor holder materialet varmen i ull. Da forskere strakte termokomfortmaterialet for å doble den opprinnelige lengden, passerte varme gjennom det som om det var bomull. Og selv etter at forskere utvidet og kontrahert materialet 1000 ganger, slitnet ikke den gjentatte bruken det.
Fordi termokomfortmaterialet ble testet med kobberet som det indre laget som berørte brukerens hud, betydde dette at det holdt brukeren varm når den var i kompakt tilstand, ved å holde kroppsvarmen sin i. Men hvis du vippet materialet, sier Gorodetsky, ville det hold varmen ute, som en skinnende solskygge plassert på en bil frontrute.
I Nature Communications- papiret gir ingeniørene en rekke bruksområder, blant annet muligheten for at termokomfortmateriale kan spille en rolle i å redusere mengden energi som er dedikert til å holde rommene tempererte, noe som utgjør en tredjedel av energiforbruket til næringsliv og bolig bygninger over hele verden. Produksjon av materialet skal, sier Gorodetsky, være like billig som masseproduserende romtepper, som koster under $ 4 på REI, og å strekke det tar minimalt med energi, sammenlignet med energikostnadene til en varmepumpe eller klimaanlegg. Han forestiller seg det coppery materialbelegget hustak og vinduer, eller lagvis på telt eller annet utendørs utstyr for å kontrollere varmestrømmen. Det kan brukes, spekulerer han, for å hjelpe med å spre varmen fra elektronikk (tenk for eksempel på hvor raskt en bærbar datamaskin kan bli ubehagelig varm). Gorodetsky nevner også mindre, daglige bruksområder, som Tupperware-esque-containere for å holde forgjengelig mat kald.
Gorodetsky sier at laboratoriet hans er mest spent på hvilken innvirkning materialet kan ha på klær. "Hvis du hadde en jakke som alle kunne ha på seg, og hver eneste person kunne tilpasse seg for å holde seg komfortabel over et bredere temperaturområde, så trenger du bare å sette inn langt mindre energi for å holde bygningen på en enkelt temperatur, " forklarer han.
Teamet har søkt om patent, selv om det å finne ut hvordan man masseproduserer termokomfortmateriale, er neste trinn før det kan finne kommersielle bruksområder. "Å oversette denne spesifikke [innovasjonen i materialvitenskap] direkte til klær krever en god del mer ingeniørfag, " sier Lucy Dunne, meddirektør ved University of Minnesota's Wearable Technology Lab, som ikke var involvert i forskningen. “Det største spørsmålstegnet for meg, ” sier Dunne, er, “hvordan får du det til å strekke seg?” Dunne fløt flere alternativer, fra lavteknologiske stropper som justerer tettheten til et plagg til den mer futuristisk-klingende ideen om å integrere det med materialer som er opplært til å skifte form basert på termiske triggere. En annen teknisk utfordring, sier Dunne, vil være å sikre at termokomfortduk er pustende nok til å oppfylle forbrukernes forventninger til komfort.
Dunne ser på materialet som potensielt nyttig i militært kamuflasjeutstyr, og hjelper til med å skjule soldater fra infrarøde sensorer. Interessen for termoregulerende bærbar teknologi ser ut til å øke, sier hun. Aktuelle tilnærminger inkluderer enheter, som Embr Wave, som fungerer som et "personlig termostat" armbånd som fører en elektrisk strøm gjennom keramiske eller metallplater, eller hennes egen forskning som inneholder ledende tråder i elektrisk drevne fingerløse mansjetter som fordeler varme over brukerens hånd . Infrarøde reflekterende materialer som romtepper eller Columbia's Omni-Heat finnes, men den innebygde isolerende justerbarheten til Gorodetskys termokomfortmateriale skiller det fra hverandre.
Neste gang du finner deg selv kald og tar tak i din "kontorgenser", tenk bare: kanskje en dag skal du ha på deg en coppery-jakke, og alt som skal til for å gjøre deg komfortabel er et trykk på en knapp eller en slepebakke i ermet .
