לעומת רוב החפצים הסובבים אותנו, שעברו שינויים דרמטיים בעשרות השנים האחרונות, נראה שדווקא הבגד, צורך אנושי בסיסי, נותר מאחור.
חוקרים מבית הספר להנדסה "גריינגר" באוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין הסתערו על האתגר, וייצרו מעין בד חדש שניתן להדפיסו במדפסת תלת מימד, אשר כולל כמה יכולות שימושיות בחומר אחד: הוא גם מחזיר אור שמש, פולט חום ומקרר - וגם הופך תנועה אנושית לחשמל ללא מערכות חיצוניות.
לפי הפרופסור לילי קאי, שהובילה את המחקר, את החומר ניתן להדפיס כבד נוח, גמיש ונושם המיועד לבגדי ספורט, למשל, או למוצרים לבישים אחרים, שיוכלו להגיב אוטומטית לפעילות ולצרכי הטמפרטורה המשתנים.
בד הודף קרינה
על-פי המחקר, שפורסם בכתב העת Advanced Science, הבד הגמיש עשוי מחומר ננו-מרוכב מסוג "זירקוניום אוקסיד", ששומר על הקרירות של הלובש ופולט חום. הוא עושה שימוש ב"קירור קרינתי" (Radiative Cooling) - תהליך שבו גוף מאבד חום על ידי פליטת קרינה לסביבה. כאשר גוף פולט יותר קרינה ממה שהוא סופג מסביבתו, הטמפרטורה שלו יורדת.
בניגוד לבד רגיל, שסופג כמות משמעותית מחום השמש ומעביר אותו לגוף הלובש, החומר החדש הודף 96% מהקרינה הנכנסת. בנוסף, לחומר יש פליטת אינפרא-אדום של 97%, מה שהופך אותו ליעיל מאוד בפליטת חום גופו של הלובש. באור שמש חיצוני, החוקרים מצאו כי החומר מוריד את הטמפרטורה ב-3-6 מעלות צלזיוס מתחת לטמפרטורת הסביבה.
כבר שנים שמדענים מנסים להמציא בגדים עם יכולת לנטר מצב בריאותי, להסתגל לסביבה, ועוד. הבעיה היא שרוב הפונקציות הללו דורשות מערכות פעילות ומורכבות, ולא אחת גם שכבות מורכבות של חומרים שלכל אחד מהם פונקציה שונה. הפתרון של חוקרי אוניברסיטת אילינוי עוקף את הדרישות הללו על-ידי שילוב מספר פונקציות בחומר מודפס תלת-ממדי אחד.
תיאור של הבד החדשני
(אוניברסיטת אילינוי)
לזירקוניה, למשל, יש שתי תכונות שהחוקרים יכולים לנצל: אופטית, "מקדם השבירה" הגבוה שלו הופך אותו לטוב מאוד בפיזור אור השמש; חשמלית, תכונותיו מסייעות לו לצבור מטען כאשר הוא יוצר מגע עם חומר אחר – מדובר באותו אפקט היוצר חשמל סטטי כשבגדים מתחככים. כך, כאשר אדם הולך, רץ או מתכופף, הבגד ממיר חלק מהתנועה המכנית הזו לאנרגיה חשמלית. שתי התכונות הללו אפשרו לחוקרים לפתח חומר שיכול לשמש הן לקירור והן לייצור חשמל באמצעות תנועה.
למרות שכמות החשמל שנוצר בחיכוך אינה מספקת לטעינת טלפון למשל, היא שימושית ליישומים רבים אחרים, כמו הפעלת חיישנים קטנים, שלא זקוקים לעוצמה חשמלית משמעותית. חיישן כזה, למשל, יכול ללמד שלובש הבגד נמצא כרגע בתנועה ואף להעריך את עוצמתה. דמיינו למשל פיג'מה שיכולה להפעיל התראה במקרים שהוגדרו מראש לחיישנים המשולבים בה.
הפיתוח יאפשר גם לבגדים לעבור בין קירור לחימום בהתאם לצרכי הלובש. במקום להסתמך לחלוטין על מקור כוח חיצוני - הבגד יכול להשתמש לשם כך במידע ובאנרגיה שנוצרו מתנועות האדם עצמו. עם זאת, הטכנולוגיה נמצאת עדיין בשלב המחקר, ויידרש פיתוח נוסף לפני שתהיה זמינה באופן נרחב. החוקרים יצטרכו לבחון את העמידות, העלות והביצועים לטווח ארוך במהלך שימוש יומיומי.
