Pesquisadores inventam roupas robóticas inteligentes e macias para adaptação térmica automática em calor extremo

À medida que o aquecimento global se intensifica, as pessoas sofrem cada vez mais com o calor extremo. Para aqueles que trabalham em um ambiente de alta temperatura, dentro ou fora de casa, manter-se termicamente confortável se torna particularmente crucial.

Uma equipe liderada pelo Dr. Dahua Shou, Limin Endowed Young Scholar em Tecnologias Têxteis Avançadas e Professor Associado da Escola de Moda e Têxteis da Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU), desenvolveu roupas robóticas macias, respiráveis ​​e com isolamento térmico, as primeiras do gênero, que podem se adaptar automaticamente às mudanças de temperatura ambiente, ajudando assim a garantir a segurança dos trabalhadores em ambientes quentes.

Os resultados da sua investigação foram publicados em Ciência Avançada.

Manter uma temperatura corporal constante é um dos requisitos mais críticos para viver e trabalhar. Ambientes de alta temperatura elevam o consumo de energia, levando ao aumento do estresse por calor, exacerbando assim condições crônicas como doenças cardiovasculares, diabetes, problemas de saúde mental e asma, ao mesmo tempo em que aumentam o risco de transmissão de doenças infecciosas.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde, globalmente, houve aproximadamente 489.000 mortes relacionadas ao calor anualmente entre 2000 e 2019, com 45% ocorrendo na Ásia e 36% na Europa.

Roupas de proteção térmica são essenciais para proteger indivíduos em ambientes de temperaturas extremamente altas, como bombeiros que precisam estar presentes em locais de incêndio e trabalhadores da construção civil que trabalham ao ar livre por longos períodos.

No entanto, os equipamentos tradicionais são limitados pela resistência térmica estaticamente fixa, o que pode levar ao superaquecimento e desconforto em condições moderadas, enquanto seu isolamento térmico pode não oferecer proteção suficiente em eventos extremos de incêndio e outros ambientes de alta temperatura.

Para resolver esse problema, o Dr. Shou e sua equipe desenvolveram roupas robóticas macias e inteligentes para adaptação automática de temperatura e isolamento térmico em ambientes quentes, oferecendo proteção pessoal superior e conforto térmico em uma variedade de temperaturas.

A pesquisa deles foi inspirada pela biomimética na natureza, como o mecanismo de regulação térmica adaptativa em pombos, que é baseado principalmente em mudanças estruturais. Os pombos usam suas penas para prender uma camada de ar ao redor de sua pele para reduzir a perda de calor para o ambiente. Quando a temperatura cai, eles afofam suas penas para prender uma quantidade significativa de ar parado, aumentando assim a resistência térmica e retendo o calor.

A roupa de proteção desenvolvida pela equipe usa tecido robótico macio para gerenciamento térmico adaptativo dinâmico. Atuadores macios, projetados como um exoesqueleto com padrão de rede humana e encapsulando um fluido não tóxico, não inflamável e de baixo ponto de ebulição, foram estrategicamente incorporados à roupa.

Este sistema termoestimulado transforma o fluido de líquido em gás quando a temperatura ambiente aumenta, causando a expansão dos atuadores macios e o espessamento da matriz têxtil, aumentando assim a folga do ar parado e dobrando a resistência térmica de 0,23 para 0,48 km.²/C.

A roupa de proteção também pode manter a temperatura da superfície interna pelo menos 10 °C mais fria do que as roupas convencionais resistentes ao calor, mesmo quando a superfície externa atinge 120 °C.

Este exclusivo tecido robótico macio, feito de poliuretano termoplástico, é macio, resiliente e durável. Notavelmente, é muito mais amigável à pele e adaptável do que roupas sensíveis à temperatura incorporadas com ligas de memória de forma e é ajustável para uma ampla gama de roupas de proteção.

Os atuadores macios não apresentaram sinais de vazamento após passar por rigorosos testes de lavagem padrão. A estrutura de tricô porosa e espaçada do material também pode reduzir significativamente a transferência de calor convectiva, mantendo alta respirabilidade de umidade.

Não dependendo de chips termoelétricos ou sistemas de resfriamento de líquido circulante para resfriamento ou condução de calor, a roupa robótica leve e macia pode regular a temperatura de forma eficaz, sem qualquer consumo de energia.

O Dr. Shou disse: “Usar equipamento pesado de combate a incêndio pode ser extremamente sufocante. Quando os bombeiros saem de uma cena de incêndio e removem seus equipamentos, às vezes eles drenam quase meio quilo de suor de suas botas. Isso me motivou a desenvolver um traje inovador capaz de se adaptar a várias temperaturas ambientais, mantendo excelente respirabilidade.

“Nossas roupas robóticas macias podem se adaptar perfeitamente a diferentes estações e climas, a diversas condições de trabalho e de vida, e a transições entre ambientes internos e externos para ajudar os usuários a experimentar conforto térmico constante sob calor intenso.”

Olhando para o futuro, o Dr. Shou acredita que a inovação tem uma ampla gama de aplicações potenciais, desde roupas esportivas, jaquetas de inverno, vestuário para cuidados de saúde e equipamentos para atividades ao ar livre, até isolamento sustentável à base de têxteis para construção e edifícios, contribuindo para esforços de economia de energia.

O Dr. Shou e sua equipe também estenderam o conceito termoadaptativo para desenvolver jaquetas infláveis ​​e respiráveis ​​e roupas quentes. Essas roupas robóticas macias são adequadas para ambientes de baixa temperatura ou quedas repentinas de temperatura para ajudar aqueles que estão presos na natureza a manter a temperatura corporal normal.