ابتكر باحثون صينيون ملابس تعمل بالطاقة الشمسية، تسمح للجسم بالتكيف ديناميكيًا مع التغيرات في درجة الحرارة المحيطة، من خلال الجمع بين خلية شمسية مرنة وجهاز كهربائي حراري.
وطوّر فريق من المهندسين والعلماء والكيميائيين في جامعة نانكاي الصينية، نسيجًا قائمًا على الألياف الدقيقة يوفر التنظيم الحراري لدرجة حرارة الجسم طوال اليوم، خلال أوقات تغير درجات الحرارة الخارجية.
في بحثهم المنشور في مجلة ساينس (Science)، وصف الفريق كيف طوروا أقمشتهم، وكيفية عملها ومدى جودة أدائها عند الاختبار، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
وقام كل من زينغي هوانغ وبينغلي لي، وكلاهما من جامعة شانغهاي جياو تونغ الصينية، بنشر مقالة في العدد نفسه من المجلة تلخص العمل الذي أدّاه الفريق.
طريقة عمل الملابس بالطاقة الشمسية
كما لاحظ الباحثون؛ إن الملابس تشعر الناس بالدفيء عندما يكون الجو باردًا؛ وفي بعض الحالات، يُمكن أن تساعد الناس على البقاء باردين في درجات الحرارة المرتفعة.
وقد حاولت الجهود البحثية السابقة توسيع قدرات الملابس عن طريق إضافة عناصر التدفئة أو التبريد؛ ولكن حتى الآن، أثبتت معظم هذه المنتجات أنها ضخمة جدًا للاستعمال العام.
أقمشة تعتمد على الألياف الدقيقة
في هذه الدراسة الجديدة، اعتمد الباحثون على ابتكار سابق يتمثّل في إنشاء أقمشة تعتمد على الألياف الدقيقة، يمكنها أن توفر التبريد الإشعاعي في أثناء النهار، بحسب ما اطّلعت عليه منصة الطاقة، نقلًا عن منصة 'تك إكسبلور' (TechXplore).
سعى الباحثون إلى الجمع بين خلايا الطاقة الشمسية المرنة وتكنولوجيا السعرات الحرارية الكهربائية، لإنشاء نسيج قائم على الألياف الدقيقة يُمكن أن يستعمله الناس في الظروف العادية.
تعمل بالطاقة الشمسية طوال اليوم
وقدّم زيوان وانغ وزملاؤه منظمًا حراريًا ثنائي الاتجاه للملابس يعمل بالطاقة الشمسية طوال اليوم، وقادر على الاستجابة السريعة لمختلف التغيرات المعقّدة أو السريعة في درجات الحرارة البيئية.
يجمع نظام وانغ وآخرون بين وحدة كهروضوئية عضوية ووحدة حرارية كهربائية ثنائية الاتجاه في جهاز مرن واحد، يُمكن دمجه في الملابس التقليدية؛ وليست هناك حاجة إلى مصادر طاقة إضافية؛ لأن الجهاز يعمل ذاتيًا من أشعة الشمس.
وتسمح الكفاءة العالية للجهاز بـ24 ساعة من التنظيم الحراري القابل للتحكم، مع 12 ساعة فقط من مدخلات طاقة ضوء الشمس.
ملابس التنظيم الحراري
أشار فريق البحث إلى أن ملابس الاختبار المصنوعة بتقنيتهم كانت قادرة على الاستجابة بسرعة للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة.
وأظهرت اختبارات إضافية أن الملابس التي صنعوها كانت قادرة على درجة حرارة الجلد إلى نطاق حراري يتراوح بين 32 درجة مئوية و36 درجة مئوية، حتى مع تراوح درجات الحرارة المحيطة من 12.5 درجة مئوية إلى 37.6 درجة مئوية.
وكتب زينغي هوانغ وبينغلي لي في منظور ذي صلة: 'يفتح الجهاز المتكامل لوانغ وآخرين العديد من الإمكانات لتطوير أنظمة إدارة حرارية يمكن التحكم فيها بشكل فعال، ذاتية التشغيل، ويمكن ارتداؤها، وتوسيع نطاق التكيف البشري مع البيئات القاسية'.
وأضافا: 'من الممكن تصور مستقبل الإدارة الحرارية في جميع الأحوال الجوية التي لا تقتصر على إمدادات الطاقة، وحيث يمكن للطاقة المجمعة الإضافية تشغيل الأجهزة الإلكترونية في ظل ظروف خاصة'.
دافئًا أو باردًا
تُعَد الملابس هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتنظيم درجة حرارة الجسم بالنسبة للبيئة؛ ومع ذلك؛ فإنها تركز عادةً على إبقاء الفرد .دافئًا أو باردًا
سريعة التغير
لذلك؛ فإن قدرة الملابس على التكيف مع درجات الحرارة البيئية سريعة التغير، خاصةً في البيئات القاسية مثل المناطق القطبية أو الصحاري أو الفضاء؛ حيث يمكن أن تتقلّب درجات الحرارة بسرعة بين شديدة البرودة وشديدة الحرارة، لا تزال تمثل تحديًا للمقاربات الحالية للملابس التنظيمية الحرارية.
يُمكن تقسيم تقنيات ملابس التنظيم الحراري الحالية إلى فئتين؛ إذ تشمل الأنظمة السلبية التبريد الإشعاعي وتغيير الطور وأنظمة الامتصاص.
الحد من استعمال الملابس التقليدية
وعلى الرغم من أن هذه الأنظمة تتمتع بميزة عدم الحاجة إلى طاقة خارجية؛ فإن العديد منها يوفر تنظيمًا حراريًا في اتجاه واحد فقط (التدفئة أو التبريد)، وفق ما نقلته منصة 'ميراج نيوز' (Mirage News).
بينما تسمح أنظمة التنظيم الحراري النشطة بالتبريد أو التسخين السريع، ولكن غالبًا ما تتطلب طاقة كبيرة، أو تتطلب معدات ميكانيكية كبيرة ومعقّدة؛ ما يحدّ من استعمالها في أنواع الملابس التقليدية.
