극심한 더위 속에서 자동 열 적응을 위한 지능형 소프트 로봇 의류

지구 온난화가 심화되면서 사람들은 점점 더 폭염에 시달리고 있습니다. 실내나 실외의 고온 환경에서 작업하는 사람들에게는 열적 쾌적성을 유지하는 것이 특히 중요합니다. 고급 섬유 기술 분야의 젊은 학자이자 홍콩 폴리테크닉 대학교(PolyU) 패션 및 섬유 학부 부교수인 Dahua SHOU 박사가 이끄는 팀이 최초의 단열 및 통기성 소프트를 개발했습니다. 변화하는 주변 온도에 자동으로 적응하여 더운 환경에서 작업자의 안전을 보장하는 로봇 의류입니다.

일정한 체온을 유지하는 것은 생활과 업무에 있어서 가장 중요한 요구 사항 중 하나입니다. 고온 환경은 에너지 소비를 증가시켜 열 스트레스를 증가시켜 심혈관 질환, 당뇨병, 정신 건강 문제 및 천식과 같은 만성 질환을 악화시키는 동시에 전염병 전파 위험도 증가시킵니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계적으로 2000년부터 2019년까지 매년 폭염으로 인해 약 489,000명이 사망했으며, 그 중 45%는 아시아에서, 36%는 유럽에서 발생했습니다.

열 보호복은 화재 현장에 있어야 하는 소방관, 장시간 야외에서 작업하는 건설 노동자 등 극한의 고온 환경에서 개인을 보호하는 데 필수적입니다. 그러나 기존 장비는 정적으로 고정된 열 저항으로 인해 제한되어 있어 적당한 조건에서 과열 및 불편함을 초래할 수 있으며, 단열재는 극단적인 화재 상황 및 기타 고온 환경에서 충분한 보호 기능을 제공하지 못할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Shou 박사와 그의 팀은 더운 환경에서 자동 온도 적응 및 단열을 위한 지능형 소프트 로봇 의류를 개발하여 다양한 온도에서 탁월한 개인 보호 및 열적 편안함을 제공합니다.

그들의 연구는 주로 구조적 변화에 기초한 비둘기의 적응형 열 조절 메커니즘과 같은 자연의 생체모방에서 영감을 받았습니다. 비둘기는 깃털을 사용하여 피부 주변의 공기층을 가두어 환경으로의 열 손실을 줄입니다. 온도가 떨어지면 깃털을 부풀려 상당한 양의 정지 공기를 가두어 열 저항을 높이고 따뜻함을 유지합니다.

팀이 개발한 보호복은 동적 적응형 열 관리를 위해 부드러운 로봇 직물을 사용합니다. 인간 네트워크 패턴의 외골격처럼 설계되고 무독성, 불연성, 저비점 유체를 캡슐화한 소프트 액추에이터가 전략적으로 의류 내에 내장되었습니다. 이 열 자극 시스템은 주변 온도가 상승할 때 유체를 액체에서 기체로 전환시켜 소프트 액추에이터를 확장시키고 직물 매트릭스를 두껍게 하여 정지 공기의 간격을 늘리고 열 저항을 0.23에서 0.48 Km²/W로 두 배로 늘립니다. . 보호복은 외부 표면 온도가 120°C에 도달하더라도 내부 표면 온도를 기존 내열복보다 최소 10°C 더 낮게 유지할 수 있습니다.

열가소성 폴리우레탄으로 제작된 이 독특한 소프트 로봇 직물은 부드럽고 탄력적이며 내구성이 뛰어납니다. 특히, 형상 기억 합금이 내장된 온도 반응성 의류보다 피부 친화적이고 순응성이 뛰어나며 다양한 보호복에 맞게 조정이 가능합니다. 소프트 액추에이터는 엄격한 표준 세척 테스트를 거친 후에도 누출 징후가 나타나지 않았습니다. 소재의 다공성 이격 편직 구조는 높은 수분 통기성을 유지하면서 대류 열 전달을 크게 줄일 수 있습니다. 냉각이나 열 전도를 위해 열전 칩이나 순환 액체 냉각 시스템에 의존하지 않고 가볍고 부드러운 로봇 의류는 에너지 소비 없이 온도 자체를 효과적으로 조절할 수 있습니다.

Shou 박사는 "무거운 소방 장비를 착용하는 것은 극도로 답답함을 느낄 수 있습니다. 소방관이 화재 현장에서 나와 장비를 벗을 때 때때로 부츠에서 거의 1파운드의 땀을 흘리게 됩니다. 이로 인해 저는 적응할 수 있는 새로운 보호복을 개발하게 되었습니다. 뛰어난 통기성을 유지하면서 다양한 환경 온도에 적응할 수 있습니다. 우리의 부드러운 로봇 의류는 다양한 계절과 기후, 다양한 작업 및 생활 조건, 실내와 실외 환경 간의 전환에 원활하게 적응하여 사용자가 강렬한 열 속에서도 지속적인 열적 편안함을 경험할 수 있도록 돕습니다."

Shou 박사는 앞으로 이 혁신이 활동복, 겨울 재킷, 건강 관리 의류 및 야외 장비부터 건설 및 건물용 지속 가능한 섬유 기반 단열재에 이르기까지 광범위한 잠재적 응용 분야를 갖고 에너지 절약 노력에 기여할 수 있는 혁신을 찾고 있습니다. 혁신기술위원회(Innovation and Technology Commission)와 홍콩 섬유의류연구소의 지원을 받아 Shou 박사와 그의 팀은 열 적응성 개념을 확장하여 공기 주입이 가능한 재킷과 따뜻한 의류를 개발했습니다. 이 부드러운 로봇 의류는 저온 환경이나 급격한 온도 강하에 적합하여 황야에 발이 묶인 사람들이 정상적인 체온을 유지하도록 돕습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240815124142.htm