Что такое «умные» ткани? Наука о материалах, которые меняют цвет и генерируют энергию.

Слышали ли вы о костюмах из фантастических фильмов, которые меняют цвет или светятся в темноте? Ещё недавно это казалось невозможным.

Однако сегодня технологии дошли до того, что «умные» ткани — уже не вымысел, а реальность. И они не только меняют свой внешний вид, но и могут вырабатывать энергию.

Что такое «умные» ткани?

Прежде всего, важно понять, что «умные» ткани — это не просто ткань с какой-то особенной краской. Это материалы, в которые встроены различные технологии, такие как электроника, датчики и даже миниатюрные генераторы энергии. Они могут либо просто реагировать на окружающую среду (пассивные), либо активно взаимодействовать с ней или с человеком (активные).

Чтобы лучше разобраться в этой теме, давайте разделим ткани на несколько категорий по их функциям:

• Пассивные «умные» ткани. Это материалы, которые сами по себе не производят энергию и не обрабатывают информацию. Они просто реагируют на внешние раздражители. Примером может служить ткань, которая меняет цвет при нагревании или охлаждении.
• Активные «умные» ткани. Эта категория включает в себя материалы, которые могут чувствовать, реагировать и даже адаптироваться к окружающей среде. Они содержат микроэлектронику, датчики и приводные механизмы, что позволяет им выполнять сложные функции, например, измерять пульс или регулировать температуру.
• «Сверхумные» ткани. Это самая продвинутая категория. Такие ткани не только собирают информацию, но и могут её обрабатывать, коммуницировать с другими устройствами и даже обучаться. Например, такая ткань может сама решить, когда ей нужно нагреться, или отправить сигнал на смартфон о состоянии здоровья человека.

Здесь важно отметить, что ключевое отличие настоящей «умной» ткани от обычной одежды с прикреплёнными датчиками в том, что электроника интегрируется в саму структуру материала на этапе производства.

Например, исследователи из MIT разработали технологию SensorKnits, которая позволяет создавать датчики прямо в процессе вязки ткани, используя специальную токопроводящую пряжу. Такие датчики не отклеиваются, не мешают движению и становятся неотъемлемой частью материала.

Использование умных тканей в медицине

Одним из примеров того, как активные «умные» ткани применяются в медицине является стартап из Бостона Bloomertech, который разработал «умный» бюстгальтер. Гаджет выглядит как обычное бельё, но в его ткань вплетены специальные текстильные сенсоры.

• Как это работает: Сенсоры непрерывно записывают сердечный ритм и другие важные биомаркеры.
• Сбор и анализ данных: Полученные данные передаются по беспроводной связи в приложение на смартфоне. Там специальный алгоритм анализирует эту информацию, чтобы выявить отклонения в работе сердца.
• Основная цель: Продукт помогает врачам удалённо отслеживать состояние здоровья пациенток и вовремя предупреждать о возможных проблемах, например, о сердечном приступе.

Этот пример показывает, как «умная» ткань может стать комфортным и незаметным инструментом для постоянного мониторинга здоровья, делая заботу человека о себе более удобной и эффективной.

Наука о цвете: термохромизм, фотохромизм и не только

Самый простой и зрелищный пример «умной» ткани — материал, который меняет цвет. Есть два основных способа, как это работает:

• Термохромизм. Эти ткани реагируют на изменение температуры. Они содержат специальные пигменты, которые меняют свою молекулярную структуру под воздействием тепла. Например, когда вы выходите из тёплого помещения на мороз, ваш свитер может поменять цвет с синего на фиолетовый. В спортивной одежде такие материалы помогают быстро понять, когда тело перегревается. Учёные из Университета Манчестера, например, разработали «умную» ткань с графеном, которая может либо пропускать, либо блокировать инфракрасное излучение, чтобы согревать в холод и охлаждать в жару.
• Фотохромизм. Эти ткани реагируют на свет, чаще всего на ультрафиолетовое излучение. Возможно, вы видели очки, которые темнеют на солнце — здесь тот же принцип. Одежда с фотохромными волокнами может поменять цвет, когда вы выходите на улицу в солнечный день.
• Технология ChroMorphous. Учёные из Университета Центральной Флориды (UCF) создали технологию ChroMorphous — это ткань, которая может менять цвета и узоры по запросу с помощью приложения на смартфоне. Она не зависит от температуры или солнечного света, а работает от электричества. Вы можете выбрать любой узор или цвет прямо со своего телефона, и одежда мгновенно изменится.

Преобразование энергии: как ткань может генерировать электричество

Самое впечатляющее в «умных» тканях — это их способность вырабатывать энергию. Для этого используется несколько технологий:

• Солнечная энергия. В структуру ткани вплетаются тончайшие, гибкие фотоэлементы. Они настолько малы, что вы даже не заметите их на ощупь. Пока вы гуляете по улице, ваша куртка может незаметно заряжать смартфон, часы или наушники. Это делает одежду не просто защитой от холода, а настоящей портативной электростанцией. Учёные из Кембриджского университета уже создали ткань с микроскопическими солнечными ячейками, которые интегрированы прямо в волокна.
• Кинетическая энергия. Это самая интересная технология. Некоторые материалы, называемые пьезоэлектриками, обладают удивительным свойством: они вырабатывают электрический заряд, когда их сжимают, растягивают или изгибают. Учёные из Сингапурского Наньянского технологического университета разработали эластичную и водонепроницаемую ткань, которая преобразует энергию движения в электричество. Небольшой кусочек такой ткани (3 на 4 см) может зажечь до 100 светодиодов. Предполагается, что её можно будет вплетать в одежду или подошвы обуви для зарядки гаджетов.
• Термоэлектрическая энергия. Эти ткани преобразуют тепло человеческого тела в электричество. Принцип работы основан на эффекте Зеебека, когда разница температур между двумя материалами создаёт электрический ток. На практике это означает, что ваша футболка может использовать тепло, которое выделяет тело, для питания небольших датчиков, которые, например, измеряют пульс или температуру.

Будущее уже здесь

«Умные» ткани — это не просто причуда для дизайнеров. Они открывают двери в мир, где одежда будет не только защищать нас, но и служить полезным инструментом. Например, спортивная одежда сможет в реальном времени отслеживать пульс и уровень водного баланса организма, а униформа солдат — менять камуфляж в зависимости от ландшафта. Это только начало.

Уже сейчас компании работают над созданием тканей, которые могут:

• Идентифицировать химические вещества. Ткань будет менять цвет, если обнаружит в воздухе опасные вещества, например, токсины.
• Самовосстанавливаться. Учёные создают материалы, которые могут «заживлять» небольшие порезы или разрывы, используя специальные полимеры.
• Отображать информацию. В будущем ваша одежда сможет стать настоящим экраном, на котором будут отображаться сообщения или другие уведомления.

А как вы думаете, какая из этих технологий кажется вам самой полезной для повседневной жизни?