北京
随着全球气候变暖，人类日益饱受酷热之苦。对于在室内或室外高温环境中工作的人来说，保持热舒适尤为重要。香港理工大学时装及纺织学院副教授、利民青年学者寿大华博士领导的团队研发出首创的隔热透气软体机器人服装，可自动适应不断变化的环境温度，从而有助于确保工人在高温环境中的安全。他们的研究成果发表在国际跨学科期刊《先进科学》上。
保持恒定的体温是生活和工作最关键的要求之一。高温环境会增加能量消耗，导致热应激增加，从而加剧心血管疾病、糖尿病、精神健康问题和哮喘等慢性病，同时也增加了传染病传播的风险。根据世界卫生组织的数据，2000 年至 2019 年间，全球每年约有 489,000 人死于高温，其中 45% 发生在亚洲，36% 发生在欧洲。
热防护服对于保护极端高温环境中的人员至关重要，例如需要在火灾现场的消防员和长时间在户外工作的建筑工人。然而，传统装备受到静态固定热阻的限制，这可能导致在中等条件下过热和不适，而其隔热性能可能无法在极端火灾事件和其他高温环境中提供足够的保护。为了解决这个问题，寿博士和他的团队开发了智能软机器人服装，用于在高温环境中自动适应温度和隔热，在各种温度下提供卓越的个人防护和热舒适度。
他们的研究灵感来自自然界的仿生学，比如鸽子的适应性热调节机制，该机制主要基于结构变化。鸽子利用羽毛在皮肤周围形成一层空气层，以减少热量散失到环境中。当气温下降时，它们会将羽毛蓬松起来，以捕获大量静止空气，从而增加热阻并保持温暖。
该团队开发的防护服采用软体机器人纺织品进行动态自适应热管理。软体执行器设计得像人体网络状外骨骼，封装了无毒、不易燃、低沸点的流体，并巧妙地嵌入在服装内。当环境温度升高时，这种热刺激系统会将流体从液体变成气体，导致软体执行器膨胀并增厚纺织基质，从而增加静止空气的间隙，使热阻从 0.23 Km²/W 增加一倍至 0.48 Km²/W。即使外表面温度达到 120°C，防护服的内表面温度也能比传统耐热服装低至少 10°C。
这种独特的软机器人纺织品由热塑性聚氨酯制成，柔软、有弹性且耐用。值得注意的是，它比嵌入形状记忆合金的温度响应服装更加亲肤和舒适，并且可调节以适应各种防护服。经过严格的标准洗涤测试后，软执行器没有出现泄漏迹象。该材料的多孔间隔编织结构还可以显着减少对流传热，同时保持高湿度透气性。轻质的软机器人服装不依赖热电芯片或循环液体冷却系统进行冷却或导热，可以有效地调节自身温度而无需任何能耗。
寿大华博士表示：“穿着厚重的消防装备会让人感觉非常闷热。当消防员离开火灾现场并脱下装备时，他们的靴子上有时会流出近一磅的汗水。这促使我开发了一种能够适应各种环境温度同时保持出色透气性的新型服装。我们的软机器人服装可以无缝适应不同的季节和气候、多种工作和生活条件以及室内和室外环境之间的过渡，帮助用户在酷热的天气下体验恒定的热舒适度。”
展望未来，寿博士认为这项创新技术具有广泛的潜在应用，从运动服、冬季夹克、保健服装和户外装备，到可持续的纺织建筑隔热材料，有助于节约能源。在创新科技署和香港纺织及成衣研发中心的支持下，寿博士及其团队还扩展了热适应概念，开发了可充气、透气的夹克和保暖服装。这种软机器人服装适用于低温环境或突然降温，以帮助那些被困在荒野中的人保持正常体温。
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