Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) разработала инновационный «дышащий» тренировочный костюм, который оснащен вентиляционными клапанами, функционирующими в зависимости от температуры тела, а также интенсивности потоотделения спортсмена. Конструкция клапанов основана на использовании живых микробных клеток, которые изменяют свои размеры при колебаниях уровня влажности. Данные клетки выполняют роль одновременно сенсоров и исполнительных механизмов: они обеспечивают открытие заслонок в момент начала активного потоотделения и их закрытие по мере охлаждения организма. Помимо костюма, ученые спроектировали обувь с внутренним слоем аналогичных клеточных клапанов для эффективной отводки воздуха и влаги. Применение живых клеток в текстиле обусловлено тем, что они способны самостоятельно реагировать на изменения влажности без необходимости интеграции дополнительных систем управления или датчиков.
Также доказано, что использование микробных клеток безопасно для контакта с кожей. Более того, благодаря доступным сегодня инструментам генной инженерии можно очень быстро подготовить огромное количество клеток, чтобы те смогли выполнять различные функции в дополнение к реакции на влажность.
Чтобы продемонстрировать эту способность, исследователи разработали влагочувствительные клетки, которые не только открывают створки, но и подсвечиваются в ответ на изменение влажности. Методами генетики исследователи добавили флуоресценцию, и в темноте силуэт человека на пробежке будет заметно… В будущем учёные смогут объединить возможности клеток с функцией выделения запахов: после посещения тренажерного зала рубашка или футболка спортсмена будут благоухать приятным запахом.
В природе биологи наблюдали, что живые существа и элементы их строения, от чешуи до микробных клеток и даже конкретных белков, могут изменять свою структуру или объем в ответ на изменения влажности. Команда из МТИ выдвинула гипотезу, что природные преобразователи формы, такие как дрожжи, бактерии и другие микробные клетки, можно использовать в качестве строительных блоков для создания влагочувствительной ткани.
Эти клетки настолько сильны, что могут изгибать подложку, на которую они нанесены. Сначала исследователи работали с наиболее распространенным непатогенным штаммом E. coli (кишечной палочки), который, как было обнаружено, разбухает и сжимается в ответ на изменение влажности. Они дополнительно сконструировали клетки для экспрессии зеленого флуоресцентного белка, позволяя клетке светиться, когда она ощущает изменение влажности.
С помощью метода клеточной печати команда нанесла параллельные линии клеток E. coli на листы латекса, проделав отверстия в ткани в условиях повышенной влажности. При сушке на электрической плите ячейки сжались,, закручивая верхний слой латекста,, на водяном пару клетки светились и расширялись, выравнивая латекс. По словам ученых, после ста таких циклов слой с клетками и ткань в целом практически не износились.
В разработке одежды исследователи работали с биоматериалом, проектируя костюм для бега с клеточными латексными клапанами, вшитыми в спинку костюма. Они определяли размер каждого лоскута, а также степень их открытости, основываясь на изображениях человеческого тела с нанесенными на них зонами выделения тепла и пота.
Команда исследователей акцентирует внимание на том, что не все части тела одинаково вырабатывают тепло и пот. Так, например, в нижней части позвоночника вырабатывается много пота, но не очень много тепла. Ученые перепроектировали одежду, используя эти «карты»: где тело вырабатывает тепла больше, закрылки увеличили.
Опорные рамы под каждым лоскутом латекса удерживают внутренний слой ткани от непосредственного контакта с кожей, но в то же время клетки способны ощущать и реагировать на изменения влажности воздуха, располагаясь прямо над кожей. В испытаниях для проверки костюма для бега участники надевали одежду и тренировались на беговых дорожках и велосипедах. Исследователи следили за температурой и влажностью тел испытуемых, используя небольшие датчики на их спинах.
После пяти минут упражнений закрылки костюма начали открываться как раз в тот момент, когда участники эксперимента сообщили о выделении пота и ощущении тепла. Датчики показали, что заслонки эффективно удаляли пот и понижали температуру тела, в отличие от аналогичного костюма для бега с нефункциональными клапанами.
Ученые из МТИ также интегрировали влагочувствительную ткань в грубый прототип обуви. Там, где стопа касается стельки обуви, исследователи вшили несколько клапанов, изогнутых вниз. Клеточный слой обращен к ноге бегуна, но при этом не касается неё. При разработке кроссовок они также ориентировались на карты тепла и пота стопы и стандартные размерные сетки.
Как и в случае с тренировочным костюмом, откидные створки на обуви для бега открывались и подсвечивались, когда исследователи увеличивали влажность в помещении. В сухих условиях свечение прекращалось, створки закрывались.
Исследователи намерены сотрудничать с компаниями-производителями спортивной одежды, чтобы коммерциализировать свои проекты. Группа учёных изучает другие области применения технологии, включая влагозащитные шторы, абажуры и простыни. Кроме того, они заинтересованы в переосмыслении упаковки товаров. Концепция второй кожи могла бы подарить новую жизнь гибкой упаковке.
Для любознательных
На сегодняшний день разработкой «умных» спортивных костюмов, которые реагируют на температуру тела и обеспечивают дышащие, адаптивные свойства, занимаются как международные компании и исследовательские центры, так и российские производители. Вот подробная информация по текущему состоянию дел:
В мире
- Under Armour (США)
— Разработал коллекцию Iso-Chill — умную спортивную одежду, которая активно охлаждает тело.
— В ткань внедрён диоксид титана, который при контакте с кожей создаёт ощущение прохлады, как будто одежда «дышит» и отводит тепло.
— Материал не просто впитывает пот, а физически снижает температуру поверхности ткани, что помогает спортсменам дольше сохранять выносливость.
— Коллекция используется профессиональными атлетами, включая олимпийскую чемпионку по тхэквондо Джейд Джонс и регбиста Маро Итодже.
— Преимущество: ткань устойчива к стиркам, эффект охлаждения сохраняется надолго. - Национальный университет Сингапура (NUS)
— Создал прототип «умного» костюма с встроенными гибкими датчиками, отслеживающими:- температуру тела,
- положение позвоночника,
- темп бега.
— Данные передаются на смартфон через NFC (Near Field Communication).
— Костюм лёгкий, не сковывает движений и помогает предотвратить травмы.
— Пока находится на стадии прототипа, но перспективен для медицинского и спортивного применения.
- Google и Levi’s (проект Jacquard)
— Хотя это не напрямую о терморегуляции, технология Google Jacquard показывает, как ткань может быть «умной» — реагировать на прикосновения, отслеживать активность.
— В перспективе такие технологии могут интегрироваться с терморегулирующими материалами.
В России
- «Академия лёгкой промышленности» (Москва)
— Это единственное предприятие в России, которое производит полноценные смарт-костюмы для спортсменов.
— Создано 30 умных спортивных костюмов, контролирующих:- частоту сердечного ритма,
- дыхание,
- температуру тела,
- активность мышц.
— Данные считываются через встроенные датчики и анализируются с помощью машинного обучения, после чего приложение даёт персональные рекомендации по тренировкам.
— Костюмы можно стирать, датчики почти не ощущаются — комфорт обеспечен.
— Используются инновационные материалы из медицины и спорта.
— Среди клиентов — «Газпром», РЖД, «Матч ТВ», «Автодор».
По словам генерального директора Оксаны Шаманской, создание такого костюма — почти как биохакинг, потому что нужно идеально совместить электронику и текстиль.
Что делает такие костюмы «дышащими» и реагирующими на температуру?
- Фазовые материалы (PCM) — в некоторых разработках используются вещества, которые поглощают тепло при нагреве и отдают при охлаждении.
- Микропористые ткани — пропускают воздух и испаряют влагу.
- Нанопокрытия (например, TiO₂) — создают охлаждающий эффект при контакте с кожей.
- Датчики + ИИ — анализируют данные и могут, в перспективе, управлять микроклиматом (например, через мини-вентиляцию).
Где можно попробовать или купить?
- Under Armour Iso-Chill: доступен в России через Lamoda, Sportpoint, RunLab.
- Российские смарт-костюмы: пока производятся под заказ, в основном для профессиональных спортсменов и корпоративных клиентов.
Итог:
Если вы ищете уже доступную дышащую умную одежду — обратите внимание на Under Armour Iso-Chill.
Если интересны передовые российские разработки с полным контролем состояния — это смарт-костюмы от «Академии лёгкой промышленности».
Обе технологии активно развиваются, и в ближайшие годы можно ожидать появления моделей с автоматической терморегуляцией — как кондиционер на теле.
Автор: Анастасия Краснянская @krasandm
Источник: https://habr.com/
