Человечество всеми силами старается приспособить мир под себя, делая свою жизнь максимально удобной и комфортной. Не последнее место в этом занимает одежда. Несмотря на новые материалы и технологии изготовления, остальные ее свойства пока еще далеки от идеала. Привилегированное положение занимают военные, которым уже доступна форма нового поколения. Однако ученые уверены, что век технологической одежды наступит уже совсем скоро.

Прошли сотни тысяч лет с тех пор, как наши предки начали кутаться в звериные шкуры, чтобы спастись от холода. Сама по себе одежда за это время изменилась несильно. Конечно, сшита она аккуратнее, применяются новые синтетические материалы, а модельеры находят множество стилистических решений. Однако до сих пор теплоизоляционные качества одежды в основном зависят от ее толщины, а прочность, вес, практичность и долговечность никак не сочетаются с впечатляющими достижениями современной науки и техники. К счастью, ученые все чаще обращают внимание и на одежду, которой приходится пользоваться каждому из нас.

Свойства на заказ

На острие «одежного прогресса» стоят не кутюрье, а военные. В октябре прошлого года компания Advanced Fabric Technologies объявила об успешной апробации новой технологии пряжи под названием HEI, которая позволит производить ткани с любыми, какие только придут в голову, свойствами.

Изначально технология была предназначена для производства противобаллистических жилетов, защищающих солдат от пуль и осколков.

Уникальная ткань не только защищает от травм, но и имеет противовоспалительные и обеззараживающие свойства. В настоящее время ведется разработка встроенной в структуру ткани системы выпуска кровоостанавливающих и обезболивающих веществ.

Такая одежда еще до наложения повязки простерилизует рану и остановит кровь, вылечит отеки, натертости и т.п. С помощью технологии HEI можно сделать ткань, проводящую электричество, всегда благоухающие свежестью кроссовки и т.д.

Возможно, военные проекты наконец-то избавят нас от вечного дискомфорта, когда после морозной улицы приходится потеть в магазине или мучиться от того, что «в куртке жарко, без нее – холодно». Летом 2011 года Пентагон объявил конкурс на разработку долгожданной универсальной одежды: охлаждающей в жару и согревающей в мороз. Добиться этого выдающегося результата планируется с помощью технологии биметаллического термостата. На волокна ткани наносятся наночастицы двух металлов, реагирующих на изменение температуры. При падении температуры один металл сокращается меньше, чем другой, в итоге внутри волокна ткани раскручивается металлическая спираль – диаметр волокна увеличивается, поры в ткани закрываются и сберегают тепло. В жару происходит обратный процесс: спираль сжимается, поры расширяются и эффективно отводят тепло тела.

Рис. 1. Компания Arctic Heat выпускает одежду, содержащую специальный экологически чистый биоразлагаемый гель, способный накапливать холод.

А пока ученые трудятся над прорывной тканью, людям, страдающим от жары или холода, приходится использовать одежду, выполняющую роль тепловых аккумуляторов. Например, компания Arctic Heat выпускает различные типы одежды, которая содержит специальный экологически чистый биоразлагаемый гель, способный накапливать холод. Высокотехнологичные жилеты, напульсники на запястья, шарфы, шапки и т.д. перед надеванием нужно поместить в холодильник, где замерзший гель накопит холод.

Затем в течение некоторого времени одежда с замерзшим гелем будет охлаждать тело, пропуская к коже строго дозированное количество холода и отводя влагу. Подобные жилеты широко используются в австралийской и американской армиях, а также спортсменами, но могут помочь и обезумевшим от 40-градусной жары горожанам.

Если подержать жилет Arctic Heat в ледяной воде в течение 5–10 минут, он останется холодным около 1 часа. Если заморозить жилет на 2 часа, он обеспечит прохладу на 1–2 часа.

Рис. 2. На почти 90% транспортных средств американского контингента в Ираке и Афганистане используется и «моторизованная» версия подобного жилета – Microclimate Cooling System.

На почти 90% транспортных средств американского контингента в Ираке и Афганистане используется и «моторизованная» версия подобного жилета – Microclimate Cooling System (MCS). Этот жилет охлаждается водой: с помощью 6-кг радиатора с вентилятором и насосом, которые питаются от бортовой сети транспорта. Водители и пилоты в восторге от MCS, который спасает даже от 50-градусной жары. В настоящее время Пентагон работает над созданием облегченной носимой модификации весом 3–4 кг.

Правда, на разработку легкого охлаждающего жилета, по мнению ученых, понадобится не менее 10 лет из-за требования обеспечить длительную автономную работу.

Рис. 3. Несмотря на добавление электроники, одежду с технологией Novonic можно стирать в обычных стиральных машинах.

Компания Novonic борется не с жарой, а холодом. Немецкие ученые разработали технологию вплетения в ткань тонких проводов, которые нагреваются, если пропустить через них ток.

Если холод станет слишком сильным, достаточно нажать кнопку и куртка или жилет Novonic почти мгновенно нагреется до выбранной температуры в 34 или 42 градуса Цельсия.

Одежда Novonic питается от аккумулятора весом менее 200 граммов, емкостью 2200 мА/ч и с безопасным напряжением в 7,4 В. Один заряд аккумулятора обеспечивает 6 циклов обогрева по 20 минут каждый, а светодиод позволяет определить текущий уровень тепла и состояние заряда аккумулятора. Надо отметить, что несмотря на добавление электронных компонент, одежду с технологией Novonic можно стирать в обычных стиральных машинах.

Рис. 4. Майка warmX оснащена аккумулятором и тонкими, вплетенными в натуральную ткань посеребренными полиамидными волокнами.

Под маркой warmX выпускается аналогичное белье с подогревом. Так, майка warmX оснащена аккумулятором и тонкими, вплетенными в натуральную ткань посеребренными полиамидными волокнами. Они формируют две зоны нагрева над почками, которые, как известно, очень боятся холода, и в районе шеи. WarmX выпускает не только «электромайки», но и колготки, и комбинезоны. За счет тесного прилегания данной одежды к телу для обогрева не требуется много энергии.

Кстати, стоит такая майка 40 евро, комбинезон – 270 евро.

Умная одежда

Идея интегрировать электронику в ткань возникла достаточно давно, но только развитие нанотехнологий позволило ее реализовать. Кроме того, появилась необходимость транслировать движения человека в виртуальную реальность – так появилась одежда будущего, выполняющая совершенно новую функцию.

В январе 2012 года компания STMicroelectronics представила костюм iNEMO, который с высокой точностью сканирует сложные движения тела и переводит их в цифровую модель. Облегающий тело костюм iNEMO можно применять для обучения, компьютерных игр и совершенно новых приложений дополненной реальности – например, онлайн-соревнования с чемпионом мира по бегу.

Рис. 5. Облегающий тело костюм iNEMO можно применять для обучения, компьютерных игр и совершенно новых приложений дополненной реальности.

Костюм оснащен несколькими датчиками размером всего 13×13×2 мм, которые фиксируют наклон тела с точностью до 0,5 градусов, и уже через 15 миллисекунд виртуальный двойник повторяет даже очень сложные движения. Костюм основан на 32-битных микроконтроллерах STM32, которые управляют не только датчиками движения по 9 осям, но и датчиками давления, температуры и т.д.

В начале этого года Пентагон начал проект по разработке «умного» белья, которое сможет контролировать состояние здоровья солдат. Планируется вплести в ткань сеть электронных датчиков для контроля частоты сердечных сокращений, дыхания, активности, температуры тела и его положения в пространстве. На поле боя эта технология позволит командирам обнаружить, что кто-то ранен, а в мирной жизни люди смогут непрерывно следить за состоянием здоровья – собственного и членов семьи.

Рис. 6. Электронной текстиль, сделанный специалистами НАСА, легко интегрируется с различными датчиками, микропроцессорами и аккумуляторами.

Важный шаг к разработке «умной» одежды сделали в сентябре 2011 года ученые из Центра нанотехнологий НАСА.

Они научились сплетать медные волокна толщиной в 1 мм и соединять их с тканью одежды. Новый гибкий материал может объединять различные электронные компоненты и даже хранить информацию более 100 дней.

лотность хранения данных в новом материале зависит от количества точек пересечения медных проводов.

Если уменьшить расстояние между проводниками до 50 нм, на кусочке ткани 1х1 см можно создать 10 млрд точек пересечения, что позволит создать накопитель информации емкостью 10 Гб.

Электронной текстиль, сделанный специалистами НАСА, легко интегрируется с различными датчиками, микропроцессорами и аккумуляторами.

По схожему пути пошли ученые из Университета Каглиари (Италия), которые нашли способ создать электропроводящие хлопковые волокна, причем на базе этой технологии можно создать основной компонент электроники: транзистор. Для создания хлопкового транзистора итальянские ученые используют затвор из хлопкового волокна, покрытого смесью золотых наночастиц и проводящего полимера. Затем волокна хлопка покрывают полупроводниковым материалом, а электродами служат две крохотные капельки серебра. Переключение транзистора производится с помощью изменения напряжения на затворе. Невооруженным глазом отличить обычные хлопковые нити от «электронных» невозможно, при этом из хлопковых транзисторов можно сплетать микросхемы различного назначения.

Достоинством «плетеной электроники» является создание ткани-микросхемы, которая способна самостоятельно выполнять различные вычислительные операции. Что это означает на практике? Прежде всего, майку-меддиагност, пиджак-смартфон, куртку-ноутбук и т.п. Мощность таких устройств будет намного меньше, чем у традиционных девайсов, но зато они будут удобнее в использовании и возьмут на себя множество новых функций, вроде автоматического вызова экстренных служб или непрерывного контроля условий окружающей среды, например, на предмет токсинов.

Скорый технологический рывок в области одежды неминуем. К сожалению, неблагоприятная экология требует все больше данных об окружающей среде и собственном здоровье, чтобы не прозевать серьезную опасность. К тому же, климат все более непредсказуем, и утром все проще ошибиться с выбором одежды. Ну а о путешествиях и речи нет: много электроники и вещей на любую погоду не возьмешь, так что «умная» одежда наверняка найдет своего покупателя.

Автор: Михаил Левкевич.