Solarbetriebenes tragbares Gerät, das die Körpertemperatur automatisch reguliert

Es gibt nur so viel Hitze – oder Kälte –, wie der menschliche Körper verträgt. Dies kann in extremen Umgebungen, von arktischen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt bis hin zu brutaler Wüstenhitze, ein Problem sein, und es hört nicht beim Boden auf. Auch die Aufrechterhaltung der Temperatur ist für Astronauten ein Thema. Das Vakuum des Weltraums ist ein riesiger Gefrierschrank, und direkte Sonneneinstrahlung kann genauso brutal sein wie die Kälte.

Bekleidungstechnik, die die Körpertemperatur reguliert, funktioniert meist nur in eine Richtung: Heizen oder Kühlen. Sie neigen außerdem dazu, sperrig zu sein und viel Strom zu benötigen, was letztendlich die Batterien entlädt. Was wäre, wenn es ein System gäbe, das heizt und kühlt und gleichzeitig mit einer konstanten erneuerbaren Energiequelle betrieben wird?

Ein Forscherteam unter der Leitung von Ziyuan Wang von der Nankai-Universität in Tianjin, China, hat ein flexibles, solarbetriebenes Gerät entwickelt, das in die Kleidung integriert werden kann und den Körper reguliert, indem es die Haut effektiv erwärmt oder kühlt. Außerdem arbeitet es 24 Stunden lang ununterbrochen und benötigt zum Aufladen nur Sonnenlicht.

„Um die erforderliche Nachhaltigkeit, Flexibilität und geringes Gewicht zu erreichen, muss die Wärmemanagementeinheit des Körpers bei der Energieübertragung hocheffizient sein und einen geringen Energieverbrauch aufweisen“, sagte das Team in einer Pressemitteilung. Stady Kürzlich in Science veröffentlicht.

Batterien nicht enthalten

Wangs neues System kombiniert die Leistung einer Solarzelle mit der Leistung eines fotoelektrischen Geräts. Solarzellen, auch Photovoltaikzellen genannt, bestehen aus halbleitenden Materialien, die Energie aus dem Sonnenlicht absorbieren und in Elektrizität umwandeln können. In diesem Fall handelt es sich bei dem verwendeten Photovoltaikmaterial um ein flexibles Polymer.

Die andere Komponente ist ein thermoelektrisches Gerät, das die Temperatur ändert, wenn es in ein elektrisches Feld gebracht wird. Durch Anlegen dieses Feldes wird das Material erhitzt, durch Entfernen wird es abgekühlt.

Das von Wang und seinen Kollegen entwickelte System besteht aus einer Art Polyvinyl. Dieses flexible Material fungiert als Isolator und integriert eine Solarzelle außerhalb des Polyvinyls mit einem elektrischen Gerät darunter. Bei Sonneneinstrahlung tat die Solarzelle genau das, was von ihr erwartet wurde, indem sie Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelte. Diese Elektrizität wird dann an das Elektrolysegerät übertragen, wo (vorausgesetzt, das Gerät befindet sich im Kühlmodus) das Auftreten eines elektrischen Feldes das Gerät erwärmt. Die Solarzelle produziert genug Energie, um das gesamte System am Laufen zu halten, und jede zusätzliche Energie wird in einem separaten Energiespeicher gespeichert.

Heben Sie es an oder senken Sie es ab

Die tagsüber gespeicherte Energie wird nach Sonnenuntergang besonders nützlich. Im Dunkeln bezieht das System automatisch Strom aus dem Speicherzubehör, um den Betrieb die ganze Nacht über fortzusetzen. Heiz- und Kühlmodus können einfach umgeschaltet werden, wenn es wärmer oder kälter wird. Und wenn dem System der Strom ausgeht, müssen Sie nichts anschließen – 12 Stunden direktes Sonnenlicht laden es wieder auf.

Im gleichen Zusammenhang sagten die Forscher: „Mit diesen beiden Arbeitsmodi lässt sich eine bidirektionale Thermoregulierung realisieren, die je nach Bedarf zum Kühlen und Heizen gesteuert werden kann.“ Stady.

Wie kann also ein Entdecker, Astronaut oder jemand, der in einer rauen Umgebung lebt, dieses Gerät tragen? Wang schlägt einen Anzug mit Kühl- und Heizplatten vor, die vorne und hinten an Brust, Armen und Beinen angebracht sind. Da die Einsätze so flexibel und leicht sind, belastet Kleidung wie diese niemanden, der extremer Hitze ausgesetzt ist.

Obwohl diese Thermoregulierungstechnologie möglicherweise noch nicht verfügbar ist, hofft Wang, dass sie einen großen Fortschritt für diejenigen darstellt, die in rauen Umgebungen arbeiten müssen, sogar für Astronauten, die der eisigen Dunkelheit trotzen müssen, um einen Weltraumspaziergang zu unternehmen.

Wissenschaft, 2023. DOI: 10.1126/science.adj3654