الملابس الذكية: ابتكارات جديدة في مجال الملابس لتبريد الجسم

اكتسبت ملابس التبريد، وخاصةً سترات التبريد، شعبية في السنوات الأخيرة، لأنها تعمل على تلطيف الحرارة في الجو الحار. وقد صُممت بشكلٍ أساسي للأشخاص الذين يعملون في ظل ظروف مرهقة ويتعرضون للحرارة بشكلٍ كبير مثل رجال الإطفاء وعمال البناء. ومع مرور الوقت، ظهرت أنواع أكثر تطوراً من السترات والأنواع الأخرى من الملابس في الأسواق للجميع، وتعمل بتقنيات مختلفة.

ما هي ملابس التبريد؟

تحافظ ملابس التبريد على درجة حرارة الجسم عند مستوى مقبول، وهي الدرجة المُثلى لقيام الجسم بوظائفه، وتمنع ارتفاع درجة الحرارة عن طريق تبريد الجلد. من المهم الحفاظ على هذه الدرجة للحد من المخاطر الصحية الناجمة عن البيئات الحرارية الخطرة.

يمكن أن يكون الإجهاد البدني الشديد، أو العمل بملابس واقية ذات تهوية منخفضة، أو تبخر العرق في الظروف الدافئة وغيرها من أسباب ارتفاع درجة حرارة الجسم. لذلك صُممت ملابس التبريد، وخاصةً السترات، لتناسب العاملين في مجالات مختلفة خاصةً رجال الإطفاء والعاملين الطبيين وضباط الشرطة، أو العمال الذين يعملون في الهواء الطلق مثل عمال البناء الذين يحتاجون إلى ارتداء ملابس واقية تعوق آلية التبريد الطبيعية للجسم، بالإضافة إلى الرياضيين.

التقنيات المستخدمة في ملابس التبريد

تتنوع التقنيات المستخدمة في ملابس التبريد بين الميكانيكية والكهربائية، ويمكن تطبيق هذه التقنيات في أي نوع من الملابس (سترات وسراويل وأحذية)، لكن يركّز المصنّعون على تطبيقها في السترات بشكلٍ عام، وأهم هذه التقنيات:

التبريد بالتبخير

سترة التبريد بالتبخير مقبولة التكلفة، ويتم ارتداؤها فوق الملابس. تعمل على مبدأ المناشف المبللة بالماء التي نضعها على أجسادنا لنحظى بالقليل من البرودة، فهي تُغمر في الماء لبضع دقائق، فتمتصُّ أنسجتها كميةً كبيرةً من الماء، ويمكن أن تتوسع بما يصل إلى مئة ضعف حجمها. عند ارتدائها، يبدأ الماء بالتبخر في محاولته للتخلص من حرارة الجسم فيبرد، وعند اللزوم يُعاد غمرها بالماء.

في المقابل، تصبح السترة في بعض الأحيان ثقيلة الوزن وتُشعِر مرتديها بالرطوبة. تُستخدم عموماً في أوقات الفراغ أو حين ممارسة الرياضة أو في بعض البيئات الخاصة.

التبريد بالثلج

توجد في هذا النوع من السترات حجرات خاصة (أكياس) داخلها، يتم تجميدها طوال الليل. تتميز هذه السترات بأنها تبقى مرنة حتى عندما تتجمد، وسهلة الارتداء ولا تعوق القيام بأي نشاط. يتم ارتداؤها عادةً فوق الملابس الأخرى لأغراض السلامة، خاصةً لتجنب قضمة الصقيع. يمكن تبديل عبوات الثلج فيها بسهولة. وتعمل على تبريد الجلد على الفور بسبب ذوبان الثلج بفعل حرارة الجسم.

في المقابل، تمنح سترات التبريد بالثلج البرودة لوقتٍ قصير، إذ سرعان ما يذوب الثلج، وتتطلب وقتاً ريثما تتجمد الحجرات مرة أخرى، وستكون غير مفيدة في المناطق التي لا تتوفر فيها الكهرباء بشكلٍ جيد، كما أنها ثقيلة الوزن، بالإضافة إلى اضطرار مرتديها لحمل صناديق التبريد للحفاظ على الأكياس البديلة. كما يؤدي الثلج إلى انكماش الجزء العلوي من الجلد وإغلاق الغدد العرقية، وهذا يعوق التبريد الطبيعي للجسم عن طريق نقل العرق ويمكن أن يكون له تأثيرٌ سلبي على تبريد الجسم وتنظيم درجة حرارته الأساسية.

تُستخدم هذه التقنية على نطاقٍ واسع في صناعات الملابس الواقية والملابس الرياضية والعسكرية.

التبريد بالمواد المتغيرة الطور

بدلاً من الثلج، تُملأ حجرات هذا النوع من السترات بمواد متغيرة الطور مصنوعة من زيوت ودهون متنوعة، تتصلب وتذوب في درجات حرارة مصممة من قِبل المنتِج، وهي أعلى من درجة تجمد الثلج (على سبيل المثال 15 أو 20 درجة مئوية)، دون استهلاك أي طاقة، وبالتالي فهي أسرع تجمداً من الجليد وتستغرق وقتاً أطول في الذوبان، وتُطلق طاقة التبريد المخزّنة بشكلٍ أبطأ ولا تزيد من تبريد الجلد مثل الثلج. مع ذلك، فإن إجمالي طاقة التبريد التي يمكن تخزينها منخفض نسبياً، وذلك لأن تخزين المزيد من طاقة التبريد يجعل السترة أثقل وزناً. قد يتطلب تجهيز عبوات المواد الباردة وقتاً ومكاناً بارداً عندما يكون الجو حاراً جداً.

إلى جانب تعبئة حجرة المواد في السترة، من الممكن دمج المواد مع الخيوط بطرق مختلفة، مثل التشريب والحشو بالألياف المجوفة، والغزل المصهور، والطلاء والكبسولات الدقيقة. يزيد البعض بعض الإضافات مثل أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران الموصلة حرارياً لتحسين التوصيل الحراري للغلاف الخارجي، ما يعزز إمكانية تخزين الحرارة وإطلاقها في الكبسولات الدقيقة.

التبريد بتدفق المياه

في سترات تدفق المياه تُدمج شبكة من الأنابيب، يُضخ فيها الماء البارد من مضخة كهربائية، ما يؤدي إلى تبريد الجسم. تحتوي عدة سترات على خزان مياه يتم تبريده بواسطة كتلة جليدية في البداية. بمجرد ذوبان الجليد، تعمل حرارة الجسم على تدفئة الماء، ما يتطلب إعادة ملء الخزان بالثلج. وتتميز سترات تدفق المياه بضاغط يعمل على تبريد الماء باستمرار. بينما يحتاج بعضها الآخر إلى دائرة تبريد خارجية تُوصل بها السترة. وبمجرد توصيل هذه السترات بوحدة التبريد، توفّر تبريداً ثابتاً.

من مساوئ سترات التبريد بتدفق المياه أنها ثقيلة الوزن، وغير مرنة، وتحتاج إلى طاقة كهربائية عالية. وتُعد مناسبة للأشخاص والعمال الذين لا يتحركون كثيراً، وبالتالي يكونون قادرين على الحصول على ضاغط مزود بخزان مياه قريب.

التبريد بنفخ الهواء

صُممت سترة نفخ الهواء خصيصاً للعمال في الخارج. تُجهَّز سترة العمل العادية بمروحتين تعملان بالكهرباء المتولدة عن البطارية، ولها سرعات مختلفة، تسمح بتدفق الهواء الخارجي داخل السترة، وبالتالي تبريد الجسم. تتميز هذه السترة بأنها خفيفة الوزن، إلى جانب تأثير النفخ الذي يدوم لفترة طويلة. تتطلب كل بضع ساعات توصيلها بمقبس الكهرباء لشحن البطارية، كما قد يكون صوت المراوح مزعجاً قليلاً للبعض.

أضاف بعض المصنّعين للسترات ميزة توصيل سترات التبريد بالهواء المضغوط. يُعد هذا النوع من سترات التبريد الأكثر استخداماً، وذلك لأنها ميسورة التكلفة، ومناسبة للعمال مثل عمال البناء في البلدان الحارة، فهي تمنحهم تأثير نفخ مستمراً أثناء العمل.

تبريد الهواء النشط

تعتمد سترة تبريد الهواء النشط ذاتية التنظيم على تعزيز آلية التبريد الطبيعية لجسم الإنسان وهي التعرق، فهي تعمل عن طريق تبخير العرق وإزالته من الجسم بشكلٍ فعّال. تعمل السترة على التبريد أيضاً تحت الملابس الواقية المغلقة، مثل تلك التي يستخدمها رجال الإطفاء وعمال الصناعة والعاملون في المجال الطبي.

تستخدم السترة تدفق الهواء الموجه من خلال نسيج خاص ثلاثي الأبعاد. يتم تشغيل تدفق الهواء بواسطة ستة مراوح تعمل بالكهرباء ويتم توجيهها عبر قماش مصنوع من 4 طبقات. تستمر السترة بالعمل طالما أن البطارية مشحونة، وتتميز بأنها خفيفة الوزن مقارنة بالأنواع الأخرى لأنها لا تحمل أي مواد تبريد ولا تحتاج إلى أي وقت للتحضير. بسبب الإزالة الفعالة للعرق، تظل الملابس الواقية جافة ويمكن استخدامها مرة أخرى بعد فترة الراحة.

تنظم السترة عملها بنفسها، فهي لا تبرّد الجسم إذا لم يتعرق. ويتم التحكم بها عن طريق مفتاح تشغيل وإيقاف مدمج. يجب أن تكون السترة ملاصقة للجسم حتى تتمكن من امتصاص العرق، لذا من المهم استخدام المقاس المناسب.

اقرأ أيضاً: ما هي إنترنت الأشياء؟

التبريد بتقنية تي إي TE

تعد سترات تبريد تي إي حلاً لمشكلة الوزن والراحة مقارنة بالأنواع الأخرى، فهي خفيفة الوزن وصغيرة الحجم ومنخفضة التكلفة، ولا تحتوي على أجزاء متحركة أو مُصدِرة للصوت. تستخدم في صنعها الموصلات أو أشباه الموصلات لتحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى كهرباء والعكس. عندما يمر تيار مباشر عبرها، يتم امتصاص الحرارة أو تبديدها عند الوصلات، ما يخلق جانباً ساخناً وجانباً بارداً.

يمكن دمج نظام التبريد بنجاح في الملابس الداخلية. تُدمَج وحدة التبريد مع المبدد الحراري كمصدر تبريد، وتتصل بشبكة أنابيب لتوفير أداء تبريد موحد وكافٍ، ما يؤدي إلى توفير الطاقة بنسبة 15% للتدفئة الداخلية والتهوية وتكييف الهواء. صُنِع المبدد الحراري في البداية من مواد صلبة، ثم استُخدم السيليكون المطاطي بدلاً منها لتخفيف الوزن وعدم إعاقة الحركة، يمكن لهذه السترة خفض درجات الحرارة بنحو 5 درجات مئوية والحفاظ على درجات الحرارة لأكثر من 5 ساعات تحت درجة حرارة الهواء المحيط.

تنصب جهود الباحثين على تطوير هذه التقنيات، وجعل ملابس التبريد على اختلاف أنواعها، أكثر كفاءة من الناحية العملية وأخف وزناً وأوفر ثمناً، كما تعمل الشركات التجارية على تطبيق هذه التقنيات على سترات ذات مظاهر عصرية وبألوان متنوعة، لترضي أذواق السوق.