„O jachetă care se «subțiază» atunci când transpiri”: Celuloza bacteriană a învățat hainele să se autoregleze termic

Science Advances a descris o țesătură caldă „inteligentă”, a cărei umplutură este fabricată din celuloză bacteriană naturală, care reacționează la transpirație: atunci când corpul este umed, materialul devine automat mai subțire, iar când este uscat, capătă din nou „umflături” și reține căldura. În prototip, grosimea s-a schimbat de la aproximativ 13 mm (uscat) la 2 mm (umed), iar ideea generală este de a prelungi timpul de confort termic fără electronice și baterii.

Fundal

Ce ai încercat înainte:

1. Materialele cu schimbare de fază (PCM) din microcapsule „înghit” căldura în timpul topirii și o eliberează în timpul cristalizării, dar funcționează într-o fereastră de temperatură îngustă și reacționează slab la transpirația reală.
2. Țesăturile radiante pe bază de polietilenă nanoporoasă (nanoPE) permit trecerea radiației termice IR a corpului, asigurând o „răcire radiativă” pasivă, dar aceasta este în esență un canal de îndepărtare și nu o „autoreglare a izolației” în timpul transpirației.
3. Actuatoarele de umiditate/țesăturile higromorfe își schimbă forma/porii atunci când umiditatea crește, extinzând „zona de confort” fără fire - direcția se maturizează rapid.

• Problema pe care o rezolvă țesăturile „inteligente”. Confortul termic al îmbrăcămintei se diminuează atunci când activitatea se schimbă rapid: supraîncălzire și transpirație în timpul efortului, hipotermie din cauza unui strat umed la oprire. Prin urmare, textilele termice/de umiditate adaptive s-au dezvoltat rapid în ultimii ani, care ajustează schimbul de căldură fără baterii și electronică complexă. Recenziile subliniază vectorul cheie - gestionarea dinamică a căldurii și umidității la nivelul stratului de fibră/țesătură.
• De ce umiditatea/transpirația este cel mai bun „factor declanșator”. Transpirația este principalul indicator rapid al supraîncălzirii: imediat ce umiditatea locală crește, sistemul trebuie să reducă rezistența termică (mai puține „umflături”/camere de aer) și să crească evaporarea; când se usucă, se repune izolația. De aici și ideea materialelor care reacționează automat la umiditate, nu la temperatura externă. Acest lucru economisește energie și evită electronicele voluminoase.
• Ce este celuloza bacteriană și de ce este promițătoare? Celuloza bacteriană este un biopolimer „crescut” de bacteriile acidului acetic ( Komagataeibacter ): formează o rețea nanofibrilară cu capacitate ridicată de apă, rezistență, permeabilitate la aer și biocompatibilitate. În știința textilelor/materialelor, celuloza bacteriană este apreciată pentru sensibilitatea sa la umiditate și pentru producția durabilă din materii prime regenerabile.
• O lacună științifică pe care un nou articol o acoperă. Majoritatea soluțiilor pasive fie elimină căldura (radiativă), fie o amortizează (PCM), considerând slab că umiditatea însăși ar trebui să „schimbe” izolația. Lucrarea din Science Advances folosește stratul BC ca „inimă” a hainelor groase, care se subțiază odată cu transpirația (mai puțin aer → mai puțină izolație) și se îndreaptă din nou când este uscată - adică construiește o izolație termică autoreglabilă bazată pe umiditatea corpului.
• Contextul de teren: unde se încadrează acest lucru? Tendința este către sisteme pasive, bio- și polimerice, care extind „fereastra de confort” fără energia utilizatorului. Alături de acestea se află: actuatoarele higromorfice de nouă generație (care prezintă o extindere vizibilă a zonei de confort) și răcirea radiativă pe bază de celuloză/bio-uri — BC se încadrează bine în această ramură „verde” a managementului termic personal.
• Implicații practice pentru industrie: Dacă „volumul” izolației BC, controlat prin umiditate, este confirmat în testele de uzură (spălare, uzură, mirosuri, reglarea pragului de răspuns), producătorii vor avea o umplutură scalabilă, pe bază de biomateriale, pentru straturile de iarnă/active - cu mai puțină supraîncălzire în deplasare și mai puține tremurări în repaus. Aceasta este complementară, nu competitivă, soluțiilor radiante și PCM: acestea pot fi combinate în sisteme multistrat.

Cum funcționează

• Umplutura din celuloză bacteriană (BC) este o „plasă” naturală de nanofibrile produse de bacterii inofensive (familiare tuturor, de la ciupercile ceaiului/kombucha). Această membrană este ușoară, durabilă, respirabilă și hidrofilă - „simte” perfect umezeala.
• Când începi să transpiri, umiditatea locală de sub haine crește, stratul fibros își pierde „umflătura” și se aplatizează - mai puțin aer în interior → mai puțină izolație → este mai ușor pentru corp să piardă excesul de căldură. De îndată ce te usuci, structura se îndreaptă din nou și redă un nivel ridicat de izolație termică datorită aerului dintre fibre. Este un mecanism pasiv simplu care funcționează pe baza umezelii, nu a componentelor electronice.

Ceea ce au arătat autorii

• Adaptare la transpirație și umiditate. În condiții uscate, materialul menține o grosime maximă de ~13 mm, iar la umiditate ridicată (simulând transpirația) se subțiază până la ~2 mm. Datorită acestei „grosimi variabile”, prototipul prelungește semnificativ timpul de confort termic în comparație cu țesătura convențională călduroasă, în special la schimbarea modului „odihnă → încărcare”.
• Principiul este scalabil. Autorii subliniază faptul că „umplutura” poate fi cusută în diferite tipuri de îmbrăcăminte — de la căptușeli la straturi izolatoare — și ajustată în funcție de climă/încărcătură.

De ce este absolut necesar acest lucru?

Îmbrăcămintea clasică groasă este un compromis: cu cât stratul este mai cald, cu atât este mai mare riscul de „supraîncălzire și transpirație” și apoi de răcire excesivă din cauza „mini-saunei” din lenjeria interioară umedă. Textilele, care slăbesc izolația în timpul transpirației și o restituie atunci când sunt uscate, ajută la menținerea „mijlocii de aur” fără fermoare, valve și baterii inutile. Umiditatea joacă un rol cheie în gestionarea termică a omului (căldura este transportată prin evaporare), așa că țesăturile „inteligente” învață din ce în ce mai mult să reacționeze specific la umiditate/umiditate.

Cum este acest lucru diferit de alte țesături inteligente?

• Fără electronică. Spre deosebire de sistemele active (termoelemente/robotică moale), aici este vorba de fizica pură a materialului: umed → mai subțire, uscat → mai gros. Este mai simplu, mai ieftin și potențial mai durabil.
• Nu „valve”, ci „volumină”. Anterior, se ofereau țesături cu valve/pori de umiditate sau cu o grosime tip acordeon pe inserții polimerice. Acum rolul „acordeonului” este preluat de baconceluloza naturală, deja cunoscută în pansamentele medicale și textilele „verzi”.
• Eco-potențial. Celuloza bacteriană este biocompatibilă și biodegradabilă, poate fi cultivată fără bumbac și ulei, iar producția sa este în conformitate cu tendința actuală către materiale sustenabile.

Unde poate fi util acest lucru

• Iarna în oraș și „birou-stradă-metrou”. Schimbările de activitate și climă „aruncă” corpul mai puțin în căldură/frig - confortul „durează” mai mult.
• Activități montane/alergare. În timpul urcării/alergării, materialul ventilat, iar la o oprire izolează din nou.
• Condiții de teren și de producție. Cu cât mai puține piese mobile și componente electronice, cu atât mai fiabilă. (Plus avantajul greutății reduse și al „respirabilității” vestei de protecție.)

Restricții

Aceasta este încă o dezvoltare științifică și un prototip; trebuie încă testată pentru uzura zilnică:

• Durabilitate și lavabilitate (cicluri multiple de umezire și uscare, „curățare chimică pe termen lung”),
• Confortul pielii și mirosurile neplăcute la purtare pentru perioade lungi de timp,
• Stabilirea „pragurilor” de răspuns pentru diferite profiluri climatice/de transpirație,
• Costul și scalarea cultivării baconcelulozei în suluri de țesătură. Pentru comparație: domeniul țesăturilor „termoreglatoare” este în creștere activă, dar doar o parte din idei ajung pe piața de masă.

Concluzie

„Îmbrăcămintea care se adaptează la transpirație” este o continuare logică a unei căutări de un deceniu pentru textile sensibile la umiditate și temperatură. O nouă lucrare publicată în Science Advances adaugă celuloza bacteriană naturală în domeniu ca „inima” izolației adaptive și arată o amplitudine mare a schimbării grosimii (13 → 2 mm), împreună cu o creștere a timpului de confort termic - fără fire și senzori.

Sursa: Îmbrăcăminte de încălzire adaptativă, sensibilă la transpirație, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472