„Јакна која 'стиска' када се знојите“: Бактеријска целулоза је научила одећу да саморегулише топлоту

Сајенс Адвансес је описао „паметну“ топлу тканину, чије је пуњење направљено од природне бактеријске целулозе, која реагује на знојење: када је влажно око тела, материјал аутоматски постаје тањи, а када је сув, поново добија „надувеност“ и задржава топлоту. Код прототипа, дебљина се променила са око 13 мм (суво) на 2 мм (влажно), а општа идеја је да се продужи време термалне удобности без електронике и батерија.

Позадина

Шта сте раније пробали:

1. Фазно променљиви материјали (PCM) у микрокапсулама „гутају“ топлоту током топљења и ослобађају је током кристализације, али раде у уском температурном прозору и слабо реагују на стварно знојење.
2. Зрачеће тканине на бази нанопорозног полиетилена (наноПЕ) омогућавају пролазак термичког ИР зрачења тела, обезбеђујући пасивно „радијативно хлађење“, али ово је у суштини канал за уклањање, а не „саморегулација изолације“ током знојења.
3. Актуатори влажности/хигроморфне тканине мењају облик/поре када се влажност повећа, проширујући „зону удобности“ без жица - правац брзо сазрева.

• Проблем који решавају „паметне“ тканине. Термичка удобност одеће се урушава када се активност брзо промени: прегревање и знојење током напора, хипотермија због влажног слоја при заустављању. Стога се последњих година брзо развијају адаптивни термички/влажни текстил, који подешава размену топлоте без батерија и сложене електронике. Рецензије наглашавају кључни вектор - динамичко управљање топлотом и влагом на нивоу слоја влакана/тканине.
• Зашто је влажност/зној најбољи „окидач“. Зној је главни брзи маркер прегревања: чим се локална влажност повећа, систем треба да смањи термички отпор (мање „надутости“/ваздушних комора) и повећа испаравање; када се осуши, вратити изолацију. Отуда идеја о материјалима који аутоматски реагују на влажност, а не на спољашњу температуру. Ово штеди енергију и избегава гломазну електронику.
• Шта је бактеријска целулоза и зашто је перспективна? БЦ је биополимер који „узгајају“ бактерије сирћетне киселине ( Komagataeibacter ): формира нанофибриларну мрежу са високим капацитетом воде, чврстоћом, пропустљивошћу ваздуха и биокомпатибилношћу. У текстилној/материјалној науци, БЦ је цењен због своје осетљивости на влагу и одрживе производње од обновљивих сировина.
• Научна празнина коју нови чланак попуњава. Већина пасивних решења или уклања топлоту (радијативно) или је пуферује (PCM), слабо узимајући у обзир да сама влажност треба да „пребаци“ изолацију. Рад у часопису Science Advances користи BC слој као „срце“ топле одеће, који се тањи знојем (мање ваздуха → мање изолације) и поново исправља када се осуши - то јест, гради саморегулишућу топлотну изолацију на основу влажности тела.
• Контекст на терену: где се ово уклапа? Тренд је ка пасивним, био- и полимерним системима који проширују „прозор удобности“ без утрошка енергије корисника. Поред њих су: хигроморфни актуатори нове генерације (који показују приметно проширење зоне удобности) и радијационо хлађење на бази целулозе/биотехнологије — БХ се добро уклапа у ову „зелену“ грану личног термалног управљања.
• Практичне импликације за индустрију: Ако се „пуноћа“ БЦ изолације контролисана влагом потврди тестирањем носивих материјала (прање, хабање, мириси, подешавање прага одзива), произвођачи ће имати скалабилно, био-базирано пуњење за зимске/активне слојеве — са мање прегревања у покрету и мање дрхтања у мировању. Ово је комплементарно, а не конкурентно, решењима за радијантно и ПЦМ зрачење: могу се комбиновати у вишеслојним системима.

Како функционише

• Пуњење од бактеријске целулозе (БЦ) је природна „мрежа“ нанофибрила коју производе безопасне бактерије (познате свима из чајне гљивице/комбухе). Ова мембрана је лагана, издржљива, прозрачна и хидрофилна - савршено „осећа“ влагу.
• Када почнете да се знојите, локална влажност испод одеће се повећава, влакнасти слој губи своју „надувеност“ и спљошћава се - мање ваздуха унутра → мање изолације → телу је лакше да изгуби вишак топлоте. Чим се осушите, структура се поново исправља и враћа висок ниво топлотне изолације због ваздуха између влакана. То је једноставан пасивни механизам који ради на влагу, а не на електронику.

Шта су аутори показали

• Адаптација на зној и влагу. У сувим условима, материјал одржава максималну дебљину од ~13 мм, а при високој влажности (симулирајући знојење) се истањује на ~2 мм. Због такве „променљиве дебљине“, прототип значајно продужава време термичке удобности у поређењу са конвенционалном топлом тканином, посебно при промени режима „одмор → оптерећење“.
• Принцип је скалабилан. Аутори наглашавају да се „пуњење“ може ушити у различите врсте одеће — од постава до изолационих слојева — и прилагодити клими/оптерећењу.

Зашто је ово уопште потребно?

Класична топла одећа је компромис: што је слој топлији, то је већи ризик од „прегревања и знојења“, а затим и прекомерног хлађења због влажног доњег веша „мини-сауне“. Текстил, који слаби изолацију током знојења и враћа је када се осуши, помаже у одржавању „златне средине“ без непотребних рајсфершлуса, вентила и батерија. Влага игра кључну улогу у управљању топлотом код људи (топлота се односи испаравањем), па „паметне“ тканине све више уче да реагују специфично на влагу/влажност.

По чему се ово разликује од других паметних тканина?

• Нема електронике. За разлику од активних система (термоелементи/мека роботика), овде је у питању чиста физика материјала: мокро → тање, суво → дебље. Једноставније је, јефтиније и потенцијално издржљивије.
• Не „вентили“, већ „пуноћа“. Раније су се нудиле тканине са вентилима/порама за влагу или са дебљином хармонике на полимерним улошцима. Сада улогу „хармонике“ преузима природна бакцелулоза, већ позната у медицинским завојима и „зеленим“ текстилима.
• Еко-потенцијал. Бактеријска целулоза је биокомпатибилна и биоразградива, може се гајити без памука и нафте, а њена производња је у складу са тренутним трендом ка одрживим материјалима.

Где ово може бити корисно

• Зима у граду и „канцеларија-улица-подземна железница“. Промене активности и климе мање „бацају“ тело у топлоту/хладноћу – удобност „траје“ дуже.
• Планинарске/трчачке активности. Током пењања/трчања тканина вентилира, а приликом одмора поново изолује.
• Теренски и производни услови. Што је мање покретних делова и електронике, то је поузданије. (Плус плус за малу тежину и „прозрачност“ балистичког кора.)

Ограничења

Ово је још увек научни развој и прототип; још увек треба да се тестира за свакодневно ношење:

• Издржљивост и могућност прања (вишеструки циклуси влажења и сушења, „хемијско чишћење животног века“),
• Удобност коже и мириси при дужем ношењу,
• Постављање „прагова“ одговора за различите климатске/знојне профиле,
• Трошкови и скалирање узгоја бакцелулозе до ролни тканине. За поређење: област „терморегулишућих“ тканина активно расте, али само део идеја стиже до масовног тржишта.

Закључак

„Одећа која се прилагођава зноју“ је логичан наставак деценијске потраге за текстилом осетљивим на влагу и температуру. Нови рад у часопису „Science Advances“ додаје природну бактеријску целулозу у област као „срце“ адаптивне изолације и показује велику амплитуду промене дебљине (13 → 2 мм) заједно са повећањем времена термалне удобности - без жица и сензора.

Извор: Адаптивна топла одећа осетљива на зној, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472