مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو یک پچ پوشیدنی ایجاد کرده اند که می تواند سرمایش و گرمایش شخصی را در خانه ، محل کار یا محل کار فراهم کند. وصله نرم و کششی پوست کاربر را تا دمای راحت خنک یا گرم می کند و با تغییر دمای محیط آن را در آنجا نگه می دارد. این دستگاه از یک باتری قابل انعطاف پذیر و کششی برخوردار است و می تواند در لباس تعبیه شود. محققان می گویند پوشیدن آن می تواند به صرفه جویی در مصرف انرژی در تهویه هوا و گرمایش كمك كند.
این اثر در تاریخ 17 مه در مجله Science Advances منتشر شده است .
رکن کان ، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در UC سن دیگو که رهبری این مطالعه را انجام می دهد ، گفت: "این نوع دستگاه می تواند راحتی حرارتی شخصی شما را بهبود بخشد ، چه در روز گرم و چه در مسافرت احساس سرمازدگی کنید."
این دستگاه که در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد نیز می تواند موجب صرفه جویی در مصرف انرژی شود . چن گفت: "اگر پوشیدن این وسیله باعث می شود در طیف وسیعی از دمای هوا احساس راحتی داشته باشید ، دیگر نیازی به خنک کردن ترموستات در تابستان یا گرما به همان اندازه در زمستان نخواهید داشت." وی خاطرنشان کرد: نگه داشتن دمای تعیین شده ساختمان در طول تابستان 12 درجه بالاتر در طول تابستان ، می تواند هزینه های سرمایش را حدود 70 درصد کاهش دهد.
انواع دستگاه های خنک کننده و گرمایشی شخصی در بازار وجود دارد ، اما لباس راحتی و حمل آنها مناسب ترین نیست. بعضی از آنها از فن استفاده می کنند و بعضی دیگر باید خیس شوند یا با مایعات مانند آب پر شوند.
چن و تیمی از محققان دانشکده مهندسی دانشگاه UC San Diego Jacobs دستگاه خود را برای پوشیدن راحت و راحت طراحی کردند. این انعطاف پذیر ، سبک وزن است و به راحتی می تواند در لباس ادغام شود.
بازوبند تعبیه شده با بسته باتری قابل انعطاف (سمت چپ) ، مدار قابل کشش (مرکز) و پچ خنک کننده / گرمایش (سمت راست). اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
این پچ از آلیاژهای ترموالکتریک ساخته شده است - از موادی که برای ایجاد اختلاف دما از الکتریسیته استفاده می کنند و برعکس ، بین ورق های الاستومر کشیده ساندویچ می شود. دستگاه از نظر جسمی پوست را خنک می کند و یا آن را گرم می کند تا دمای آن را انتخاب کند.
وی گفت: "شما می توانید این کار را روی نقاطی که تمایل به گرم شدن یا خنک شدن سریعتر از بقیه بدن مانند پشت ، گردن ، پا یا بازوها دارید ، قرار دهید تا هنگام گرما یا گرما بیش از حد راحت باشید." نویسنده Sahngki Hong ، دانش آموخته مهندسی مکانیک UC San Diego که به عنوان دکتری در این پروژه کار می کرد. دانش آموز در آزمایشگاه چن.
محققان نمونه اولیه پچ را در یک بازوبند مش قرار داده و آن را بر روی یک موضوع مرد آزمایش کردند. آزمایشات در یک محیط کنترل دما انجام شد. در دو دقیقه ، پچ ، پوست تستر را تا دمای تعیین شده 89.6 درجه فارنهایت خنک کرد. این پوست تستر را در آن دما نگه می داشت زیرا دمای محیط بین 71.6 تا 96.8 درجه فارنهایت متغیر بود.
بلوک ساختمانی برای لباس های هوشمند
هدف نهایی ترکیب چندین تکه در کنار هم برای ایجاد لباس هوشمند است که می تواند برای خنک کننده و گرمایش شخصی پوشیده شود. بنابراین مهندسین یک پچ الکترونیکی نرم طراحی کردند که بدون اینکه عملکرد الکترونیکی آن به خطر بیفتد ، می تواند کشش ، خم و پیچش کند.
این کار همکاری بین چندین گروه تحقیقاتی در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs است. آزمایشگاه چن که در فناوری انتقال حرارت تخصص دارد ، این تحقیق را به عهده گرفت. آنها با اساتید نانو مهندسی شنگ زو ، متخصص الکترونیک کششی ، شرلی منگ ، متخصص فناوری باتری ، پینگ لیو ، که یک متخصص باتری است ، و جوزف وانگ ، یک متخصص در زمینه حسگرهای پوشیدنی ، همکاری کردند.
خنک کننده انعطاف پذیر ، کشش و گرمایش. اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
محققان این پچ را با گرفتن ستونهای کوچک از مواد حرارتی (ساخته شده از آلیاژهای تیزورید بیسموت) ساختند و آنها را به نوارهای نازک الکترود مس بچسباندند و آنها را بین دو صفحه الاستومر ساندویچ کردند.
ورق ها به طور خاص ساخته شده اند تا گرما را نرم و بدون کشش انجام دهند. محققان این ورقها را با مخلوط کردن یک ماده لاستیکی به نام Ecoflex با پودر نیترید آلومینیوم ، ماده ای با هدایت حرارتی بالا ایجاد کردند .
پچ از یک جریان الکتریکی برای انتقال گرما از یک صفحه الاستومر به دیگری استفاده می کند. از آنجا که جریان در ستونهای تلوراید بیسموت جریان می یابد ، گرما را به همراه آن هدایت می کند و باعث می شود یک طرف پچ گرم شود و دیگری خنک شود.
چن توضیح داد: "برای انجام خنک کننده ، گرمای فعلی پمپ وکیوم آبی را از طرف پوست گرفته تا لایه ای که به سمت خارج است". "برای انجام گرمایش ، ما فقط جریان را معکوس می کنیم تا پمپ های گرما در جهت دیگر قرار گیرند."
پچ از یک باتری انعطاف پذیر استفاده می شود. این مجموعه از سلولهای سکه ساخته شده توسط سیمهای مسی بهار شکل متصل شده و در یک ماده کششی تعبیه شده است.
پچ خنک کننده / گرمایش. اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
صرفه جویی در انرژی
یک پچ اندازه 5 × 5 سانتیمتر دارد و از توان حداکثر 0.2 وات استفاده می کند. تیم چن تخمین می زند که 144 تکه برای ایجاد جلیقه خنک کننده لازم است. در این حالت از تقریباً 26 وات برای خنک کردن یک فرد به طور متوسط در روز گرم استفاده می شود (در هنگام گرمای شدید ، میزان مصرف انرژی تخمین زده شده تا 80 وات بالا می رود ، این در مورد میزان استفاده از لپ تاپ است). در مقایسه ، یک سیستم تهویه مطبوع معمولی برای خنک کردن یک دفتر از ده ها کیلووات استفاده می کند.
محققان خاطرنشان كردند كه خنك كردن يك فرد از يك اتاق بزرگ صرفه جويي تر است. چن گفت: "اگر تعداد معدودی از سرنشینان در آن اتاق وجود دارند ، شما برای خنک کردن در اصل هزاران وات را برای هر شخص مصرف می کنید. دستگاهی مانند پچ می تواند به صورت چشمگیری در صورتحساب خنک کننده کاهش یابد."
این تیم اکنون در حال کار بر روی تکه هایی است که می تواند در جلیقه خنک کننده و گرمایش نمونه اولیه ساخته شود. آنها امیدوارند تا چند سال دیگر این فناوری را تجاری کنند.
چن گفت: "ما مشکلات اساسی را حل کردیم ، اکنون در حال حل مشکلات بزرگ مهندسی هستیم - الکترونیک ، سخت افزار و توسعه یک برنامه موبایل برای کنترل دما ."
مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو یک پچ پوشیدنی ایجاد کرده اند که می تواند سرمایش و گرمایش شخصی را در خانه ، محل کار یا محل کار فراهم کند. وصله نرم و کششی پوست کاربر را تا دمای راحت خنک یا گرم می کند و با تغییر دمای محیط آن را در آنجا نگه می دارد. این دستگاه از یک باتری قابل انعطاف پذیر و کششی برخوردار است و می تواند در لباس تعبیه شود. محققان می گویند پوشیدن آن می تواند به صرفه جویی در مصرف انرژی در تهویه هوا و گرمایش كمك كند.
این اثر در تاریخ 17 مه در مجله Science Advances منتشر شده است .
رکن کان ، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در UC سن دیگو که رهبری این مطالعه را انجام می دهد ، گفت: "این نوع دستگاه می تواند راحتی حرارتی شخصی شما را بهبود بخشد ، چه در روز گرم و چه در مسافرت احساس سرمازدگی کنید."
این دستگاه که در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد نیز می تواند موجب صرفه جویی در مصرف انرژی شود . چن گفت: "اگر پوشیدن این وسیله باعث می شود در طیف وسیعی از دمای هوا احساس راحتی داشته باشید ، دیگر نیازی به خنک کردن ترموستات در تابستان یا گرما به همان اندازه در زمستان نخواهید داشت." وی خاطرنشان کرد: نگه داشتن دمای تعیین شده ساختمان در طول تابستان 12 درجه بالاتر در طول تابستان ، می تواند هزینه های سرمایش را حدود 70 درصد کاهش دهد.
انواع دستگاه های خنک کننده و گرمایشی شخصی در بازار وجود دارد ، اما لباس راحتی و حمل آنها مناسب ترین نیست. بعضی از آنها از فن استفاده می کنند و بعضی دیگر باید خیس شوند یا با مایعات مانند آب پر شوند.
چن و تیمی از محققان دانشکده مهندسی دانشگاه UC San Diego Jacobs دستگاه خود را برای پوشیدن راحت و راحت طراحی کردند. این انعطاف پذیر ، سبک وزن است و به راحتی می تواند در لباس ادغام شود.
بازوبند تعبیه شده با بسته باتری قابل انعطاف (سمت چپ) ، مدار قابل کشش (مرکز) و پچ خنک کننده / گرمایش (سمت راست). اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
این پچ از آلیاژهای ترموالکتریک ساخته شده است - از موادی که برای ایجاد اختلاف دما از الکتریسیته استفاده می کنند و برعکس ، بین ورق های الاستومر کشیده ساندویچ می شود. دستگاه از نظر جسمی پوست را خنک می کند و یا آن را گرم می کند تا دمای آن را انتخاب کند.
وی گفت: "شما می توانید این کار را روی نقاطی که تمایل به گرم شدن یا خنک شدن سریعتر از بقیه بدن مانند پشت ، گردن ، پا یا بازوها دارید ، قرار دهید تا هنگام گرما یا گرما بیش از حد راحت باشید." نویسنده Sahngki Hong ، دانش آموخته مهندسی مکانیک UC San Diego که به عنوان دکتری در این پروژه کار می کرد. دانش آموز در آزمایشگاه چن.
محققان نمونه اولیه پچ را در یک بازوبند مش قرار داده و آن را بر روی یک موضوع مرد آزمایش کردند. آزمایشات در یک محیط کنترل دما انجام شد. در دو دقیقه ، پچ ، پوست تستر را تا دمای تعیین شده 89.6 درجه فارنهایت خنک کرد. این پوست تستر را در آن دما نگه می داشت زیرا دمای محیط بین 71.6 تا 96.8 درجه فارنهایت متغیر بود.
بلوک ساختمانی برای لباس های هوشمند
هدف نهایی ترکیب چندین تکه در کنار هم برای ایجاد لباس هوشمند است که می تواند برای خنک کننده و گرمایش شخصی پوشیده شود. بنابراین مهندسین یک پچ الکترونیکی نرم طراحی کردند که بدون اینکه عملکرد الکترونیکی آن به خطر بیفتد ، می تواند کشش ، خم و پیچش کند.
این کار همکاری بین چندین گروه تحقیقاتی در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs است. آزمایشگاه چن که در فناوری انتقال حرارت تخصص دارد ، این تحقیق را به عهده گرفت. آنها با اساتید نانو مهندسی شنگ زو ، متخصص الکترونیک کششی ، شرلی منگ ، متخصص فناوری باتری ، پینگ لیو ، که یک متخصص باتری است ، و جوزف وانگ ، یک متخصص در زمینه حسگرهای پوشیدنی ، همکاری کردند.
خنک کننده انعطاف پذیر ، کشش و گرمایش. اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
محققان این پچ را با گرفتن ستونهای کوچک از مواد حرارتی (ساخته شده از آلیاژهای تیزورید بیسموت) ساختند و آنها را به نوارهای نازک الکترود مس بچسباندند و آنها را بین دو صفحه الاستومر ساندویچ کردند.
ورق ها به طور خاص ساخته شده اند تا گرما را نرم و بدون کشش انجام دهند. محققان این ورقها را با مخلوط کردن یک ماده لاستیکی به نام Ecoflex با پودر نیترید آلومینیوم ، ماده ای با هدایت حرارتی بالا ایجاد کردند .
پچ از یک جریان الکتریکی برای انتقال گرما از یک صفحه الاستومر به دیگری استفاده می کند. از آنجا که جریان در ستونهای تلوراید بیسموت جریان می یابد ، گرما را به همراه آن هدایت می کند و باعث می شود یک طرف پچ گرم شود و دیگری خنک شود.
چن توضیح داد: "برای انجام خنک کننده ، گرمای فعلی پمپ وکیوم آبی را از طرف پوست گرفته تا لایه ای که به سمت خارج است". "برای انجام گرمایش ، ما فقط جریان را معکوس می کنیم تا پمپ های گرما در جهت دیگر قرار گیرند."
پچ از یک باتری انعطاف پذیر استفاده می شود. این مجموعه از سلولهای سکه ساخته شده توسط سیمهای مسی بهار شکل متصل شده و در یک ماده کششی تعبیه شده است.
پچ خنک کننده / گرمایش. اعتبار: دیوید بیلوت / دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs
صرفه جویی در انرژی
یک پچ اندازه 5 × 5 سانتیمتر دارد و از توان حداکثر 0.2 وات استفاده می کند. تیم چن تخمین می زند که 144 تکه برای ایجاد جلیقه خنک کننده لازم است. در این حالت از تقریباً 26 وات برای خنک کردن یک فرد به طور متوسط در روز گرم استفاده می شود (در هنگام گرمای شدید ، میزان مصرف انرژی تخمین زده شده تا 80 وات بالا می رود ، این در مورد میزان استفاده از لپ تاپ است). در مقایسه ، یک سیستم تهویه مطبوع معمولی برای خنک کردن یک دفتر از ده ها کیلووات استفاده می کند.
محققان خاطرنشان كردند كه خنك كردن يك فرد از يك اتاق بزرگ صرفه جويي تر است. چن گفت: "اگر تعداد معدودی از سرنشینان در آن اتاق وجود دارند ، شما برای خنک کردن در اصل هزاران وات را برای هر شخص مصرف می کنید. دستگاهی مانند پچ می تواند به صورت چشمگیری در صورتحساب خنک کننده کاهش یابد."
این تیم اکنون در حال کار بر روی تکه هایی است که می تواند در جلیقه خنک کننده و گرمایش نمونه اولیه ساخته شود. آنها امیدوارند تا چند سال دیگر این فناوری را تجاری کنند.
چن گفت: "ما مشکلات اساسی را حل کردیم ، اکنون در حال حل مشکلات بزرگ مهندسی هستیم - الکترونیک ، سخت افزار و توسعه یک برنامه موبایل برای کنترل دما ."
تحقیقات نشان می دهد که یادگیری ماشین موانع زبان را در تجارت جهانی کاهش می دهد