理大学者研发智能软件机器人防护衣 自动调温隔热 保障高温环境工作安全

2024-8-13 21:52:38 新闻来源:互联网

 香港 - Media OutReach Newswire - 2024 年8月 13日 - 全球暖化持续加剧,令大众饱受高温天气的煎熬,而保持人体热舒适度对于高温环境下的工作人士尤为重要。香港理工大学(理大)利民先进纺织科技青年学者、时装及纺织学院副教授寿大华博士带领的研究团队,成功研发首款采用软体机器人纺织物料,可适应环境温度变化而自动调温的智能防护衣,同时有效隔热透气,保障高温环境下的工作安全。研究结果已于知名国际跨学科綜合期刊《Advanced Science》上发表。

理大利民先进纺织科技青年学者、时装及纺织学院副教授寿大华博士带领的研究团队,成功研发首款采用软件机器人纺织物料,可适应环境温度变化而自动调温的智能防护衣,同时有效隔热透气,保障高温环境下的工作安全。

维持合适体温是保持生活質素和促进工作效率的关键因素之一。相反,高温环境会增加热压力,加重身体能量消耗,为健康带来威脅,包括加剧心血管疾病、糖尿病、精神健康和气喘问题,同时增加传染病传播风险。根据世界卫生组织的数据,2000 年至 2019 年期间,全球每年约 48.9 万人因高温相关原因死亡,其中在亚洲和欧洲的个案分别佔 45% 及 36%。

热防护衣是保护极端高温下工作人士的重要装备,尤其是需要身处火災现场的消防员和长期在户外工作的建築工人。然而,传统防护衣的热阻固定不变,在常温环境下穿着容易因过热造成不适;若用于火災现场和极端高温环境,其隔热效能又未必足够。为此,寿大华博士及其研究团队研发了一款智能软体机器人防护衣,可以根据用家身处的环境温度自动调节隔热效能,在不同温度下提供卓越的热防护和热舒适度。

研究的灵感源于自然界的仿生学,例如鸽子主要基于结构变化的自适应热调节机制。鸽子常利用羽毛在皮肤附近形成一层空气间隙,减少热量流失于环境中。而当温度下降时,鸽子会竖起羽毛使其变厚且蓬鬆,以积蓄大量静止空气,增加热阻来提高保暖效果。

团队开发的防护衣采用自动调节热温度的软体机器人纺织布,借鑑人体外骨骼排列和分布的网狀结构,将软体驱动器置于防护衣内相应支撑区域。其热适应原理是在软体驱动器中封装无毒不燃的低沸点液体,在环境温度升高时,封装的液体由水态变成气态,令软体驱动器膨胀,并使纺织物料结构变厚,静止空气层因此扩大,使热阻提升一倍多(从 0.23 Km²/W 提升至 0.48Km²/W)。当防护衣的外表面温度达到摄氏 120 度,相比于传统热防护衣,这种低成本的智能防护衣内表面温度可降低摄氏 10 度以上。

另外,这种基于聚氨酯的软体机器人纺织物料擁有柔软、坚韧及耐用的特点,相比形狀记憶合金热敏防护衣,質感更贴肤舒适,亦可任意调整形狀,有助广泛应用于不同类型的防护衣;即使经过严格洗涤测试,也不会出现渗漏情况。这款纺织物料的多孔间隔针织结构亦可显着减少对流热传导,令防护衣保持高透湿度。此外,这款软体机器人防护衣既轻巧,又毋需热电晶片或循环液冷却系统进行冷却或加热,即在不消耗任何能量的情况下仍能有效调节温度。

寿大华博士表示:「穿着厚重的消防服会感到非常闷热,当消防员离开火场脱下装备后,靴子有时候甚至可倒出近一磅汗水。这激发了我去开发一种能适应不同环境温度、同时具备良好透气性的防护衣。我们研发的智能软体机器人防护衣能适应不同季节和气候、各种工作和生活条件,以及室内外环境温差等,令用家在高温及极端环境下获得持续的热舒适体感。」

展望未来,寿博士认为这项创新技术有望广泛应用于运动服、医疗保健服、户外装备等领域,以及作为建築用热适应纺织隔热材料,达致节能的效果。他的团队亦扩展软体机器人服装技术的应用层面,在创新科技署和香港纺织及成衣研发中心资助下,研发出适用于低温环境或气温驟降的高透湿充气外套和保暖服,有望帮助野外遇困人士在恶劣环境中维持正常体温。




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