理大學者研發(fā)智能軟件機器人防護衣 自動調(diào)溫隔熱

全球暖化持續(xù)加劇，令大眾飽受高溫天氣的煎熬，而保持人體熱舒適度對于高溫環(huán)境下的工作人士尤為重要。香港理工大學（理大）利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授壽大華博士帶領的研究團隊，成功研發(fā)首款采用軟體機器人紡織物料，可適應環(huán)境溫度變化而自動調(diào)溫的智能防護衣，同時有效隔熱透氣，保障高溫環(huán)境下的工作安全。研究結(jié)果已于知名國際跨學科綜合期刊《Advanced Science》上發(fā)表。

維持合適體溫是保持生活質(zhì)素和促進工作效率的關鍵因素之一。相反，高溫環(huán)境會增加熱壓力，加重身體能量消耗，為健康帶來威脅，包括加劇心血管疾病、糖尿病、精神健康和氣喘問題，同時增加傳染病傳播風險。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，2000 年至 2019 年期間，全球每年約 48.9 萬人因高溫相關原因死亡，其中在亞洲和歐洲的個案分別佔 45% 及 36%。

理大利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授壽大華博士帶領的研究團隊，成功研發(fā)首款采用軟件機器人紡織物料，可適應環(huán)境溫度變化而自動調(diào)溫的智能防護衣，同時有效隔熱透氣，保障高溫環(huán)境下的工作安全。

熱防護衣是保護極端高溫下工作人士的重要裝備，尤其是需要身處火災現(xiàn)場的消防員和長期在戶外工作的建築工人。然而，傳統(tǒng)防護衣的熱阻固定不變，在常溫環(huán)境下穿著容易因過熱造成不適；若用于火災現(xiàn)場和極端高溫環(huán)境，其隔熱效能又未必足夠。為此，壽大華博士及其研究團隊研發(fā)了一款智能軟體機器人防護衣，可以根據(jù)用家身處的環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)隔熱效能，在不同溫度下提供卓越的熱防護和熱舒適度。

研究的靈感源于自然界的仿生學，例如鴿子主要基于結(jié)構(gòu)變化的自適應熱調(diào)節(jié)機制。鴿子常利用羽毛在皮膚附近形成一層空氣間隙，減少熱量流失于環(huán)境中。而當溫度下降時，鴿子會豎起羽毛使其變厚且蓬鬆，以積蓄大量靜止空氣，增加熱阻來提高保暖效果。

團隊開發(fā)的防護衣采用自動調(diào)節(jié)熱溫度的軟體機器人紡織布，借鑑人體外骨骼排列和分布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將軟體驅(qū)動器置于防護衣內(nèi)相應支撐區(qū)域。其熱適應原理是在軟體驅(qū)動器中封裝無毒不燃的低沸點液體，在環(huán)境溫度升高時，封裝的液體由水態(tài)變成氣態(tài)，令軟體驅(qū)動器膨脹，并使紡織物料結(jié)構(gòu)變厚，靜止空氣層因此擴大，使熱阻提升一倍多（從 0.23 Km2/W 提升至 0.48Km2/W）。當防護衣的外表面溫度達到攝氏 120 度，相比于傳統(tǒng)熱防護衣，這種低成本的智能防護衣內(nèi)表面溫度可降低攝氏 10 度以上。

另外，這種基于聚氨酯的軟體機器人紡織物料擁有柔軟、堅韌及耐用的特點，相比形狀記憶合金熱敏防護衣，質(zhì)感更貼膚舒適，亦可任意調(diào)整形狀，有助廣泛應用于不同類型的防護衣；即使經(jīng)過嚴格洗滌測試，也不會出現(xiàn)滲漏情況。這款紡織物料的多孔間隔針織結(jié)構(gòu)亦可顯著減少對流熱傳導，令防護衣保持高透濕度。此外，這款軟體機器人防護衣既輕巧，又毋需熱電晶片或循環(huán)液冷卻系統(tǒng)進行冷卻或加熱，即在不消耗任何能量的情況下仍能有效調(diào)節(jié)溫度。

壽大華博士表示：「穿著厚重的消防服會感到非常悶熱，當消防員離開火場脫下裝備后，靴子有時候甚至可倒出近一磅汗水。這激發(fā)了我去開發(fā)一種能適應不同環(huán)境溫度、同時具備良好透氣性的防護衣。我們研發(fā)的智能軟體機器人防護衣能適應不同季節(jié)和氣候、各種工作和生活條件，以及室內(nèi)外環(huán)境溫差等，令用家在高溫及極端環(huán)境下獲得持續(xù)的熱舒適體感。」

展望未來，壽博士認為這項創(chuàng)新技術有望廣泛應用于運動服、醫(yī)療保健服、戶外裝備等領域，以及作為建築用熱適應紡織隔熱材料，達致節(jié)能的效果。他的團隊亦擴展軟體機器人服裝技術的應用層面，在創(chuàng)新科技署和香港紡織及成衣研發(fā)中心資助下，研發(fā)出適用于低溫環(huán)境或氣溫驟降的高透濕充氣外套和保暖服，有望幫助野外遇困人士在惡劣環(huán)境中維持正常體溫。

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