Des chercheurs inventent des vêtements robotisés souples et intelligents pour une adaptation thermique automatique en cas de chaleur extrême
À mesure que le réchauffement climatique s’intensifie, les gens souffrent de plus en plus de chaleur extrême. Pour ceux qui travaillent dans un environnement à haute température, à l’intérieur ou à l’extérieur, il devient particulièrement crucial de maintenir un confort thermique.
Une équipe dirigée par le Dr Dahua Shou, jeune chercheur doté de la bourse Limin en technologies textiles avancées et professeur associé de l’École de mode et de textiles de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU), a développé des vêtements robotisés doux, isolés thermiquement et respirants, les premiers du genre, qui peuvent s’adapter automatiquement aux changements de température ambiante, contribuant ainsi à garantir la sécurité des travailleurs dans les environnements chauds.
Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans Sciences avancées.
Maintenir une température corporelle constante est l’une des exigences les plus importantes pour vivre et travailler. Les environnements à haute température augmentent la consommation d’énergie, ce qui entraîne un stress thermique accru, aggravant ainsi les maladies chroniques telles que les maladies cardiovasculaires, le diabète, les problèmes de santé mentale et l’asthme, tout en augmentant le risque de transmission de maladies infectieuses.
Selon l’Organisation mondiale de la santé, à l’échelle mondiale, environ 489 000 décès liés à la chaleur ont eu lieu chaque année entre 2000 et 2019, dont 45 % en Asie et 36 % en Europe.
Les vêtements de protection thermique sont essentiels pour protéger les individus dans des environnements à températures extrêmement élevées, comme les pompiers qui doivent être présents sur les lieux d’incendie et les ouvriers du bâtiment qui travaillent à l’extérieur pendant de longues périodes.
Cependant, les équipements traditionnels sont limités par une résistance thermique statiquement fixe, ce qui peut entraîner une surchauffe et un inconfort dans des conditions modérées, tandis que leur isolation thermique peut ne pas offrir une protection suffisante en cas d’incendie extrême et d’autres environnements à haute température.
Pour résoudre ce problème, le Dr Shou et son équipe ont développé des vêtements robotisés souples intelligents pour l’adaptation automatique de la température et l’isolation thermique dans les environnements chauds, offrant une protection personnelle et un confort thermique supérieurs sur une gamme de températures.
Leurs recherches s’inspirent du biomimétisme dans la nature, comme le mécanisme de régulation thermique adaptative des pigeons, qui repose principalement sur des changements structurels. Les pigeons utilisent leurs plumes pour piéger une couche d’air autour de leur peau afin de réduire la perte de chaleur dans l’environnement. Lorsque la température baisse, ils gonflent leurs plumes pour piéger une quantité importante d’air immobile, augmentant ainsi la résistance thermique et retenant la chaleur.
Les vêtements de protection développés par l’équipe utilisent un textile robotisé souple pour une gestion thermique adaptative dynamique. Des actionneurs souples, conçus comme un exosquelette à motif de réseau humain et encapsulant un fluide non toxique, ininflammable et à faible point d’ébullition, ont été stratégiquement intégrés dans les vêtements.
Ce système thermo-stimulé transforme le fluide d’un liquide en gaz lorsque la température ambiante augmente, provoquant l’expansion des actionneurs souples et l’épaississement de la matrice textile, améliorant ainsi l’espace d’air immobile et doublant la résistance thermique de 0,23 à 0,48 Km2/W.
Les vêtements de protection peuvent également maintenir la température de la surface intérieure au moins 10 °C plus fraîche que les vêtements résistants à la chaleur conventionnels, même lorsque la surface extérieure atteint 120 °C.
Ce textile robotique souple unique, fabriqué à partir de polyuréthane thermoplastique, est doux, résistant et durable. Il est notamment beaucoup plus doux pour la peau et plus confortable que les vêtements thermosensibles intégrant des alliages à mémoire de forme et est ajustable pour une large gamme de vêtements de protection.
Les actionneurs souples n’ont montré aucun signe de fuite après avoir subi des tests de lavage standard rigoureux. La structure de tricotage poreuse et espacée du matériau peut également réduire considérablement le transfert de chaleur par convection tout en maintenant une respirabilité élevée de l’humidité.
Ne s’appuyant pas sur des puces thermoélectriques ou des systèmes de refroidissement liquide circulatoire pour le refroidissement ou la conduction thermique, les vêtements robotiques légers et souples peuvent réguler efficacement la température eux-mêmes sans aucune consommation d’énergie.
Le Dr Shou a déclaré : « Le port d’un équipement lourd de lutte contre les incendies peut être extrêmement étouffant. Lorsque les pompiers quittent une scène d’incendie et retirent leur équipement, ils perdent parfois près d’un kilo de sueur de leurs bottes. Cela m’a motivé à développer une nouvelle combinaison capable de s’adapter à diverses températures environnementales tout en conservant une excellente respirabilité.
« Nos vêtements robotisés souples peuvent s’adapter en toute transparence aux différentes saisons et climats, aux multiples conditions de travail et de vie et aux transitions entre les environnements intérieurs et extérieurs pour aider les utilisateurs à bénéficier d’un confort thermique constant sous une chaleur intense. »
En regardant vers l’avenir, le Dr Shou estime que l’innovation a un large éventail d’applications potentielles, allant des vêtements de sport, des vestes d’hiver, des vêtements de soins de santé et des équipements de plein air, à l’isolation durable à base de textiles pour la construction et les bâtiments, contribuant aux efforts d’économie d’énergie.
Le Dr Shou et son équipe ont également étendu le concept thermo-adaptatif pour développer des vestes gonflables et respirantes ainsi que des vêtements chauds. Ces vêtements robotisés souples sont adaptés aux environnements à basse température ou aux chutes de température soudaines pour aider les personnes bloquées dans la nature à maintenir une température corporelle normale.
Plus d’informations :
Xiaohui Zhang et al., Textiles robotiques souples pour une gestion thermique personnelle adaptative, Sciences avancées (2024). DOI : 10.1002/advs.202309605
Fourni par l’Université polytechnique de Hong Kong
Citation: Des chercheurs inventent des vêtements robotiques souples et intelligents pour une adaptation thermique automatique en cas de chaleur extrême (2024, 13 août) récupéré le 13 août 2024 à partir de
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