Топливный элемент, работающий на поте, и другие функции умной одежды
Следующим этапом в эволюции гаджетов станет одежда. В сравнении с девайсами у нее есть пара существенных преимуществ: во-первых, большая площадь, которую можно использовать в качестве источника энергии, например, разместив солнечную батарею, во-вторых, близость к телу — значит, одежда может следить за жизненно важными показателями: сердцебиением, температурой тела, дыханием.
Это особенно важно для людей, страдающих хроническими заболеваниями и нуждающихся в постоянном наблюдении. Да и адептам здорового образа жизни, озабоченным физической формой, умная экипировка с сенсорами, передающими данные о пульсе, давлении, физической активности, потраченных калориях, как нельзя более кстати. Электронные датчики и биосенсоры, встроенные в ткань, соприкасающуюся с телом, работают намного точнее, чем, скажем, датчики на фитнес-браслете или тот же софт в камере, записывающей на видео тренировку. Используя в спортивных костюмах разветвленную сетку сенсоров и технологию электромиографии, можно контролировать даже загруженность мышц, что позволяет регулировать интенсивность тренировок и проводить их эффективнее.
Современные технологии предоставляют, казалось бы, большие возможности для производства умной одежды, тем не менее она все еще медленно и неуверенно появляется на рынке. Аккумуляторы и цифровые дисплеи, используемые при ее изготовлении, порой слишком тяжелые и плохо гнутся, да и вставлять их в одежду для каждодневной носки — задача не из легких. Умный текстиль, как правило, не слишком комфортен и чересчур дорог в изготовлении. Поэтому сегодня как никогда актуально производство легкой и гибкой материи, которая была бы достаточно плотной и стойкой, приятной для кожи и наряду с этим могла бы служить источником энергии.
Недавно организованный усилиями РГУ им. А. Н. Косыгина и Курчатовского института инновационный Центр биодизайна как раз и призван заняться разработкой такой ткани. В планах центра — создание текстильных материалов со встроенным биотопливным элементом, способным потреблять содержащиеся в поте человека органические вещества, чтобы генерировать электричество. Да, все мы потеем. Природа наградила нас от 2 млн до 4 млн потовых желез, разбросав их по всей поверхности тела. Уже через три-четыре недели после нашего рождения так называемые эккриновые железы приступают к работе и трудятся без устали всю жизнь. Даже в состоянии покоя мы продолжаем производить 400–600 мл пота в день, правда, делаем это незаметно для себя и окружающих. Как известно, пот на 98% состоит из воды. Зато оставшиеся 2% — просто кладезь самых разных химических соединений, среди которых мочевина, мочевая кислота, аммиак и креатинин, гистамин, стероидные гормоны, холестерин, аминокислоты, серин, гистидин, глюкоза, а еще ионы натрия, калия, магния, кальция, хлора, фосфора, йода. Высвобождать сокрытую в них энергию исследователи из Центра биодизайна планируют с помощью биотопливных элементов. А поскольку их электроды будут выполнены из новых полимерных материалов с иммобилизованными ферментами, это позволит материалу сохранить свою гибкость и небольшой вес. Пробные образцы уже получены в лабораторных условиях. Основная задача совместной работы двух институтов — разработать технологию нанесения и закрепления электродов в тканях без потери их свойств.
Для этих целей планируют использовать ткань на основе технической конопли. Выбор обусловлен сочетанием ее хороших гигиенических, антистатических качеств с высокой способностью к впитыванию, что дает возможность эффективно наносить «пропитку» из новых полимерных материалов для придания материалу особых свойств. Именно эта способность конопли поможет интегрировать электроды в ткань, превратив ее в неиссякаемый источник энергии, оставаясь при этом легкой и комфортной, поскольку избавит от необходимости вшивать в нее тяжелые и неудобные аккумуляторы и провода.
Попытки превратить пот в источник энергии предпринимаются и на Западе. В частности, специалисты Института микросистемной техники при Фрайбургском университете в Германии ищут способ использовать его в качестве топлива для кардиостимуляторов и кохлеарных имплантатов для людей, страдающих тяжелой потерей слуха. Задача такого имплантата — стимулировать электрическими импульсами волокна слухового нерва в улитке. Справляется он с ней превосходно, но у слухового имплантата есть один и существенный недостаток, его подпитывающее устройство крепится на голове. И если немецким ученым удастся реализовать схему, при которой энергию, необходимую для функционирования кохлеарного имплантата, будет поставлять сам организм, это существенно повысит качество жизни людей с проблемами слуха.
Но все эти проекты — только в процессе разработки, и потребуется немало времени, чтобы воплотить их в жизнь. А пока расскажем, какими плодами современных технологий можно воспользоваться уже сейчас. Оснащенный биометрическим беспроводным фитнес-трекером спортивный бюстгальтер OMbra канадской компании OmSignal, специализирующейся на биосенсорной одежде, позволяет фиксировать частоту сердечных сокращений, ритм дыхания, количество потраченных калорий, пройденное расстояние. Умная футболка Mijia Cardiogram китайского электронного гиганта Xiaomi, обладающая способностью безындукционно улавливать токи человеческого тела, также определяет частоту сердечных сокращений, благодаря инновационным сенсорным волокнам COTECH, вплетенным в ее материал. А кроме этого с помощью оптического датчика, закрепленного в районе грудной клетки, может еще и записывать электрокардиограмму в режиме реального времени. Умная куртка Levi's® Commuter™ Trucker Jacket из жаккардовой ткани от Google, произведенной по новой технологии Project Jacquard, дает возможность легко и без проводов подключить одежду к смартфону. Для того чтобы ответить на звонок или проверить сообщения, достаточно лишь нажать на манжету или провести по ней пальцем. Причем функционал каждого движения можно настроить самостоятельно. Фирма Levi's отказалась от вплетения проводящих нитей непосредственно в ткань, а вместо этого добавила небольшую сенсорную полоску в манжету левого рукава. Кроме того, что передатчик стал меньше и легче, это еще позволило и удешевить изделие.
И хотя умная одежда у нас все еще в новинку, безусловно, она не только облегчает нашу жизнь, но делает ее комфортнее и интереснее.