Kain Pintar Mengubah Panas Menjadi Listrik

Bayangkan pakaian yang memantau suhu Anda, melacak aktivitas Anda, atau membuat Anda tetap hangat dengan sendirinya tanpa memerlukan sumber daya eksternal.

Nah, semua ini dan lebih banyak lagi dengan cepat menjadi kenyataan berkat semua penelitian dan pengembangan yang terjadi di persimpangan teknologi dan pakaian. 

Kemajuan teknologi telah mengubah hidup kita dengan membuat ponsel dan peralatan rumah tangga menjadi lebih pintar. Sekarang, bahkan pakaian kita pun menjadi cerdas, membuka kemungkinan yang membuka jalan bagi masa depan yang menarik dan lebih berkelanjutan.

Pasar tekstil pintar global sudah bernilai $4.1bln dan diproyeksikan naik menjadi $24.5 bln pada tahun 2032. Menariknya, pengambilan energi saat ini menyumbang pangsa terbesar pasar ini, menurut Markets and Markets.

Pengambilan energi mengubah energi lingkungan menjadi energi listrik untuk memberi daya pada perangkat elektronik otonom. Energi ini dapat diambil dari berbagai sumber, termasuk mekanik dan termal. Untuk membuat tekstil yang mengambil energi, bahan aktif biasanya ditambahkan ke permukaan tekstil atau ditenun atau disulam ke dalamnya. 

Kain pintar semacam itu berpotensi digunakan sebagai alternatif baterai, yang memerlukan pengisian ulang atau penggantian berkala karena hanya menyimpan energi terbatas. Dalam aplikasi tekstil yang dapat dipakai, baterai cenderung menjadi barang yang kaku dan besar yang harus dilepas sebelum mencuci sehingga memerlukan perbaikan.

Meskipun masih pada tahap awal, sektor ini tumbuh dengan cepat, didorong oleh kombinasi faktor, termasuk kemajuan teknologi, desain, permintaan konsumen, miniaturisasi, dan kebijakan pemerintah.

Sekarang, mari kita lihat inovasi menarik di sektor ini dan kekuatan harfiah pakaian yang kita kenakan!

Kain Pintar untuk Mengubah Panas Tubuh Menjadi Listrik

Salah satu perkembangan terbaru dan paling menggetarkan dibuat oleh peneliti dari University of Waterloo bekerja sama dengan institusi terkemuka dalam ilmu dan teknik tekstil di Jiangnan University, yang menciptakan kain pintar yang mengubah energi termal dari tubuh dan sinar matahari menjadi daya listrik.

Kain pintar ini memiliki kemampuan untuk menghasilkan daya, mengamati metrik kesehatan, dan melacak aktivitas fisik. Sensor-sensor ini memungkinkan kain mendeteksi perubahan suhu serta memantau tekanan, stres, dan komposisi kimia.

Salah satu aplikasi menjanjikan dari kain ini adalah masker wajah pintar yang dapat melacak suhu dan laju napas Anda serta mendeteksi bahan kimia untuk membantu mengidentifikasi kondisi seperti kanker paru-paru dan virus. Menurut Yuning Li, direktur Printable Electronic Materials Lab di Waterloo dan profesor di Departemen Teknik Kimia:

“Kami telah mengembangkan bahan kain dengan kemampuan sensing multifungsi dan potensi daya mandiri yang membawa kami lebih dekat ke aplikasi praktis untuk kain pintar.”

Kain yang dirancang tim ini fleksibel, berbasis MXene, termelektrik, dan dapat menentukan rangsangan regangan serta suhu secara tepat. Untuk mencapainya, tim mengembangkan lapisan polydopamine (PDA) perekat pada permukaan kain nilon, yang memfasilitasi penempelan MXene melalui ikatan hidrogen. 

MXene telah menarik banyak perhatian karena kombinasi sifatnya yang langka seperti struktur berlapis, fleksibilitas, area permukaan besar, konduktivitas listrik dan logam, biokompatibilitas, hidrofilisitas, kemampuan mengatur ukuran, dan kimia permukaan yang kaya. Studi tersebut mencatat:

“Kain termelektrik berbasis MXene yang dihasilkan menunjukkan kemampuan deteksi suhu yang luar biasa dan stabilitas siklus sekaligus memberikan sensitivitas tinggi, respons cepat (60 ms), dan daya tahan luar biasa dalam sensing regangan (3200 siklus).”  

Kain baru ini tidak hanya lebih hemat biaya, tahan lama, dan stabil dibandingkan kain lain di pasar, tetapi tidak seperti perangkat yang dapat dipakai saat ini yang memerlukan pengisian ulang sering, kain ini dapat beroperasi tanpa memerlukan sumber daya eksternal. Dengan cara ini, penelitian menunjukkan potensi besar mengintegrasikan polimer konduktif dan MXene dengan teknologi kain modern untuk kemajuan kain pintar.

Mencatat berbagai kemajuan dalam teknologi, termasuk AI yang berkembang cepat untuk menawarkan pemrosesan sinyal canggih bagi pemantauan kesehatan serta pelestarian makanan dan farmasi, Li berargumen bahwa semua kemajuan ini bergantung pada ‘pengumpulan data yang komprehensif, yang sensor tradisional—seringkali berat, mahal, dan tidak praktis—tidak dapat capai.’ Hal ini menjadikan sensor cetak yang tertanam dalam kain pintar ideal untuk pengumpulan dan pemantauan data secara kontinu, tambah Li.

Sementara kain inovatif ini menandai kemajuan signifikan dalam mewujudkan aplikasi tersebut, peneliti kini akan fokus pada peningkatan kemampuan kain lebih lanjut dan mengintegrasikannya dengan sistem elektronik. Aplikasi smartphone mungkin juga menjadi bagian dari pengembangan masa depan ini untuk melacak dan mengirim data dari kain ke profesional kesehatan untuk pemantauan kesehatan real-time dan non-invasif.

Kain Perintis Masa Depan

Kemajuan dalam pakaian pintar telah terjadi dengan cepat selama beberapa waktu sekarang. Pada tahun 2016, peneliti dari Georgia Institute of Technology di Atlanta menciptakan kain daya mikro-kabel yang dapat mengambil energi dari sinar matahari dan gerakan.created a micro-cable power fabric that could harvest energy from sunlight and motion.

Untuk ini, para ilmuwan menenun benang dengan sel surya berbasis serat tipis dan nanogenerator triboelektrik. Kain pintar yang dihasilkan memiliki lapisan tunggal setebal 320 μm dan dapat diintegrasikan ke dalam tenda, tirai, dan berbagai pakaian. Menurut studi, tekstil tersebut dapat langsung mengisi daya ponsel dan terus-menerus memberi daya pada jam elektronik.

Ilmuwan NTU Singapore juga berhasil mengembangkan ‘kain’ yang mengubah gerakan tubuh menjadi listrik. Untuk menciptakan kain yang dapat diregangkan dan tahan air ini, para ilmuwan menggunakan polimer yang mengubah gaya mekanik, seperti menekan atau memeras, menjadi energi listrik. Kain ini memiliki lapisan dasar spandex yang dapat diregangkan dan juga terintegrasi dengan bahan mirip karet yang membuatnya fleksibel, kuat, dan tahan air.

Dalam percobaan, tim menunjukkan bahwa mengetuk sepotong kecil kain ini menghasilkan energi listrik yang dapat secara efektif menyalakan seratus LED. Selain itu, mencuci, mengkerutkan, atau melipat kain tidak memengaruhi kinerja secara negatif dan dapat mempertahankan output listrik yang stabil hingga lima bulan.

“Kami pikir ini dapat ditenun ke dalam kaos atau diintegrasikan ke sol sepatu untuk mengumpulkan energi dari gerakan terkecil tubuh, menyalurkan listrik ke perangkat seluler.”

– Pemimpin studi Lee Pooi See, ilmuwan material, dan Profesor Associate Provost NTU

Meskipun kain pintar menjadi subjek banyak penelitian dan pengembangan, efektivitas biaya mereka tetap menjadi tantangan besar. Kekurangan praktikalitas mereka, kadang-kadang, juga dapat menjadi masalah.

Untuk mengatasi masalah ini, peneliti telah mengembangkan tekstil pintar generasi berikutnya yang dapat diproduksi secara murah dengan menggunakan mesin yang sama seperti pada pakaian konvensional. Peneliti pertama kali menunjukkan bahwa melapisi serat dengan bahan yang dapat menahan regangan dapat kompatibel dengan proses penenunan konvensional. Sekarang, tekstil pintar juga dapat dibuat menggunakan proses otomatis, tanpa batas pada ukuran atau bentuknya. 

Ini baru permulaan, karena semua minat pada tekstil pintar ini mengarah pada banyak inovasi menarik lainnya. Misalnya, kemajuan ini juga menghasilkan pengembangan perangkat yang dapat dipakai yang dapat disematkan ke dalam kain atau dipakai sebagai jaket. Perangkat ini dapat menyamarkan pemakainya dari sensor pendeteksi panas, seperti kacamata penglihatan malam, terlepas dari cuaca. 

Sementara permukaan perangkat memanas atau mendingin dengan cepat untuk menyesuaikan suhu lingkungan, menyembunyikan panas tubuh pemakai, bagian dalam tetap pada suhu yang sama dengan kulit manusia.

Sementara itu, di National University of Singapore, peneliti mengembangkan perangkat generasi listrik berbasis kelembapan (MEG) menggunakan kain, garam laut, tinta karbon, dan gel penyerap air khusus. Dengan menjaga satu ujung kain selalu basah dan ujung lainnya kering, kain berlapis karbon menghasilkan arus listrik dengan kapasitas menghasilkan listrik selama lebih dari 150 jam. Secara efektif berfungsi sebagai baterai, ia memberikan output listrik lebih tinggi daripada baterai AA konvensional, menunjukkan potensi untuk memberi daya pada elektronik sehari-hari.

The MEG device’s concept is built upon the ability of different materials to generate electricity from the interaction with moisture in the air. This demonstrates its suitability for various practical uses, such as wearable electronics and information storage devices.

Insinyur juga telah membuat transistor dan perangkat elektronik dari benang. Salah satu penelitian tersebut melibatkan menenun benang tipis ke dalam kain untuk menciptakan perangkat elektronik yang dapat dipakai di kulit atau ditanam secara bedah untuk pemantauan diagnostik. 

Transistor berbasis benang pertama (TBT) digabungkan dengan sensor berbasis benang untuk memungkinkan pembuatan perangkat yang sepenuhnya fleksibel dan multiplexed. TBT di sini melibatkan pelapisan benang linen dengan nanotube karbon untuk menciptakan permukaan semikonduktor bagi elektron bergerak dan kemudian menghubungkannya ke dua kawat emas tipis, salah satunya terhubung ke gel berisi elektrolit. 

Menurut penulis studi Sameer Sonkusale, profesor teknik listrik dan komputer di Tufts University School of Engineering:

“Ada banyak aplikasi medis di mana pengukuran biomarker secara real-time dapat penting untuk mengobati penyakit dan memantau kesehatan pasien. Kemampuan untuk sepenuhnya mengintegrasikan perangkat pemantauan diagnostik yang lembut dan lentur sehingga pasien hampir tidak menyadarinya dapat menjadi sangat kuat.”

Kain Cerdas untuk Menyesuaikan Diri dengan Perubahan Suhu 

Dimensi lain dari tekstil pintar yang sedang dieksplorasi adalah kain adaptif suhu, yang meningkatkan efisiensi energi dengan mengurangi kebutuhan sistem pemanas atau pendingin yang menggunakan daya.

Dalam konteks ini, penelitian baru dari Hong Kong Polytechnic University, yang dipublikasikan minggu ini, memperkenalkan pakaian robotik lunak yang dapat bernapas dan terisolasi termal yang dapat secara otomatis menyesuaikan diri dengan perubahan suhu lingkungan, membantu memastikan keselamatan pekerja di lingkungan panas. 

Penelitian menarik dari American Chemical Society beberapa tahun lalu melibatkan pengembangan material yang mendinginkan pemakainya tanpa menggunakan listrik dengan mentransfer panas dan memungkinkan kelembapan menguap dari kulit.

Dengan pendingin udara dan metode pendinginan lainnya bertanggung jawab atas sebagian besar penggunaan listrik di AS, peneliti mengambil pendekatan terarah, mendinginkan tubuh seseorang alih-alih seluruh ruangan.

Meskipun pakaian dan tekstil sudah dirancang untuk melakukan hal itu, kebanyakan memiliki biaya tinggi, kapasitas pendinginan buruk, dan konsumsi listrik besar. Jadi, peneliti membuat material baru dengan elektrospinning polimer, khususnya polimer yang menolak air, dan pengisi konduktif termal ke dalam membran nanofiber. 

Membran ini memiliki pori yang cukup besar untuk memungkinkan keringat menguap dari kulit dan udara bersirkulasi sambil menolak air dari luar. Studi mencatat bahwa selain pendinginan pribadi, membran ini juga dapat berguna untuk desalinasi air laut, pengumpulan energi surya, dan manajemen termal perangkat elektronik.

Dari American Chemical Society juga muncul tekstil baru yang tidak hanya membuat Anda tetap sejuk di musim panas tetapi juga hangat di musim dingin, menjadikannya unik dalam hal ini. Meskipun tekstil pintar dikenal dapat menghangatkan atau mendinginkan pemakainya, kain yang dapat melakukan keduanya tidak begitu umum. Kain yang kuat namun nyaman ini juga tidak memerlukan input energi.

Untuk membuat kain pintar ini, ilmuwan memproses chitosan beku, yang berasal dari kerangka luar kerang, dan sutra, menjadi serat berwarna dengan struktur mikro berpori, yang kemudian diisi dengan polimer perubahan fase yang disebut polyethylene glycol (PEG). Benang tersebut dilapisi dengan polydimethylsiloxane agar PEG cair, yang menyerap dan melepaskan energi termal, tidak bocor.

Para peneliti menguji kain tersebut, yang terbukti fleksibel, kuat, dan menolak air, dengan menenunnya menjadi sepotong kain yang kemudian dimasukkan ke dalam sarung tangan poliester. Ketika dipakai oleh seseorang dan ditempatkan di ruang panas (122°F), PEG padat menyerap panas dan mencair menjadi cairan, mendinginkan kulit. Sebaliknya, ketika terpapar dingin (50°F), PEG mengeras, melepaskan panas dan menghangatkan kulit.

Menurut para peneliti, kain ini dapat ditingkatkan untuk produksi massal karena kompatibel dengan industri tekstil yang ada.

Klik di sini untuk mempelajari pakaian pintar untuk penangkapan gerakan yang dapat mengubah olahraga dan fisioterapi.

Perusahaan yang Terlibat dalam Kain Pintar Pengambilan Energi

Sekarang, mari kita lihat perusahaan-perusahaan yang berinovasi di bidang kain pintar:

#1. Adidas

Perusahaan ini merilis pasangan pertama sepatu pintarnya satu dekade yang lalu. Sepatu tersebut dilengkapi dengan sensor, mikroprosesor, motor listrik, dan bahan tekstil elektronik pintar.

Pada tahun 2021, Adidas meluncurkan inovasi tekstil barunya, STRUNG, yang digambarkan sebagai tekstil dan proses penciptaan pertama di industri. Inovasi ini memungkinkan Adidas membangun dan menguji berbagai struktur sebelum mengirim desain terpilih ke robot STRUNG. Konsep produk ini sepenuhnya sepatu berbasis data untuk profil pelari tertentu.

Adidas memiliki kapitalisasi pasar $43 bln, dan sahamnya diperdagangkan pada $119.58, naik 16.74% YTD. EPS (TTM)-nya adalah -0.37, dan P/E (TTM) adalah -325, sementara dividen yang dibayarkan sebesar 0.32%, menurut CNBC. Untuk Q2 2024, perusahaan pakaian olahraga Jerman tersebut melaporkan pendapatan €5.82b dalam revenue, €196.0m dalam net income, dan margin keuntungan 3.4%, naik dari 1.6% pada 2Q23.

#2. DuPont De Nemours

Di dunia pakaian pintar, DuPont meluncurkan tautan elektronik yang dapat diregangkan melalui Intexar™. Teknologi pakaian pintar ini mengubah kain biasa menjadi pakaian aktif dan cerdas yang menyediakan data biometrik penting seperti detak jantung, laju pernapasan, dan ketegangan otot.

DuPont memiliki kapitalisasi pasar $33.47 bln, dan sahamnya diperdagangkan pada $80.19, naik 4.22% YTD. EPS (TTM)-nya sebesar 0.72 dan P/E (TTM) 111.16, sementara dividen yang dibayarkan 1.90%, menurut CNBC. Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan peningkatan penjualan bersih sebesar 2% menjadi $3.2bln dan arus kas bebas yang disesuaikan meningkat 53% menjadi $425mln.

Nama-nama terkemuka lain yang bekerja pada pakaian pintar termasuk Pireta berbasis Inggris, yang telah mengembangkan proses aditif unik yang menambahkan konduktivitas ke kain tanpa memengaruhi kinerja atau drape pakaian. Kemudian ada jaket Solar Charged milik Collebak yang menyerap cahaya di siang hari dan memancarkannya di malam hari. e-skin milik Xenoma, sementara itu, adalah kemeja pintar yang tertanam sensor untuk memantau gerakan tubuh dan data fisiologis. OMSignal memiliki pakaian biosensing yang menggunakan tekstil pengambilan energi untuk memberi daya pada sensor yang tertanam dalam kain untuk memantau detak jantung, pernapasan, dan tanda vital lainnya.

Applied Materials (AMAT ), Nike, SolarEdge Technologies (SEDG ), Smartex, dan Sensoria juga bekerja di bidang ini.

Di Eropa, beberapa perusahaan telah bergabung untuk meluncurkan proyek GRAPHERGIA, yang bertujuan mengubah cara energi dimanfaatkan dalam tekstil dan sistem baterai. Proyek ini dimulai akhir tahun lalu untuk menjadi perintis tekstil pintar yang menyesuaikan diri dengan tubuh dan mengisi daya sendiri.

“Kami membayangkan dunia di mana pakaian Anda tidak hanya terlihat bagus—tetapi juga memberi daya pada perangkat Anda, berfungsi sebagai sensor, dan menghubungkan Anda secara mulus ke Internet of Things (IoT).”

– Prof. Spyros Yannopoulos, koordinator proyek untuk GRAPHERGIA

Kesimpulan 

Semua inovasi menarik yang kami bahas di atas menjadikan mode kini tidak hanya sebagai cara menampilkan kekuatan dalam penampilan tetapi juga secara harfiah menghasilkan energi. Dengan mengintegrasikan tekstil dengan pengambil energi, kita juga dapat memiliki solusi energi yang dapat dipakai ramah lingkungan, meluas, dan berkelanjutan. 

Kain hemat energi jelas muncul sebagai masa depan mode, membuka seluruh dunia baru teknologi yang dapat dipakai. Satu-satunya batas di sini adalah imajinasi kita.

Klik di sini untuk mempelajari wearable yang mengisi daya sendiri.