Energia
Il Tessuto Intelligente Converte il Calore in Elettricità
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Immagina un capo d’abbigliamento che monitora la tua temperatura, traccia la tua attività o ti mantiene al caldo da solo, senza necessità di una fonte di energia esterna.
Bene, tutto questo e molto altro sta rapidamente diventando una realtà grazie a tutta la ricerca e sviluppo che avvengono all’intersezione tra tecnologia e abbigliamento.
Il progresso tecnologico ha trasformato le nostre vite rendendo più intelligenti i nostri telefoni e gli elettrodomestici. Ora, anche i nostri vestiti stanno diventando intelligenti, aprendo possibilità che tracciano la via verso un futuro entusiasmante e più sostenibile.
Il mercato globale dei tessuti intelligenti è già valutato a 4,1 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà i 24,5 miliardi di dollari entro il 2032. Curiosamente, l’energia di recupero rappresenta attualmente la quota più grande di questo mercato, secondo Markets and Markets.
Il recupero di energia converte l’energia ambientale in energia elettrica per alimentare dispositivi elettronici autonomi. Questa energia può essere raccolta da varie fonti, inclusi meccanici e termici. Per creare tessuti che recuperano energia, solitamente si aggiungono materiali attivi alla superficie del tessuto o li si intreccia o ricama all’interno.
Tali tessuti intelligenti possono potenzialmente essere utilizzati come alternativa alle batterie, che richiedono ricarica o sostituzione periodica perché contengono solo una quantità finita di energia. Nelle applicazioni tessili indossabili, le batterie tendono ad essere elementi rigidi e ingombranti che devono essere rimossi prima del lavaggio e quindi necessitano di miglioramenti.
Sebbene sia ancora in una fase relativamente precoce, questo settore sta crescendo rapidamente, spinto da una combinazione di fattori, tra cui i progressi tecnologici, il design, la domanda dei consumatori, la miniaturizzazione e le politiche governative.
Ora, diamo un’occhiata alle entusiasmanti innovazioni nel settore e al potere letterale dei vestiti che indossiamo!
Tessuto Intelligente per Convertire il Calore Corporeo in Elettricità
Una delle sviluppi più recenti ed elettrizzanti è stata realizzata da ricercatori dell’Università di Waterloo in collaborazione con una istituzione leader nella scienza e ingegneria tessile presso la Jiangnan University, che hanno creato un tessuto intelligente che converte l’energia termica del corpo e della luce solare in energia elettrica.
Questo tessuto intelligente ha la capacità di generare energia, osservare metriche di salute e monitorare l’attività fisica. Questi sensori permettono al tessuto di rilevare variazioni di temperatura e monitorare pressione, stress e composizione chimica.
Un’applicazione promettente di questo tessuto sono le maschere facciali intelligenti che possono monitorare la temperatura e il ritmo del tuo respiro, nonché rilevare sostanze chimiche per aiutare a identificare condizioni come il cancro ai polmoni e i virus. Secondo Yuning Li, direttrice del Printable Electronic Materials Lab a Waterloo e professoressa del Dipartimento di Ingegneria Chimica:
“Abbiamo sviluppato un materiale tessile con capacità di rilevamento multifunzionali e potenziale di autoalimentazione che ci avvicina alle applicazioni pratiche per i tessuti intelligenti.”
Il tessuto progettato dal team è flessibile, a base di MXene, termoelettrico, e può determinare con precisione gli stimoli di deformazione e la temperatura. Per ottenere ciò, il team ha sviluppato uno strato adesivo di polidopamina (PDA) sulla superficie del tessuto di nylon, che ha facilitato l’adesione del MXene tramite legami a idrogeno.
Il MXene ha attirato molta attenzione per la sua rara combinazione di proprietà come struttura a strati, flessibilità, ampia superficie, conduttività elettrica e metallica, biocompatibilità, idrofilia, possibilità di regolare le dimensioni e ricca chimica superficiale. Lo studio ha osservato:
“Il tessuto termoelettrico a base di MXene risultante mostra una straordinaria capacità di rilevamento della temperatura e stabilità ciclica, offrendo al contempo eccellente sensibilità, risposta rapida (60 ms) e notevole durata nella rilevazione di deformazione (3200 cicli).”
Il nuovo tessuto non è solo più conveniente, durevole e stabile rispetto ad altri tessuti sul mercato, ma a differenza dei dispositivi indossabili attuali che richiedono frequenti ricariche, questo può funzionare senza necessità di una fonte di energia esterna. In questo modo, la ricerca dimostra l’enorme potenziale dell’integrazione di polimeri conduttivi e MXene con la tecnologia tessile moderna per l’avanzamento dei tessuti intelligenti.
Osservando i vari progressi compiuti nella tecnologia, inclusa l’IA, che sta evolvendo rapidamente per offrire elaborazioni avanzate del segnale per il monitoraggio della salute e la conservazione di alimenti e prodotti farmaceutici, Li ha sostenuto che tutti questi avanzamenti si basano sulla ‘raccolta completa di dati, che i sensori tradizionali — spesso ingombranti, costosi e difficili da gestire — non sono in grado di realizzare.’ Questo rende i sensori stampati, integrati nei tessuti intelligenti, ideali per la raccolta e il monitoraggio continuo dei dati, ha aggiunto Li.
Mentre questo tessuto innovativo segna un progresso significativo nel rendere queste applicazioni fattibili, i ricercatori ora si concentreranno sul migliorare ulteriormente le capacità del tessuto e sull’integrarlo con sistemi elettronici. Un’app per smartphone potrebbe anche far parte di questo sviluppo futuro per tracciare e trasmettere i dati dal tessuto ai professionisti sanitari per un monitoraggio della salute in tempo reale e non invasivo.
Tessuti Pionieristici del Futuro
I progressi nell’abbigliamento intelligente stanno avvenendo rapidamente da qualche tempo. Nel 2016, ricercatori del Georgia Institute of Technology di Atlanta hanno creato un tessuto a micro-cavo che poteva recuperare energia dalla luce solare e dal movimento.
Per questo, gli scienziati hanno intrecciato filato con sottili celle solari basate su fibre e nanogeneratori triboelettrici. Il tessuto intelligente risultante aveva uno strato unico di 320 μm di spessore e poteva essere integrato in tende, tende da parete e vari indumenti. Il tessuto, secondo lo studio, poteva caricare direttamente un cellulare e alimentare continuamente un orologio elettronico.
Gli scienziati della NTU Singapore hanno anche sviluppato un ‘tessuto’ che trasforma il movimento del corpo in elettricità. Per creare questo tessuto elastico e impermeabile, gli scienziati hanno usato un polimero che converte la forza meccanica, come la pressione o la compressione, in energia elettrica. Il tessuto ha uno strato base di spandex elastico e è anche integrato con un materiale simile alla gomma che lo rende flessibile, resistente e impermeabile.
In un esperimento, il team ha dimostrato che picchiettare su un piccolo pezzo di questo tessuto produceva energia elettrica capace di illuminare efficacemente cento LED. Inoltre, il lavaggio, la compressione o la piegatura del tessuto non hanno influito negativamente sulle prestazioni e potevano mantenere una produzione elettrica stabile per fino a cinque mesi.
“Pensiamo che possa essere intrecciato in t-shirt o integrato nelle suole delle scarpe per raccogliere energia dai più piccoli movimenti del corpo, fornendo elettricità ai dispositivi mobili.”
– Capo studio Lee Pooi See, scienziato dei materiali, e professore associato provost di NTU
Mentre i tessuti intelligenti sono oggetto di molte ricerche e sviluppo, la loro convenienza economica rimane una grande sfida. La loro mancanza di praticità, a volte, può anche essere un problema.
Per affrontare questi problemi, i ricercatori hanno sviluppato tessuti intelligenti di nuova generazione che possono essere prodotti a basso costo utilizzando le stesse macchine dei vestiti convenzionali. I ricercatori hanno prima dimostrato che rivestire le fibre con materiali che possono resistere allo stiramento può essere compatibile con i processi di tessitura tradizionali. Ora, i tessuti intelligenti possono anche essere realizzati usando processi automatizzati, senza limiti di dimensione o forma.
Questo è solo l’inizio, poiché tutto questo interesse per i tessuti intelligenti sta portando a molte altre innovazioni interessanti. Ad esempio, questo progresso ha anche portato allo sviluppo di un dispositivo indossabile che può essere integrato nel tessuto o indossato come una giacca. Può camuffare il suo indossatore dai sensori di rilevamento del calore, come i visori notturni, indipendentemente dalle condizioni atmosferiche.
Mentre la superficie del dispositivo si riscalda o si raffredda rapidamente per adattarsi alle temperature ambientali, nascondendo il calore corporeo dell’indossatore, l’interno rimane alla stessa temperatura della pelle umana.
Nel frattempo, alla National University of Singapore, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo di generazione di elettricità guidata dall’umidità (MEG) usando tessuto, sale marino, inchiostro al carbonio e un gel speciale assorbente d’acqua. Mantenendo un’estremità del tessuto sempre bagnata e l’altra asciutta, il tessuto rivestito di carbonio ha generato una corrente elettrica con la capacità di produrre energia per oltre 150 ore. Funzionando essenzialmente come una batteria, ha fornito una potenza elettrica superiore a quella di una batteria AA convenzionale, dimostrando il potenziale per alimentare elettronica di uso quotidiano.
Il concetto del dispositivo MEG si basa sulla capacità di diversi materiali di generare elettricità dall’interazione con l’umidità nell’aria. Questo dimostra la sua idoneità per vari usi pratici, come l’elettronica indossabile e i dispositivi di archiviazione delle informazioni.
Gli ingegneri hanno anche realizzato transistor e dispositivi elettronici a partire da filati. Una di queste ricerche ha coinvolto l’intreccio di sottili filati nel tessuto per creare dispositivi elettronici che possono essere indossati sulla pelle o impiantati chirurgicamente per il monitoraggio diagnostico.
I primi transistor basati su filato (TBT) sono stati combinati con sensori basati su filato per consentire la creazione di dispositivi completamente flessibili e multiplex. Il TBT qui prevedeva il rivestimento di un filato di lino con nanotubi di carbonio per creare una superficie semiconduttrice per il flusso di elettroni, per poi collegarlo a due sottili fili d’oro, uno dei quali collegato a un gel infuso di elettrolita.
Secondo l’autore dello studio Sameer Sonkusale, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Tufts University School of Engineering:
“Ci sono molte applicazioni mediche in cui la misurazione in tempo reale dei biomarcatori può essere importante per trattare la malattia e monitorare la salute dei pazienti. La capacità di integrare completamente un dispositivo di monitoraggio diagnostico morbido e flessibile che il paziente quasi non nota potrebbe essere molto potente.”
Tessuti Intelligenti per Adattarsi a Temperature Variabili
Un’altra dimensione dei tessuti intelligenti in fase di esplorazione è il tessuto adattivo alla temperatura, che migliora l’efficienza energetica riducendo la necessità di sistemi di riscaldamento o raffreddamento alimentati.
In questo contesto, una nuova ricerca della Hong Kong Polytechnic University, pubblicata questa settimana, introduce abbigliamento robotico morbido traspirante e termicamente isolato che può adattarsi automaticamente alle variazioni di temperatura ambientale, contribuendo a garantire la sicurezza dei lavoratori in ambienti caldi.
Una ricerca interessante dell’American Chemical Society di qualche anno fa ha riguardato lo sviluppo di un materiale che raffredda chi lo indossa senza utilizzare elettricità, trasferendo calore e permettendo all’umidità di evaporare dalla pelle.
Con l’aria condizionata e altri metodi di raffreddamento responsabili di una parte significativa del consumo di elettricità negli Stati Uniti, i ricercatori hanno adottato un approccio mirato, raffreddando il corpo di una persona invece di un’intera stanza.
Mentre l’abbigliamento e i tessuti sono già progettati per fare proprio questo, la maggior parte ha costi elevati, scarsa capacità di raffreddamento e alto consumo di elettricità. Così, i ricercatori hanno realizzato il nuovo materiale mediante elettrofilatura di un polimero, specificamente un polimero repellente all’acqua, e un riempitivo termicamente conduttivo in membrane nanofibrose.
Queste membrane avevano pori sufficientemente grandi da permettere al sudore di evaporare dalla pelle e all’aria di circolare, respingendo l’acqua dall’esterno. Lo studio ha osservato che, oltre al raffreddamento personale, la membrana potrebbe essere utile per la desalinizzazione dell’acqua di mare, la raccolta di energia solare e la gestione termica dei dispositivi elettronici.
Dall’American Chemical Society è arrivato anche un nuovo tessuto che non solo ti mantiene fresco in estate ma anche caldo in inverno, rendendolo unico in questo aspetto. Mentre i tessuti intelligenti sono stati noti a riscaldare o raffreddare chi li indossa, un tessuto che può fare entrambe le cose non è davvero comune. Questo tessuto forte ma confortevole non richiede nemmeno energia.
Per creare questo tessuto intelligente, gli scienziati hanno filato a freddo chitosano, proveniente dallo scheletro esterno di un crostaceo, e seta, in fibre colorate con microstrutture porose, che sono poi state riempite con un polimero a cambiamento di fase chiamato polietilenglicole (PEG). Il filato è stato rivestito con polidimetilsilossano in modo che il PEG liquido, che assorbe e rilascia energia termica, non fuoriesca.
I ricercatori hanno testato il tessuto, che si è dimostrato flessibile, resistente e idrorepellente, intrecciandolo in un pezzo di tessuto poi incorporato in un guanto di poliestere. Quando indossato da una persona e collocato in una camera calda (122 °F), il PEG solido ha assorbito il calore e si è fuso in liquido, raffreddando la pelle. Al contrario, quando esposto al freddo (50 °F), il PEG si è solidificato, rilasciando calore e riscaldando la pelle.
Secondo i ricercatori, il tessuto può essere scalato per la produzione di massa perché è compatibile con l’industria tessile esistente.
Aziende Coinvolte nei Tessuti Intelligenti a Recupero Energetico
Ora, diamo un’occhiata alle aziende che stanno innovando nel campo dei tessuti intelligenti:
#1. Adidas
L’azienda ha lanciato il primo paio di scarpe intelligenti un decennio fa. Le scarpe avevano un sensore, un microprocessore, un motore elettrico e un materiale tessile elettronico intelligente.
Nel 2021, Adidas ha presentato la sua nuova innovazione tessile, STRUNG, che è descritta come un tessuto e processo di creazione pionieristico nel settore. Questa innovazione permette ad Adidas di costruire e testare diverse strutture prima di inviare il design scelto al robot STRUNG. Questo concetto di prodotto è una calzatura interamente guidata dai dati per un profilo di corridore specifico.
Adidas ha una capitalizzazione di mercato di 43 miliardi di dollari, e le sue azioni sono quotate a 119,58 $, in crescita del 16,74% YTD. Il suo EPS (TTM) è -0,37, e il suo P/E (TTM) è -325, mentre il rendimento del dividendo pagato è dello 0,32%, secondo CNBC. Per il Q2 2024, la società tedesca di abbigliamento sportivo ha riportato €5,82 miliardi di fatturato, €196,0 milioni di utile netto e un margine di profitto del 3,4%, in aumento rispetto all’1,6% del 2Q23.
#2. DuPont De Nemours
Nel mondo dell’abbigliamento intelligente, DuPont ha lanciato collegamenti elettronici elastici tramite Intexar™. Questa tecnologia per l’abbigliamento intelligente trasforma i tessuti ordinari in indumenti attivi e intelligenti che forniscono dati biometrici critici come frequenza cardiaca, ritmo respiratorio e tensione muscolare.
DuPont ha una capitalizzazione di mercato di 33,47 miliardi di dollari, e le sue azioni sono quotate a 80,19 $, in crescita del 4,22% YTD. Ha un EPS (TTM) di 0,72 e un P/E (TTM) di 111,16, mentre il rendimento del dividendo pagato è dell’1,90%, secondo CNBC. Per il Q2 2024, la società ha riportato un aumento del 2% nelle vendite nette a 3,2 miliardi di dollari e un flusso di cassa libero rettificato aumentato del 53% a 425 milioni di dollari.
DD Grafico dei prezzi
Altri nomi di rilievo che lavorano su abbigliamento intelligente includono la Pireta con sede nel Regno Unito, che ha sviluppato un processo additivo unico che aggiunge conduttività ai tessuti senza influire sulle prestazioni o sulla caduta del capo. C’è poi la giacca Solar Charged di Collebak che assorbe la luce durante il giorno e la emette di notte. L’e-skin di Xenoma, nel frattempo, è una maglietta intelligente integrata con sensori per monitorare i movimenti del corpo e i dati fisiologici. OMSignal ha abbigliamento bio-sensoriale che utilizza tessuti a recupero energetico per alimentare i sensori integrati nel tessuto per monitorare la frequenza cardiaca, la respirazione e altri segni vitali.
Applied Materials (AMAT ), Nike, SolarEdge Technologies (SEDG ), Smartex e Sensoria stanno anch’essi lavorando in questo campo.
In Europa, diverse aziende si sono unite per lanciare il progetto GRAPHERGIA, con l’obiettivo di trasformare il modo in cui l’energia viene catturata nei tessuti e nei sistemi di batterie. Il progetto è iniziato alla fine dell’anno scorso per pionierare tessuti intelligenti che si adattano al corpo e si ricaricano autonomamente.
“Immaginiamo un mondo in cui il tuo abbigliamento fa più che apparire bello: alimenta i tuoi dispositivi, funge da sensore e ti collega senza soluzione di continuità all’Internet delle Cose (IoT).”
– Prof. Spyros Yannopoulos, coordinatore del progetto per GRAPHERGIA
Conclusione
Tutte queste entusiasmanti innovazioni di cui abbiamo parlato sopra hanno trasformato la moda in un modo non solo per esibire potere nell’aspetto ma anche per generare letteralmente energia. Integrando i tessuti con sistemi di recupero energetico, possiamo avere soluzioni di energia indossabile ecologiche, pervasive e sostenibili.
I tessuti a efficienza energetica stanno chiaramente emergendo come il futuro della moda, aprendo un intero nuovo mondo di tecnologia indossabile. L’unico limite qui è la nostra immaginazione.
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