Enerhiya
Matalinong Tela na Nagko-convert ng Init sa Kuryente
Isipin ang damit na nagmomonitor ng iyong temperatura, sinusubaybayan ang iyong aktibidad, o nagpapanatiling komportable nang mag-isa nang hindi kailangan ng panlabas na pinagmumulan ng enerhiya.
Sa katunayan, ang lahat ng ito at higit pa ay mabilis na nagiging realidad salamat sa lahat ng pananaliksik at pag-unlad na nagaganap sa pagsasanib ng teknolohiya at pananamit.
Ang pag-unlad ng teknolohiya ay binabago ang ating buhay sa pamamagitan ng pagpapatalino ng ating mga telepono at kagamitang pangbahay. Ngayon, pati ang ating mga damit ay nagiging matalino, nagbubukas ng mga posibilidad na humahakbang patungo sa isang kapanapanabik at mas napapanatiling hinaharap.
Ang pandaigdigang merkado ng matalinong tela ay may halaga nang $4.1 bilyon at inaasahang aabot sa $24.5 bilyon pagsapit ng 2032. Kapansin-pansin, ang pag-ani ng enerhiya ay kasalukuyang kumakatawan sa pinakamalaking bahagi ng merkadong ito, ayon sa Markets and Markets.
Ang pag-ani ng enerhiya ay nagko-convert ng ambient na enerhiya tungo sa elektrikal na enerhiya upang mapatakbo ang mga autonomous na elektronikong aparato. Maaaring kunin ang enerhiyang ito mula sa iba’t ibang pinagmumulan, kabilang ang mekanikal at thermal. Upang lumikha ng mga energy-harvesting na tela, karaniwang idinadagdag ang mga aktibong materyales sa ibabaw ng tela o hinahabi o tinatahi dito.
Ang ganitong mga matalinong tela ay maaaring magsilbing alternatibo sa mga baterya, na nangangailangan ng pag-recharge o pana-panahong pagpapalit dahil limitado lamang ang enerhiyang kanilang nasasagip. Sa mga wearable na aplikasyon ng tela, ang mga baterya ay kadalasang matigas, malaki, at kailangang alisin bago labhan kaya’t nangangailangan ng pagpapabuti.
Bagaman nasa maagang yugto pa lamang, ang sektor na ito ay mabilis na lumalago, dulot ng kombinasyon ng mga salik tulad ng pag-unlad ng teknolohiya, disenyo, pangangailangan ng consumer, miniaturisasyon, at mga patakaran ng pamahalaan.
Ngayon, tingnan natin ang mga kapanapanabik na inobasyon sa sektor at ang literal na kapangyarihan ng mga damit na ating suot!
Matalinong Tela na Nagko-convert ng Init ng Katawan sa Kuryente
Isa sa mga pinakabagong at nakakakuryenteng mga pag-unlad ay ginawa ng mga mananaliksik mula sa University of Waterloo kasama ang isang nangungunang institusyon sa agham at inhinyeriya ng tela sa Jiangnan University, na lumikha ng isang matalinong tela na nagko-convert ng thermal na enerhiya mula sa katawan at sikat ng araw tungo sa elektrikal na kapangyarihan.
Ang matalinong telang ito ay may kakayahang lumikha ng kuryente, mag-obserba ng mga health metric, at subaybayan ang pisikal na aktibidad. Ang mga sensor na ito ay nagbibigay-daan sa tela na madetect ang pagbabago ng temperatura at subaybayan ang pressure, stress, at chemical composition.
Isang pangakong aplikasyon ng telang ito ay ang mga matalinong face mask na maaaring subaybayan ang temperatura at dalas ng iyong paghinga pati na rin madetect ang mga kemikal upang makatulong sa pagtukoy ng mga kondisyon tulad ng kanser sa baga at mga virus. Ayon kay Yuning Li, direktor ng Printable Electronic Materials Lab sa Waterloo at propesor sa Department of Chemical Engineering:
“Nakabuo kami ng materyal na tela na may multi-functional na kakayahan sa sensing at self-powering potential (na) nagdadala sa atin nang mas malapit sa praktikal na aplikasyon para sa mga matalinong tela.”
Ang telang dinisenyo ng koponan ay flexible, MXene-based, thermoelectric, at maaaring eksaktong matukoy ang strain stimuli at temperatura. Upang makamit ito, nag-develop ang koponan ng isang layer ng adhesive polydopamine (PDA) sa ibabaw ng nylon na tela, na nagpadali sa pagdikit ng MXene sa pamamagitan ng hydrogen bonding.
Ang MXene ay nakakuha ng maraming atensyon dahil sa kakaibang kombinasyon ng mga katangian tulad ng layered structure, flexibility, malaking surface area, electric at metallic conductivity, biocompatibility, hydrophilicity, size tunability, at mayamang surface chemistry. Ang pag-aaral ay nagbanggit:
“Ang nagresultang MXene-based thermoelectric fabric ay nagpapakita ng kahanga-hangang kakayahan sa pagtuklas ng temperatura at cyclic stability habang nagbibigay din ng napakagandang sensitivity, mabilis na responsiveness (60 ms), at kamangha-manghang durability sa strain sensing (3200 cycles).”
Ang bagong telang ito ay hindi lamang mas mura, mas matibay, at mas matatag kaysa sa ibang tela sa merkado, ngunit hindi tulad ng kasalukuyang mga wearable device na kailangan ng madalas na pag-recharge, ang telang ito ay maaaring gumana nang hindi nangangailangan ng panlabas na pinagmumulan ng enerhiya. Sa ganitong paraan, ipinapakita ng pananaliksik ang napakalaking potensyal ng pagsasama ng conductive polymers at MXene sa modernong teknolohiya ng tela para sa pag-unlad ng mga matalinong tela.
Sa pagbanggit ng iba’t ibang pag-unlad sa teknolohiya, kabilang ang AI, na mabilis na umuunlad upang mag-alok ng advanced signal processing para sa health monitoring at pagpreserba ng pagkain at mga parmasyutiko, iginiit ni Li na ang lahat ng mga pag-unlad na ito ay nakasalalay sa ‘komprehensibong pangangalap ng datos, na ang tradisyonal na mga sensor—madalas na magastos, mabigat, at hindi praktikal—ay hindi kayang gawin.’ Ginagawa nitong perpekto ang mga printed sensor na nakabaon sa mga matalinong tela para sa patuloy na pangangalap at pagsubaybay ng datos, dagdag pa niya.
Habang ang inobatibong telang ito ay nagmamarka ng makabuluhang pag-unlad sa paggawa ng mga aplikasyon na ito na posible, magtutuon na ngayon ang mga mananaliksik sa karagdagang pagpapabuti ng kakayahan ng tela at pag-integrate nito sa mga elektronikong sistema. Maaaring maging bahagi rin ng hinaharap na pag-unlad ang isang smartphone app upang subaybayan at ipadala ang datos mula sa tela patungo sa mga propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan para sa real-time, non-invasive na health monitoring.
Mga Nangungunang Tela ng Hinaharap
Ang mga pag-unlad sa matalinong pananamit ay mabilis na nangyayari sa ilang panahon na ngayon. Noong 2016, mga mananaliksik mula sa Georgia Institute of Technology sa Atlanta nilikha ang isang micro-cable power fabric na maaaring mag-ani ng enerhiya mula sa sikat ng araw at galaw.
Para dito, hinabi ng mga siyentipiko ang sinulid na may manipis, fiber-based na solar cells at triboelectric nanogenerators. Ang nagresultang matalinong tela ay may 320 μm na makapal na single layer at maaaring maisama sa mga tolda, kurtina, at iba’t ibang damit. Ayon sa pag-aaral, ang tela ay direktang makakapag-charge ng cell phone at patuloy na mapapagana ang isang electronic watch.
Ang mga siyentipiko ng NTU Singapore ay matagumpay na nakabuo ng isang ‘fabric’ na nagko-convert ng galaw ng katawan tungo sa kuryente. Upang likhain ang stretchable at waterproof na telang ito, gumamit ang mga siyentipiko ng polymer na nagko-convert ng mekanikal na puwersa, tulad ng pag-pindot o pag-press, tungo sa elektrikal na enerhiya. Ang tela ay may base layer na stretchable spandex at isinama din ang isang rubber-like na materyal na nagbibigay dito ng flexibility, tibay, at waterproof na katangian.
Sa isang eksperimento, ipinakita ng koponan na ang pagtapik sa isang maliit na piraso ng telang ito ay nagpro-produce ng elektrikal na enerhiya na epektibong nag-ilaw ng isang daang LED. Gayundin, ang paghuhugas, pagdurog, o pag-fold ng tela ay hindi nakaapekto sa performance at maaaring mapanatili ang stable na electrical output hanggang limang buwan.
“Sa tingin namin ay maaaring ito’y ihabol sa mga t-shirt o isama sa mga talukbong ng sapatos upang mangolekta ng enerhiya mula sa pinakamaliit na galaw ng katawan, na nagdadala ng kuryente sa mga mobile device.”
– Pinamunuan ng pag-aaral na si Lee Pooi See, Materials scientist, at NTU Associate Provost Professor
Habang ang mga matalinong tela ay paksa ng maraming pananaliksik at pag-unlad, nananatiling malaking hamon ang cost-effectiveness nila. Ang kawalan ng praktikalidad ay maaari ring maging isyu paminsan.
Upang matugunan ang mga isyung ito, nakabuo ng susunod na henerasyon ng matalinong tela na maaaring gawin nang mura gamit ang parehong makinang ginagamit sa tradisyonal na pananamit. Una, ipinakita ng mga mananaliksik na ang pag-coat ng mga hibla ng mga materyales na kayang mag-stretch ay maaaring iakma sa karaniwang proseso ng paghahabi. Ngayon, ang mga matalinong tela ay maaari ring gawin gamit ang automated na proseso, nang walang limitasyon sa laki o hugis.
Ito ay simula pa lamang, dahil ang lahat ng interes sa matalinong tela ay humahantong sa maraming iba pang kawili-wiling inobasyon. Halimbawa, nagbunga ito ng pag-develop ng isang wearable device na maaaring i-embed sa tela o isuot bilang jacket. Maaari nitong i-camouflage ang nagsusuot mula sa mga heat-detecting sensor, tulad ng night vision goggles, anuman ang panahon.
Habang ang ibabaw ng device ay mabilis na umiinit o lumalamig upang tumugma sa ambient na temperatura, itinatago nito ang init ng katawan ng nagsusuot, ngunit ang loob ay nananatiling kapareho ng temperatura ng balat ng tao.
Samantala, sa National University of Singapore, nakabuo ang mga mananaliksik ng moisture-driven electricity generation (MEG) device gamit ang tela, sea salt, carbon ink, at isang espesyal na water-absorbing gel. Sa pamamagitan ng pagpapanatiling basa ang isang dulo ng tela at tuyo ang kabilang dulo, ang carbon-coated na tela ay nag-generate ng electric current na may kakayahang magbigay ng kuryente nang higit sa 150 oras. Bilang isang baterya, nagbigay ito ng mas mataas na electrical output kaysa sa karaniwang AA battery, na nagpapakita ng potensyal na mag-power ng pang-araw-araw na elektronikong aparato.
Ang konsepto ng MEG device ay nakabatay sa kakayahan ng iba’t ibang materyales na mag-generate ng kuryente mula sa interaksyon sa moisture sa hangin. Ipinapakita nito ang pagiging angkop para sa iba’t ibang praktikal na gamit, tulad ng wearable electronics at mga device para sa imbakan ng impormasyon.
Nagawa rin ng mga inhinyero ang mga transistor at elektronikong aparato mula sa sinulid. Isang pananaliksik ang nag-habi ng manipis na sinulid sa tela upang lumikha ng mga elektronikong aparato na maaaring isuot sa balat o i-implant surgically para sa diagnostic monitoring.
Ang unang thread-based transistors (TBTs) ay pinagsama sa thread-based sensors upang makalikha ng ganap na flexible, multiplexed na mga aparato. Ang TBT dito ay kinabibilangan ng pag-coat ng linen thread ng carbon nanotubes upang lumikha ng semiconductor surface para sa pagdaloy ng electron at pagkatapos ay ikabit ito sa dalawang manipis na gold wires, kung saan ang isa ay nakakabit sa electrolyte-infused gel.
Ayon sa may-akda ng pag-aaral na si Sameer Sonkusale, propesor ng electrical at computer engineering sa Tufts University School of Engineering:
“Maraming medikal na aplikasyon kung saan ang real-time na pagsukat ng biomarkers ay mahalaga para sa paggamot ng sakit at pagsubaybay sa kalusugan ng pasyente. Ang kakayahang ganap na i-integrate ang isang malambot at nababaluktot na diagnostic monitoring device na halos hindi napapansin ng pasyente ay maaaring maging napakalakas.”
Matalinong Tela para sa Pag-aangkop sa Nagbabagong Temperatura
Isa pang dimensyon ng matalinong tela na sinusuri ay ang temperature-adaptive fabric, na nagpapahusay ng energy efficiency sa pamamagitan ng pagbawas ng pangangailangan sa powered heating o cooling systems.
Sa kontekstong ito, bagong pananaliksik mula sa Hong Kong Polytechnic University, na inilathala ngayong linggo, ay nagpakilala ng breathable at thermally-insulated na soft robotic clothing na awtomatikong nag-aangkop sa nagbabagong ambient temperature, tumutulong upang matiyak ang kaligtasan ng mga manggagawa sa mainit na kapaligiran.
Kagiliw-giliw na pananaliksik mula sa American Chemical Society ilang taon na ang nakalipas ang nag-develop ng materyal na nagpapalamig sa nagsusuot nang hindi gumagamit ng kuryente sa pamamagitan ng paglipat ng init at pagpapahintulot sa moisture na mag-evaporate mula sa balat.
Sa Estados Unidos, ang air conditioning at iba pang cooling methods ay responsable sa malaking bahagi ng konsumo ng kuryente, kaya’t nag-adopt ang mga mananaliksik ng target na pamamaraan: palamigin ang katawan ng tao imbis na buong silid.
Bagaman ang mga damit at tela ay dinisenyo na para gawin ito, karamihan ay may mataas na gastos, mahina ang cooling capacity, at malaking konsumo ng kuryente. Kaya’t ginawa ng mga mananaliksik ang bagong materyal sa pamamagitan ng electrospinning ng polymer, partikular na isang water-repelling polymer, at isang thermally conductive filler papunta sa nanofibrous membranes.
Ang mga membranes ay may sapat na laki ng pores upang payagan ang pawis na mag-evaporate mula sa balat at ang hangin na umikot habang tinataboy ang tubig mula sa labas. Ayon sa pag-aaral, bukod sa personal cooling, ang membrane ay maaari ring magamit sa seawater desalination, solar energy collection, at thermal management ng mga elektronikong aparato.
Mula rin sa American Chemical Society ang isang bagong tela na hindi lamang nagpapanatiling malamig ka sa tag-init kundi mainit ka rin sa taglamig, na kakaiba sa ganitong aspeto. Bagaman kilala ang mga matalinong tela sa pagpapainit o pagpapalamig ng nagsusuot, ang telang kayang gawin pareho ay hindi pangkaraniwan. Ang matibay ngunit komportableng telang ito ay hindi nangangailangan ng anumang input ng enerhiya.
Upang likhain ang matalinong telang ito, nag-freeze-spun ang mga siyentipiko ng chitosan, na nagmumula sa panlabas na balangkas ng shellfish, at silk, sa mga makukulay na hibla na may porous microstructures, na pagkatapos ay pinuno ng phase-changing polymer na tinatawag na polyethylene glycol (PEG). Ang sinulid ay binigyan ng coating na polydimethylsiloxane upang ang liquid PEG, na sumisipsip at naglalabas ng thermal energy, ay hindi tumagas.
Sinubukan ng mga mananaliksik ang telang ito, na napatunayang flexible, matibay, at water-repellent, sa pamamagitan ng paghabi nito sa isang piraso ng tela na isinama sa polyester glove. Nang isuot ito ng tao at inilagay sa mainit na silid (122°F), ang solid PEG ay sumipsip ng init at natunaw, lumalamig ang balat. Sa kabaligtaran, kapag inilantad sa lamig (50°F), ang PEG ay nag-solidify, naglabas ng init at pinainit ang balat.
Ayon sa mga mananaliksik, ang telang ito ay maaaring i-scale up para sa mass production dahil ito ay compatible sa kasalukuyang industriya ng tela.
Mga Kumpanya na Kasangkot sa Energy-harvesting na Matalinong Tela
Ngayon, tingnan natin ang mga kumpanya na nag-iinnovate sa larangan ng matalinong tela:
#1. Adidas
Inilabas ng kumpanya ang unang pares ng smart shoes nito isang dekada na ang nakalilipas. Ang mga sapatos ay may sensor, microprocessor, electric motor, at smart electronic textile material.
Noong 2021, inilahad ng Adidas ang bagong textile innovation nito, STRUNG, na inilarawan bilang isang industry-first na tela at proseso ng paglikha. Ang inobasyong ito ay nagbibigay-daan sa Adidas na bumuo at subukan ang iba’t ibang istruktura bago ipadala ang napiling disenyo sa STRUNG robot. Ang konsepto ng produktong ito ay ganap na data-driven na footwear para sa isang tiyak na runner profile.
May market cap ang Adidas na $43 bilyon, at ang mga shares nito ay nagte-trade sa $119.58, tumaas ng 16.74% YTD. Ang EPS (TTM) nito ay -0.37, at ang P/E (TTM) ay -325, habang ang dividend yield ay 0.32%, ayon sa CNBC. Para sa Q2 2024, iniulat ng German sportswear company ang €5.82b na kita, €196.0m na net income, at 3.4% profit margin, na tumaas mula 1.6% noong 2Q23.
#2. DuPont De Nemours
Sa mundo ng matalinong pananamit, inilunsad ng DuPont ang stretchable electronic links sa pamamagitan ng Intexar™. Ang teknolohiyang ito ay nagbabago ng ordinaryong tela tungo sa mga aktibo at matatalinong kasuotan na nagbibigay ng mahahalagang biometric data tulad ng heart rate, breathing rate, at muscle tension.
May market cap ang DuPont na $33.47 bilyon, at ang mga shares nito ay nagte-trade sa $80.19, tumaas ng 4.22% YTD. May EPS (TTM) itong 0.72 at P/E (TTM) na 111.16, habang ang dividend yield ay 1.90%, ayon sa CNBC. Para sa Q2 2024, iniulat ng kumpanya ang 2% pagtaas ng net sales sa $3.2b at adjusted free cash flow na tumaas ng 53% sa $425mln.
(DD )
Iba pang kilalang pangalan na nagtatrabaho sa smart clothing ay ang UK-based na Pireta, na nag-develop ng natatanging additive process na nagdadagdag ng conductivity sa mga tela nang hindi naaapektuhan ang performance o drape ng kasuotan. Mayroon ding Collebak’s Solar Charged jacket na sumisipsip ng liwanag sa araw at naglalabas nito sa gabi. Ang e-skin ng Xenoma, sa kabilang banda, ay isang smart shirt na may embedded sensors para subaybayan ang galaw ng katawan at physiological data. Ang OMSignal ay may bio-sensing apparel na gumagamit ng energy-harvesting na tela upang mapagana ang mga sensor na nakabaon sa tela para subaybayan ang heart rate, breathing, at iba pang vital signs.
Ang Applied Materials, Nike, SolarEdge Technologies, Smartex, at Sensoria ay nagtatrabaho rin sa larangang ito.
Sa Europa, nagsama-sama ang ilang kumpanya upang ilunsad ang proyektong GRAPHERGIA, na naglalayong baguhin ang paraan ng pag-harvest ng enerhiya sa mga tela at battery systems. Ang proyekto ay nagsimula noong huling bahagi ng nakaraang taon upang maging pioneer sa mga smart textile na nag-aangkop sa katawan at nagcha-charge nang sarili.
“Inaasam naming isang mundo kung saan ang iyong kasuotan ay hindi lang maganda ang itsura—pinapagana nito ang iyong mga device, nagsisilbing sensor, at konektado ka nang tuluy-tuloy sa Internet of Things (IoT).”
– Prof. Spyros Yannopoulos, ang project coordinator para sa GRAPHERGIA
Konklusyon
Ang lahat ng kapanapanabik na inobasyon na tinalakay natin sa itaas ay nagbigay daan sa fashion na magsilbing hindi lamang paraan para magpakita ng kapangyarihan sa itsura kundi literal na mag‑generate ng enerhiya. Sa pamamagitan ng pag-integrate ng mga tela sa energy harvesters, maaari rin tayong magkaroon ng environment-friendly, pervasive, at sustainable na wearable energy solutions.
Ang mga energy-efficient na tela ay malinaw na umuusbong bilang kinabukasan ng fashion, nagbubukas ng isang buong bagong mundo ng wearable tech. Ang tanging limitasyon dito ay ang ating imahinasyon.
I-click dito upang matuto tungkol sa self-charging wearables.
