«Куртка, яка «стрункішає», коли ви потієте»: Бактеріальна целюлоза навчила одяг саморегулювати тепло

Science Advances описав «розумну» теплу тканину, наповнювач якої виготовлений з натуральної бактеріальної целюлози, що реагує на потовиділення: коли навколо тіла волого, матеріал автоматично стає тоншим, а коли висихає, знову набуває «пухкості» та зберігає тепло. У прототипі товщина змінилася приблизно з 13 мм (сухий) до 2 мм (волого), а загальна ідея полягає в тому, щоб продовжити час теплового комфорту без електроніки та батарейок.

Передісторія

Що ви пробували раніше:

1. Фазоперехідні матеріали (ФПМ) у мікрокапсулах «ковтають» тепло під час плавлення та вивільняють його під час кристалізації, але працюють у вузькому температурному вікні та погано реагують на реальне потовиділення.
2. Променеві тканини на основі нанопористого поліетилену (наноПЕ) пропускають теплове ІЧ-випромінювання тіла, забезпечуючи пасивне «променеве охолодження», але це, по суті, канал для відведення, а не «саморегуляція ізоляції» під час потовиділення.
3. Приводи вологості/гігроморфні тканини змінюють форму/пори при підвищенні вологості, розширюючи «зону комфорту» без дротів – напрямок швидко розвивається.

• Проблема, яку вирішують «розумні» тканини. Тепловий комфорт одягу руйнується, коли активність швидко змінюється: перегрів і пітливість під час навантаження, переохолодження через вологий шар при зупинці. Тому в останні роки стрімко розвивається адаптивний термо/вологозахисний текстиль, який регулює теплообмін без батарейок і складної електроніки. Огляди підкреслюють ключовий вектор – динамічне управління теплом і вологою на рівні волокна/шару тканини.
• Чому вологість/піт – найкращий «тригер». Піт – головний швидкий маркер перегріву: щойно місцева вологість збільшується, системі потрібно зменшити тепловий опір (зменшити «набряклість»/повітряні камери) та збільшити випаровування; коли вона висихає, відновити ізоляцію. Звідси ідея матеріалів, які автоматично реагують на вологість, а не на зовнішню температуру. Це економить енергію та дозволяє уникнути громіздкої електроніки.
• Що таке бактеріальна целюлоза та чому вона перспективна? BC – це біополімер, який «вирощується» оцтовокислими бактеріями ( Komagataeibacter ): він утворює нанофібрилярну мережу з високою водоємністю, міцністю, повітропроникністю та біосумісністю. У текстилі/матеріалознавстві BC цінується за свою чутливість до вологи та стале виробництво з відновлюваної сировини.
• Наукова прогалина, яку заповнює нова стаття. Більшість пасивних рішень або відводять тепло (радіаційне), або буферизують його (PCM), слабо враховуючи, що сама вологість повинна «перемикати» ізоляцію. У роботі, опублікованій у Science Advances, шар BC використовується як «серце» теплого одягу, яке стоншується від поту (менше повітря → менше ізоляції) і знову випрямляється, коли висихає, тобто створює саморегульовану теплоізоляцію на основі вологості тіла.
• Польовий контекст: де це вписується? Тенденція спрямована на пасивні, біо- та полімерні системи, які розширюють «вікно комфорту» без енерговитрат користувача. Поруч із ними йдуть: гігроморфні актуатори нового покоління (які демонструють помітне розширення зони комфорту) та радіаційне охолодження на основі целюлози/біології — біорозчинне охолодження добре вписується в цю «зелену» галузь персонального термоменеджменту.
• Практичні наслідки для промисловості: якщо контрольована вологістю «пухкість» ізоляції BC буде підтверджена в ході випробувань на носіння (прання, знос, запахи, налаштування порогу реакції), виробники матимуть масштабований наповнювач на біологічній основі для зимових/активних шарів — з меншим перегрівом у дорозі та меншим тремтінням у стані спокою. Це доповнює, а не конкурує, з радіаційними та PCM рішеннями: їх можна комбінувати в багатошарових системах.

Як це працює

• Наповнювач з бактеріальної целюлози (БЦ) – це природна «сітка» з нанофібрил, що виробляються нешкідливими бактеріями (знайомими всім з чайного гриба/комбучі). Ця мембрана легка, міцна, повітропроникна та гідрофільна – вона чудово «відчуває» вологу.
• Коли ви починаєте потіти, локальна вологість під одягом збільшується, волокнистий шар втрачає свою «пухкість» і розплющуються – менше повітря всередині → менше ізоляції → тілу легше втрачати зайве тепло. Як тільки ви висихаєте, структура знову розпрямляється і повертає високий рівень теплоізоляції завдяки повітрю між волокнами. Це простий пасивний механізм, який працює на вологу, а не на електроніку.

Що показали автори

• Адаптація до поту та вологи. У сухих умовах матеріал зберігає максимальну товщину ~13 мм, а при високій вологості (імітуючи потовиділення) стоншується до ~2 мм. Завдяки такій «змінній товщині» прототип значно подовжує час теплового комфорту порівняно зі звичайною теплою тканиною, особливо при зміні режиму «відпочинок → навантаження».
• Принцип масштабований. Автори наголошують, що «начинку» можна вшивати в різні типи одягу — від підкладок до утеплювальних шарів — і адаптувати до клімату/навантаження.

Чому це взагалі потрібно?

Класичний теплий одяг – це компроміс: чим тепліший шар, тим вищий ризик «перегріву та потовиділення», а потім переохолодження через мокру спідню білизну «міні-сауна». Текстиль, який послаблює ізоляцію під час потовиділення та повертає її, коли висихає, допомагає підтримувати «золоту середину» без зайвих блискавок, клапанів та батарейок. Волога відіграє ключову роль у термоменеджменті людини (тепло виноситься випаровуванням), тому «розумні» тканини все частіше вчаться реагувати цілеспрямовано на вологу/вологість.

Чим це відрізняється від інших розумних тканин?

• Ніякої електроніки. На відміну від активних систем (термоелементів/м'якої робототехніки), тут діє чиста фізика матеріалу: вологе → тонше, сухе → товстіше. Це простіше, дешевше та потенційно довговічніше.
• Не «клапани», а «повність». Раніше пропонувалися тканини з клапанами/порами для вологи або з товщиною «гармошка» на полімерних вставках. Тепер роль «гармошки» виконує натуральна бакцелюлоза, вже відома в медичних перев'язках та «зеленому» текстилі.
• Екологічний потенціал. Бактеріальна целюлоза є біосумісною та біорозкладною, її можна вирощувати без бавовни та олії, а її виробництво відповідає сучасній тенденції до екологічно чистих матеріалів.

Де це може бути корисним

• Зима в місті та «офіс-вулиця-підземка». Зміни активності та клімату менше «кидають» тіло в спеку/холод – комфорт «тримається» довше.
• Гірські/бігові заняття. Під час підйому/бігу тканина вентилюється, а під час зупинки знову утеплює.
• Польові та виробничі умови. Чим менше рухомих частин та електроніки, тим надійніше. (Плюс плюс за легку вагу та «повітропроникність» балонного компенсатора.)

Обмеження

Це все ще наукова розробка та прототип; його ще потрібно випробувати для щоденного носіння:

• Довговічність та здатність до прання (багаторазові цикли змочування та сушіння, «хімчистка всього терміну служби»),
• Комфорт для шкіри та приємні запахи при тривалому носінні,
• Встановлення «порогів» реакції для різних кліматичних/потовиділяючих профілів,
• Вартість та масштабування вирощування бакцелюлози до рулонів тканини. Для порівняння: сфера «терморегулюючих» тканин активно розвивається, але лише частина ідей доходить до масового ринку.

Висновок

«Одяг, що адаптується до поту» – це логічне продовження десятирічних пошуків текстилю, чутливого до вологи та температури. Нова стаття в Science Advances додає до цієї галузі натуральну бактеріальну целюлозу як «серце» адаптивної ізоляції та показує велику амплітуду зміни товщини (13 → 2 мм) разом зі збільшенням часу теплового комфорту – без проводів та датчиків.

Джерело: Адаптивний теплий одяг, чутливий до поту, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472