Công nghệ quần áo thông minh là gì và nó hoạt động như thế nào?

Có vẻ như loại quần áo này thiên về một số chức năng chuyên biệt nào đó hơn là việc làm đẹp cho con người.

Những công nghệ sản xuất vải hiện đại, bao gồm việc thay đổi quần áo theo hướng thông minh. Đó là những loại quần áo được sự hỗ trợ của công nghệ với khả năng thay đổi màu sắc, chặn ánh sáng mặt trời, thu thập các dữ liệu y tế, phát ra những rung động hay thậm chí là hiển thị những thông báo tùy chỉnh. Sau đây chúng ta sẽ điểm qua những tiến bộ tuyệt vời nhất trong công nghệ sản xuất vải cùng với các loại vải thông minh chắc hẳn sẽ khiến bạn ngạc nhiên.

Vải lấy cảm hứng từ áo giáp kim loại giống như một bộ xương ngoài

Hauberks, hay áo dây xích đã từng được sử dụng trong thời Trung cổ, và nhiều người chắc chắn nghĩ rằng chúng đã lỗi thời. Câu trả lời là không. Nó không hề biến mất, mà chỉ biến đổi thành một dạng khác ở thời hiện đại. Năm 2021, các kỹ sư tại Viện Công nghệ California (Caltech) và Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) ở Singapore đã tạo ra một vật liệu có cấu trúc dạng chuỗi xích có thể chuyển từ trạng thái mềm đến cứng theo điều khiển, và có thể chịu tải trọng gấp 50 lần trọng lượng của chính nó khi cứng lên.

Để tạo ra loại vải này, nhóm nghiên cứu đã xếp các lớp nhựa rỗng hoặc nhôm in 3D lại để lồng vào nhau, cho phép chúng thay đổi hình dạng nhưng vẫn giữ được độ cứng. Nếu các loại vải tương tự khác được điều chỉnh bằng trường điện từ khi muốn làm cho chúng co lại hoặc giãn ra, vải sợi xích sử dụng quá trình chuyển đổi gây nhiễu, giống với nguyên tắc hút chân không như trong một bao gạo, nó sẽ bị cứng lại khi khí được hút ra và các hạt gạo không còn chỗ để di chuyển. Vải sợi xích có thể chịu được tải trọng 2 pound (gần 1kg) khi cứng lại.

"Các vật liệu dạng hạt sẽ cho thấy một ví dụ điển hình về một hệ thống phức tạp, nghĩa là những tương tác đơn giản sẽ tạo ra những cấu trúc khác nhau. Trong ứng dụng vải sợi xích này, khả năng trọng tải lớn đến từ cấu trúc các hạt cho thấy yếu tố thay đổi tình hình, khả năng mô phỏng hành vi phức tạp sẽ tạo ra những thiết kế với hiệu suất phi thường khác từ các mô hình vật liệu dạng hạt này".

Những ứng dụng tiềm năng cho loại vải này gồm các áo giáp có chức năng bảo vệ trong lao động, phổi thích ứng thay đổi độ cứng khi bệnh nhân hồi phục, các loại cầu nối có khả năng cuộn ra và cố định tại chỗ và một một xương ngoài với chức năng bảo vệ, cho phép những người có vấn đề về vận động đi lại bình thường.

Quần áo có khả năng tự giặt

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne, Úc, đã phát triển một loại vải tự làm sạch bằng cách "trồng" các cấu trúc nano đồng và bạc trên các sợi bông của mảnh vải đó. Quá trình đưa các cấu trúc nano kim loại lên vải dệt bao gồm việc sơn lót vải bông bằng cách sử dụng dung dịch axit thiếc clorua, tiếp tục nhúng vải vào dung dịch muối palladium (một kim loại hiếm) để tạo ra các hạt tự hình thành trên sợi. Cuối cùng là, ngâm vải vào dung dịch có chứa đồng và bạc để tạo nên cấu trúc nano kim loại quang hoạt.

Các nguyên tử kim loại của các cấu trúc nano sẽ phản ứng khi gặp ánh sáng, do vậy khi tiếp xúc với ánh sáng vật liệu vải sẽ phân hủy các chất hữu cơ tự làm sạch vết bẩn và bụi bẩn trong vòng vài phút. Sáng chế này có thể sẽ rất có ý nghĩa đối với các ngành hóa chất nông nghiệp hay dược phẩm, tuy nhiên sẽ cần phải làm rất nhiều việc để cải thiện kỹ thuật và nhất là để những hạt nano kim loại này đào thải ra ngoài, dẫn đến các vấn đề về môi trường. Ngoài ra, các hạt nano bạc cũng đã được dùng để ngăn mùi bằng cách tiêu diệt vi khuẩn, tuy nhiên trong những điều kiện nhất định nó cũng có thể biến thành dạng ion độc hại.

Các loại vải giúp hạ nhiệt cơ thể

Theo thống kê việc dùng điều hòa và quạt điện ngốn mất khoảng 20% tổng lượng điện tiêu thụ trong các tòa nhà. Vậy bạn có thể tưởng tượng sẽ tiết kiệm được nhiều điện như thế nào nếu cơ thể mình được điều hòa bởi chính quần áo đang mặc?

Vào năm 2020, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford (Hoa Kỳ) và Đại học Nam Kinh (Trung Quốc) đã thử thay đổi một vài mảnh lụa (loại vải tạo cảm giác mát mẻ trên da người do khả năng phản xạ lại khi ánh sáng mặt trời chiếu vào) để làm cho nó phản xạ đến 95% ánh nắng mặt trời, duy trì nền nhiệt trên lụa mát hơn 3,5°C so với không khí xung quanh dưới cùng điều kiện ánh sáng mặt trời.

Loại vải này giữ cho da mát hơn khoảng 12,5°C so với quần áo bằng vải cotton.

Các nhà nghiên cứu đã sáng tạo thành công loại vải này với việc bổ sung các hạt nano oxit nhôm vào các sợi tơ vải. Đây là loại hạt nano có thể phản xạ các bước sóng cực tím của ánh sáng mặt trời, giữ cho da mát hơn khoảng 12,5°C so với quần áo bằng vải cotton, một cách làm mát cực kỳ tuyệt vời.

Các bước thử nghiệm bắt đầu bằng việc sử dụng da mô phỏng làm từ silicon, họ phủ lụa đã qua chế tạo lên lớp da mô phỏng, nó giữ cho da mát hơn 8°C dưới ánh nắng trực tiếp so với lụa tự nhiên. Sau đó, họ thiết kế một chiếc áo dài tay từ lụa kỹ thuật và yêu cầu một tình nguyện viên mặc nó và đứng dưới nắng với nhiệt độ khoảng 37°C và thấy rằng chiếc áo này không ấm lên như lụa tự nhiên hay vải bông.

Chiếc áo lụa này không phải phát minh đầu tiên, trước đó một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Graphene Quốc gia của Đại học Manchester cũng đã tạo ra loại vải dệt thông minh để tạo sự thích ứng nhiệt bằng cách tận dụng bức xạ hồng ngoại của graphene (một dạng carbon).

"Khả năng kiểm soát bức xạ nhiệt là yếu tố cần thiết khi nói đến việc kiểm soát nhiệt độ cơ thể trong điều kiện nhiệt độ ngoài trời quá cao, chăn nhiệt là một ví dụ phổ biến cho mục đích này. Tuy nhiên, việc duy trì các chức năng này khi môi trường xung quanh nóng lên hoặc nguội đi là một thách thức lớn", gáo sư Coskun Kocabas, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết vào thời điểm đó.

Quần áo thu năng lượng

Cũng vào năm 2016, các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Georgia ở Atlanta đã tạo ra một loại vải thu năng lượng từ cả ánh sáng mặt trời và năng lượng từ chuyển động. Để tạo ra loại vải này, nhóm đã đan các sợi len vào nhau, kết hợp với những tế bào quang điện, được làm từ sợi polyme nhẹ và một máy phát điện nano tribonoid dựa trên sợi quang có thể tạo ra một lượng nhỏ công suất điện từ các chuyển động cơ học. Vải dày khoảng 320 micromet và mềm mại, thoáng khí và nhẹ, và nhóm phát minh rất hy vọng nó sẽ được ứng dụng vào các mô hình lều trại rèm cửa và cả quần áo. Thậm chí chúng ta có thể mơ đến một ngày nó còn giúp chúng ta sạc được cả điện thoại ngay cả khi đang di chuyển.

Để tạo ra loại vải này, nhóm đã đan các sợi len vào nhau, kết hợp với những tế bào quang điện.

Mục tiêu lớn lao chính là thu hoạch năng lượng từ chính môi trường xung quanh của chúng ta. Nghiên cứu này đã thu hút sự chú ý bởi ở thời điểm hiện tại những thiết bị điện tử nhỏ, có "khả năng di chuyển hay đeo trên người đang rất phát triển, phổ biến hơn và biến thành thời thượng, và nó sẽ cần đến nguồn điện cho hoạt động".

Vải sợi có thể lưu dữ liệu, phát hiện các vấn đề sức khỏe

Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát triển một loại vải sợi công nghệ cao có thể cho phép chúng ta mang dữ liệu trong quần áo của mình. Loại sợi này được làm từ các chip silicon được kết nối điện với nhau vì thế chúng có khả năng lưu trữ tệp kéo dài đến vài tháng. Những loại sợi kỹ thuật số này hoạt động giống như một cảm biến để theo dõi hoạt động thể chất của chúng ta, thậm chí có khả năng phát hiện bệnh tật trên cơ thể khi được kết hợp mạng noron nhân tạo (neural network). Mạng Neural network giúp dự đoán hoạt động hay trạng thái cơ thể, sau đó phát hiện sớm các vấn đề về hô hấp hoặc sức khỏe.

Loại sợi này được làm từ các chip silicon được kết nối điện với nhau.

Quần áo giám sát sinh trắc học

Đồng hồ đeo tay theo dõi thể dục không phải là thiết bị đeo duy nhất giúp theo dõi hoạt động, nhịp tim, thói quen ngủ của bạn,... Chúng ta còn được biết đến các loại quần áo có thể thực hiện được những điều này thông qua cảm biến. Điển hình, một loại đồ lót được thiết kế từ một công ty dệt may được liên kết với một ứng dụng có thể đo lường mức độ căng thẳng của cơ thể, thời gian nghỉ ngơi của bạn hay các tùy chọn khác như trên thiết bị đeo, ngoài ra nó còn dự đoán chu kỳ rụng trứng ở phụ nữ hay sức khỏe khi lái xe.

Vào năm 2020 các các nhà nghiên cứu của viện MIT cũng đã tạo ra loại cảm biến có thể giặt sạch với khả năng theo dõi các dấu hiệu quan trọng của người mặc nó, và được ghi nhận là trở thành cuộc cách mạng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe từ xa. Còn trung tâm nghiên cứu Empa ở Thụy Sĩ đã tích hợp các sợi quang học vào hàng dệt may của mình để kiểm soát vấn đề tuần hoàn của làn da nhằm tránh tình trạng lở loét cho những bệnh nhân hôn mê. Một công ty khác ở Đan Mạch cũng thiết kế loại tất đeo chân để phát hiện các vấn đề bất thường của đôi chân, rất hữu ích đối với những bệnh nhân có hiện tượng máu đông tiềm ẩn ở chân.

Đã có những ứng dụng quần áo thông minh ra đời và tương lai sẽ còn nữa, mặc dù chúng vẫn chưa thể trở thành xu hướng chủ đạo nhưng hy vọng rằng sẽ có một ngày nào đó chúng ta sẽ cách mạng hóa hoàn toàn cách ăn mặc của mình.

Cập nhật: 26/12/2021 Theo VnReview