„Яке, което „отслабва“, когато се потите“: Бактериална целулоза научи дрехите да се саморегулират.

Science Advances описа „умна“ топла материя, чийто пълнеж е изработен от естествена бактериална целулоза, която реагира на изпотяване: когато е влажно около тялото, материалът автоматично става по-тънък, а когато е сух, отново придобива „подпухналост“ и задържа топлината. В прототипа дебелината се е променила от около 13 мм (сухо) на 2 мм (влажно), а общата идея е да се удължи времето на топлинен комфорт без електроника и батерии.

Предистория

Какво сте опитвали преди:

1. Фазопроменящите се материали (PCM) в микрокапсули „поглъщат“ топлина по време на топене и я освобождават по време на кристализация, но работят в тесен температурен прозорец и реагират слабо на реално изпотяване.
2. Лъчезарните тъкани, базирани на нанопорест полиетилен (nanoPE), позволяват преминаването на топлинното инфрачервено лъчение на тялото, осигурявайки пасивно „радиационно охлаждане“, но това по същество е канал за отстраняване, а не „саморегулация на изолацията“ по време на изпотяване.
3. Актуаторите за влажност/хигроморфните тъкани променят формата/порите си, когато влажността се увеличи, разширявайки „зоната на комфорт“ без жици - посоката бързо се развива.

• Проблемът, който решават „умните“ тъкани. Термичният комфорт на дрехите се срива, когато активността се променя бързо: прегряване и изпотяване по време на усилие, хипотермия поради влажен слой при спиране. Поради това през последните години бързо се развиват адаптивни термо/влагоустойчиви текстилни изделия, които регулират топлообмена без батерии и сложна електроника. Ревютата акцентират върху ключовия вектор - динамично управление на топлината и влагата на ниво слой влакно/плат.
• Защо влажността/потта е най-добрият "спусък". Потта е основният бърз маркер за прегряване: веднага щом локалната влажност се повиши, системата трябва да намали термичното съпротивление (по-малко "подпухналост"/въздушни камери) и да увеличи изпарението; когато изсъхне, да върне изолацията. Оттук идва и идеята за материали, които автоматично реагират на влажността, а не на външната температура. Това спестява енергия и избягва обемистата електроника.
• Какво е бактериална целулоза и защо е обещаваща? BC е биополимер, който се „отглежда“ от оцетнокисели бактерии ( Komagataeibacter ): той образува нанофибриларна мрежа с висок воден капацитет, здравина, въздухопропускливост и биосъвместимост. В текстилната/материалознанието BC е ценен заради чувствителността си към влага и устойчивото производство от възобновяеми суровини.
• Научна празнина, която нова статия запълва. Повечето пасивни решения или отстраняват топлината (радиационна), или я буферират (PCM), като се има предвид, че самата влажност би трябвало да „превключва“ изолацията. Работата в Science Advances използва BC слоя като „сърцето“ на топлите дрехи, който изтънява от потта (по-малко въздух → по-малко изолация) и се изправя отново, когато изсъхне - тоест, изгражда саморегулираща се топлоизолация, базирана на телесната влажност.
• Полеви контекст: къде се вписва това? Тенденцията е към пасивни, био- и полимерни системи, които разширяват „прозореца на комфорт“ без енергията на потребителя. До тях са: хигроморфни задвижващи механизми от ново поколение (показващи забележимо разширяване на зоната на комфорт) и радиационно охлаждане на базата на целулоза/биотехнологии — комбинираното охлаждане се вписва добре в този „зелен“ клон на персоналното управление на температурата.
• Практически последици за индустрията: Ако контролираната от влагата „пълнежност“ на BC изолацията бъде потвърдена при тестове за носене (пране, износване, миризми, настройка на прага на реакция), производителите ще разполагат с мащабируем, биобазиран пълнеж за зимни/активни слоеве — с по-малко прегряване в движение и по-малко треперене в покой. Това е допълнение, а не конкурентно, към лъчистите и PCM решенията: те могат да се комбинират в многослойни системи.

Как работи

• Пълнежът от бактериална целулоза (BC) е естествена „мрежа“ от нанофибрили, произведени от безвредни бактерии (познати на всички от чаените гъби/комбуча). Тази мембрана е лека, издръжлива, дишаща и хидрофилна - тя „улавя“ влагата перфектно.
• Когато започнете да се потите, локалната влажност под дрехите се увеличава, влакнестият слой губи своята „подпухналост“ и се сплесква - по-малко въздух вътре → по-малко изолация → по-лесно е тялото да губи излишната топлина. Веднага щом изсъхнете, структурата се изправя отново и връща високо ниво на топлоизолация благодарение на въздуха между влакната. Това е прост пасивен механизъм, който работи на базата на влага, а не на електроника.

Какво показаха авторите

• Адаптация към пот и влага. В сухи условия материалът поддържа максимална дебелина от ~13 мм, а при висока влажност (симулираща изпотяване) изтънява до ~2 мм. Благодарение на такава „променлива дебелина“, прототипът значително удължава времето на топлинен комфорт в сравнение с конвенционалната топла материя, особено при смяна на режима „почивка → натоварване“.
• Принципът е мащабируем. Авторите подчертават, че „пълнежът“ може да бъде пришит в различни видове дрехи – от подплати до изолационни слоеве – и да се регулира според климата/натоварването.

Защо изобщо е необходимо това?

Класическите топли дрехи са компромис: колкото по-топъл е слоят, толкова по-висок е рискът от „прегряване и изпотяване“, а след това и от преохлаждане поради мокрото бельо „мини-сауна“. Текстилът, който отслабва изолацията по време на изпотяване и я връща, когато изсъхне, помага за поддържане на „златната среда“ без излишни ципове, клапани и батерии. Влагата играе ключова роля в термичното управление на човека (топлината се отвежда чрез изпарение), така че „умните“ материи все повече се учат да реагират специфично на влагата/влажността.

По какво това се различава от другите интелигентни тъкани?

• Без електроника. За разлика от активните системи (термоелементи/мека роботика), тук е чиста физика на материала: мокро → по-тънко, сухо → по-дебело. По-просто е, по-евтино и потенциално по-издръжливо.
• Не „клапани“, а „пълнота“. Преди се предлагаха тъкани с клапани/пори за влага или с дебелина тип „акордеон“ върху полимерни вложки. Сега ролята на „акордеона“ се поема от естествената бакцелулоза, вече позната в медицинските превръзки и „зелените“ текстили.
• Еко-потенциал. Бактериалната целулоза е биосъвместима и биоразградима, може да се отглежда без памук и масло, а производството ѝ е в съответствие със съвременната тенденция към устойчиви материали.

Къде това може да бъде полезно

• Зима в града и „офис-улица-метро“. Промените в активността и климата „хвърлят“ тялото в по-малко топлина/студ - комфортът „трае“ по-дълго.
• Планински/бягащи дейности. По време на изкачване/бягане материята проветрява, а при почивка отново изолира.
• Полеви и производствени условия. Колкото по-малко движещи се части и електроника, толкова по-надежден е. (Плюс плюс за лекото тегло и "дишането" на BC.)

Ограничения

Това все още е научна разработка и прототип; все още трябва да бъде тествано за ежедневно носене:

• Издръжливост и възможност за пране (многократни цикли на намокряне и сушене, „химическо чистене на живота“),
• Комфорт на кожата и миризми при продължително носене,
• Задаване на „прагове“ на реакция за различни климатични/изпотяващи профили,
• Цена и мащабиране на отглеждането на бакцелулоза до ролки плат. За сравнение: областта на „терморегулиращите“ платове активно се разраства, но само част от идеите достигат до масовия пазар.

Заключение

„Дрехи, които се адаптират към потта“ е логично продължение на десетилетно търсене на текстил, чувствителен към влага и температура. Нова публикация в Science Advances добавя естествената бактериална целулоза към областта като „сърцето“ на адаптивната изолация и показва голяма амплитуда на промяна на дебелината (13 → 2 мм), заедно с увеличаване на времето за топлинен комфорт - без кабели и сензори.

Източник: Адаптивно топло облекло, чувствително към пот, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472