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理大研發智能軟件機械人防護衣 保障高溫環境工作安全

理大研發智能軟件機械人防護衣 保障高溫環境工作安全

責任編輯:蔣璐 2024-08-13 19:14:04 來源:香港商報網

    全球暖化持續加劇,令大眾飽受高溫天氣的煎熬,而保持人體熱舒適度對於高溫環境下的工作人士尤為重要。香港理工大學利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授壽大華博士帶領的研究團隊,成功研發首款採用軟件機械人紡織物料,可適應環境溫度變化而自動調溫的智能防護衣,同時有效隔熱透氣,保障高溫環境下的工作安全。研究結果已於知名國際跨學科綜合期刊《Advanced Science》上發表。

    維持合適體溫是保持生活質素和促進工作效率的關鍵因素之一。相反,高溫環境會增加熱壓力,加重身體能量消耗,為健康帶來威脅,包括加劇心血管疾病、糖尿病、精神健康和氣喘問題,同時增加傳染病傳播風險。根據世界衛生組織的數據,2000年至2019年期間,全球每年約48.9萬人因高溫相關原因死亡,其中在亞洲和歐洲的個案分別佔45%及36%。

    熱防護衣是保護極端高溫下工作人士的重要裝備,尤其是需要身處火災現場的消防員和長期在戶外工作的建築工人。然而,傳統防護衣的熱阻固定不變,在常溫環境下穿着容易因過熱造成不適;若用於火災現場和極端高溫環境,其隔熱效能又未必足夠。為此,壽大華及其研究團隊研發了一款智能軟件機械人防護衣,可以根據用家身處的環境溫度自動調節隔熱效能,在不同溫度下提供卓越的熱防護和熱舒適度。

    研究的靈感源於自然界的仿生學,例如鴿子主要基於結構變化的自適應熱調節機制。鴿子常利用羽毛在皮膚附近形成一層空氣間隙,減少熱量流失於環境中。而當溫度下降時,鴿子會豎起羽毛使其變厚且蓬鬆,以積蓄大量靜止空氣,增加熱阻來提高保暖效果。

    團隊開發的防護衣採用自動調節熱溫度的軟件機械人紡織布,借鑑人體外骨骼排列和分布的網狀結構,將軟件驅動器置於防護衣內相應支撐區域。其熱適應原理是在軟件驅動器中封裝無毒不燃的低沸點液體,在環境溫度升高時,封裝的液體由水態變成氣態,令軟件驅動器膨脹,並使紡織物料結構變厚,靜止空氣層因此擴大,使熱阻提升一倍多(從0.23 Km2/W提升至0.48Km2/W)。當防護衣的外表面溫度達到攝氏120度,相比於傳統熱防護衣,這種低成本的智能防護衣內表面溫度可降低攝氏10度以上。

    另外,這種基於聚氨酯的軟件機械人紡織物料擁有柔軟、堅韌及耐用的特點,相比形狀記憶合金熱敏防護衣,質感更貼膚舒適,亦可任意調整形狀,有助廣泛應用於不同類型的防護衣;即使經過嚴格洗滌測試,也不會出現滲漏情況。這款紡織物料的多孔間隔針織結構亦可顯著減少對流熱傳導,令防護衣保持高透濕度。此外,這款軟件機械人防護衣既輕巧,又毋需熱電晶片或循環液冷卻系統進行冷卻或加熱,即在不消耗任何能量的情況下仍能有效調節溫度。

    壽大華說:「穿着厚重的消防服會感到非常悶熱,當消防員離開火場脫下裝備後,靴子有時候甚至可倒出近一磅汗水。這激發了我去開發一種能適應不同環境溫度、同時具備良好透氣性的防護衣。我們研發的智能軟件機械人防護衣能適應不同季節和氣候、各種工作和生活條件,以及室內外環境溫差等,令用家在高溫及極端環境下獲得持續的熱舒適體感。」

    展望未來,壽大華認為這項創新技術有望廣泛應用於運動服、醫療保健服、戶外裝備等領域,以及作為建築用熱適應紡織隔熱材料,達致節能的效果。他的團隊亦擴展軟件機械人服裝技術的應用層面,在創新科技署和香港紡織及成衣研發中心資助下,研發出適用於低溫環境或氣溫驟降的高透濕充氣外套和保暖服,有望幫助野外遇困人士在惡劣環境中維持正常體溫。

    頂圖:理大利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授壽大華博士帶領的研究團隊,成功研發首款採用軟件機械人紡織物料,可適應環境溫度變化而自動調溫的智能防護衣,同時有效隔熱透氣,保障高溫環境下的工作安全。

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