Умные ткани: когда одежда становится технологией

Представьте одежду, которая может менять свои свойства в зависимости от окружающей среды.

Когда становится холодно, она помогает сохранить тепло. Когда тело нагревается – отводит влагу и позволяет коже охлаждаться. Она может менять цвет под воздействием температуры или света, измерять движение тела, собирать энергию или даже взаимодействовать со смартфоном.

Фантастика? Уже нет. Некоторые из этих технологий уже стали частью нашей повседневной одежды.

Мы привыкли думать о ткани как о материале: хлопок, лён, шерсть, шёлк, полиэстер. Но сегодня ткань может быть не только материалом для одежды. Она может стать сенсором, защитным слоем, источником энергии или частью электронной системы.

Так появились smart textiles: умные, интеллектуальные, текстильные материалы.

Что такое умный текстиль?

Умная ткань – это материал, который способен реагировать на изменение окружающей среды или на действия человека.

Например, на:

температуру;
влажность;
свет;
давление;
движение;
растяжение;
электрический или магнитный сигнал.

И здесь есть важное различие. Не всякая технологичная одежда является «умной тканью».

Например, пуховик, который очень хорошо сохраняет тепло благодаря конструкции и качественному утеплителю, это технологичный текстиль, но не обязательно smart textile. А вот материал, который изменяет свои свойства в зависимости от температуры, уже можно назвать умным.

Некоторые умные ткани работают благодаря особой структуре волокон и покрытиям. Другие содержат проводящие волокна, сенсоры или электронные компоненты. Поэтому smart textiles находятся на пересечении нескольких областей: текстиль + химия + физика + материаловедение + электроника. И это одна из самых интересных тенденций современного дизайна.

Какие бывают умные ткани?

Умный текстиль – это не одна конкретная технология, а целая группа материалов с разными функциями.

1. Ткани, которые регулируют температуру

Одна из главных задач одежды – помочь человеку сохранять комфортную температуру. Для этого используются разные технологии.

Некоторые материалы способны изменять свою структуру или форму при изменении температуры. Другие используют специальные материалы с фазовым переходом. Например, вещества, которые поглощают тепло при нагревании и отдают его при охлаждении. Такие материалы называют phase-change materials (PCM).

Есть и более простые решения: специальные волокна и структуры ткани помогают быстрее отводить тепло от тела или, наоборот, удерживать тёплый воздух. Получается своеобразная система управления микроклиматом между телом и одеждой.

Где используется:

спортивная одежда;
одежда для экстремальных условий;
рабочая одежда;
медицинский текстиль;
одежда для путешествий и активного отдыха.

2. Ткани, которые управляют влагой

Здесь принцип гораздо проще и знаком многим по спортивной одежде.

Некоторые синтетические волокна и специальные конструкции ткани способны перемещать влагу от кожи к внешней поверхности, где она быстрее испаряется. Это происходит благодаря капиллярному эффекту. Можно представить себе очень маленькие каналы внутри материала. Вода перемещается по ним от одной поверхности к другой.

Поэтому хорошая спортивная футболка не обязательно должна впитывать пот так, как это делает хлопковая ткань. Её задача может быть другой: быстро отвести влагу от тела и дать ей испариться. Это называется moisture management, управление влагой. “Умность” ткани заключается просто в том, как устроены её волокна.

3. Ткани, которые меняют цвет

А вот здесь текстиль действительно начинает выглядеть почти как магия. Существуют материалы, способные менять цвет под воздействием температуры или света.

Thermochromic textiles:

Такие ткани используют термохромные материалы, которые меняют цвет при изменении температуры. Например, один участок поверхности может изменить оттенок, когда его нагревают рукой.

Photochromic textiles

Эти материалы реагируют на свет, особенно на ультрафиолет. Находясь в помещении, ткань может выглядеть одним образом, а на солнечном свете другим. Такие технологии интересны не только для моды. Они могут использоваться как визуальные индикаторы окружающей среды. Например, материал может показывать изменение температуры или воздействие UV-излучения без отдельного электронного дисплея.

4. Ткани, которые «чувствуют» человека

Текстиль, который способен собирать информацию о движении или состоянии тела. Для этого создаются текстильные сенсоры, которые регистрируют:

давление;
растяжение;
движение;
положение тела;
температуру;
частоту сердцебиения;
дыхание.

Например, сенсор можно встроить непосредственно в ткань одежды. Когда человек сгибает руку, ткань растягивается и электрические характеристики сенсора меняются. Система считывает это изменение и понимает, что произошло движение. Представьте футболку, которая не просто выглядит как футболка, а одновременно собирает данные о движении тела.

Wearable sensors – носимые сенсоры, используются в спорте, реабилитации, медицине и исследованиях человеческого движения.

5. E-textiles: когда ткань становится электроникой

Здесь начинается ещё более интересная область: е-textiles, или electronic textiles, это текстиль, в который интегрированы электронные функции. Причём проводящая нить может выглядеть почти как обычная нить.

В ткань можно встроить:

проводящие волокна;
сенсоры;
светодиоды;
антенны;
элементы питания;
системы передачи данных.

Это открывает совершенно другой взгляд на одежду.

Мы привыкли, что электроника находится в телефоне, часах или компьютере. А что, если сама одежда становится интерфейсом? Например, ткань может реагировать на прикосновение, передавать информацию или взаимодействовать с другим устройством.

6. Текстиль, который производит энергию

Одна из самых футуристических идей: energy-harvesting textiles. Это материалы, которые могут получать небольшое количество энергии из окружающей среды. Например:

Солнце → электричество. В текстиль можно интегрировать гибкие солнечные элементы.

Движение → электричество. При движении, растяжении или трении некоторые материалы способны создавать электрический заряд.

Тепло → электричество. Термоэлектрические материалы могут использовать разницу температур между телом человека и окружающей средой.

Конечно, речь пока не идёт о том, что футболка полностью зарядит ваш ноутбук, но энергии может быть достаточно для питания небольшого сенсора или другого маломощного устройства. И здесь возникает интересная идея: одежда не только потребляет энергию, она сама становится её источником.

7. Самовосстанавливающийся текстиль

Ещё одна область исследований: self-healing textiles. Это материалы, способные частично восстанавливать свои свойства после повреждения. Принцип может быть разным. Например, используются специальные полимеры, которые после повреждения способны снова соединяться.

Пока это в основном область исследований и специализированных материалов, но направление очень перспективное. Особенно если подумать о принципах устойчивого дизайна. Если материал способен дольше сохранять свои свойства и восстанавливаться после небольших повреждений, это потенциально может увеличить срок жизни изделия. А долговечность – это одна из самых важных характеристик устойчивого текстиля.

8. Самоочищающиеся и водоотталкивающие ткани

Здесь мы снова встречаемся с нанотехнологиями. На поверхность волокон можно наносить специальные покрытия, которые изменяют взаимодействие ткани с водой, маслом или загрязнениями. Например, поверхность становится настолько водоотталкивающей, что капля воды собирается в шарик и скатывается с ткани, захватывая с собой часть загрязнений. Один из источников вдохновения для таких технологий – эффект лотоса.

Некоторые современные покрытия также обладают антимикробными свойствами. Но здесь важно быть осторожными со словом «самоочищающаяся». Обычно это не означает, что одежду вообще никогда не нужно стирать. Скорее речь идёт о том, что грязь и вода хуже удерживаются на поверхности, а изделие может дольше сохранять ощущение чистоты.

Uniqlo?

Если вы когда-нибудь покупали одежду Uniqlo, вы, возможно, уже сталкивались с технологичным текстилем, даже не называя его «умным».

Японская компания построила концепцию LifeWear именно вокруг идеи функциональной повседневной одежды. Один из самых известных примеров: HEATTECH, тонкий многослойный материал, разработанный для сохранения тепла.

Важный момент: он не создаёт тепло из ничего. Одна из особенностей технологии заключается в том, что волокна помогают использовать влагу, выделяемую телом, а структура материала способствует сохранению тепла. Кроме того, тонкая ткань позволяет использовать несколько слоёв одежды без большого дополнительного объёма.

То есть это хороший пример другой идеи: технология может быть практически незаметной. Вы не видите электронику. Не видите сложную конструкцию. Вы просто надеваете тонкую футболку и она работает.

Или AIRism. Здесь задача противоположная: сделать одежду комфортнее в жаркую погоду. Материалы AIRism разработаны таким образом, чтобы помогать отводить влагу, быстрее высыхать и создавать ощущение прохлады и комфорта на коже. Это особенно важно в условиях высокой температуры и влажности.

Достаточно изменить структуру волокна, поверхность материала или способ переплетения нитей, чтобы получить совершенно другое поведение ткани.

А мембранные материалы, подобные BLOCKTECH, решают другую задачу: защищают от внешней влаги и ветра, одновременно позволяя водяному пару выходить наружу. Мембрана содержит микроскопические поры. Капля жидкой воды значительно больше этих отверстий и не проходит через них, тогда как водяной пар может проходить. Здесь идея проста:

дождь снаружи → остаётся снаружи;
влага от тела → может выходить наружу.

Умный текстиль – не обязательно экологичный

Как так? Да, технология сама по себе не делает одежду устойчивой. Многие современные функциональные ткани производятся из синтетических материалов. Полиэстер, полиамид, эластан и другие полимеры могут давать ткани отличные свойства: прочность, эластичность, лёгкость, быстрое высыхание.

Но у них есть и другая сторона. Производство основано преимущественно на ископаемом сырье, некоторые синтетические ткани могут выделять микроволокна при стирке, а сложные многослойные материалы бывает трудно перерабатывать. Особенно сложной становится ситуация, когда в одном изделии соединены: несколько разных волокон + покрытия + мембрана + электронные компоненты.

Получается парадокс. Чем технологичнее становится одежда, тем сложнее иногда становится её переработать.

Технологии могут помочь устойчивости

Но здесь не стоит делать вывод, что smart textiles – это плохо. Технология может быть частью решения. Если функциональная ткань позволяет человеку использовать одну вещь много лет, вместо постоянной покупки новых вещей для разных условий, это уже имеет значение.

Если материал делает одежду более долговечной, ремонтопригодной или многофункциональной – это тоже плюс. А если в будущем электронный текстиль будет одновременно:

долговечным;
ремонтируемым;
произведённым из переработанных или биоматериалов;
легко разделяемым на компоненты;
безопасным для окружающей среды,

тогда мы получим совершенно другую модель технологичной одежды. Именно поэтому сегодня всё больше исследований посвящено не только тому, что умеет ткань, но и тому, из чего она сделана и что произойдёт с ней после окончания срока службы.

А дальше?

Сегодня мы можем представить несколько направлений развития умного текстиля: одежда, которая измеряет движение человека; ткань, которая сама регулирует теплообмен; материал, который меняет цвет; текстиль, который получает энергию от движения или солнца; сенсоры, которые практически невозможно отличить от обычной нити и материалы, которые способны восстанавливаться после повреждения.

Но, возможно, самое интересное изменение произойдёт не в самой технологии, а в нашем представлении о том, что такое ткань. Тысячи лет текстиль был способом защитить тело, украсить его, показать принадлежность к культуре и рассказать историю. Теперь к этим функциям добавляется ещё одна: ткань может воспринимать окружающий мир и реагировать на него.

Какие ткани будем носить через 20 лет?

Возможно, мы перестанем замечать их. Как сегодня мы не удивляемся водонепроницаемой куртке или спортивной футболке, которая быстро высыхает. Будущие технологии могут стать настолько привычными, что мы просто будем говорить: “Это моя одежда”, а не “Это умная одежда”.

И, наверное, именно тогда технология действительно станет частью текстиля, не отдельным гаджетом, пришитым к одежде, а естественным свойством самого материала.

Почитать:

Современные исследования smart textiles охватывают сразу несколько областей: сенсоры, электронный текстиль, управление температурой, изменение цвета, сбор энергии и наноматериалы.

Вот несколько интересных статей:

Эти исследования показывают, что smart textile сегодня уже не одна технология, а целое направление, в котором встречаются текстильный дизайн, материаловедение, химия, электроника и устойчивое развитие.

ФОТО: George Bakos

Следующая статья будет посвящена гринвошингу и тому, как отличить настоящую экологичность от красивых маркетинговых обещаний. Подпишитесь на рассылку, чтобы не пропустить её.