"מעיל ש'נרזה' כשמזיעים": תאית חיידקית לימדה בגדים לווסת את החום באופן עצמאי

כתב העת Science Advances תיאר בד חם "חכם", שמילויו עשוי מתאית חיידקית טבעית, אשר מגיבה להזעה: כאשר הוא לח סביב הגוף, החומר הופך אוטומטית לדק יותר, וכאשר הוא יבש, הוא שוב מקבל "נפיחות" ושומר על חום. באב טיפוס, העובי השתנה מכ-13 מ"מ (יבש) ל-2 מ"מ (לח), והרעיון הכללי הוא להאריך את זמן הנוחות התרמית ללא אלקטרוניקה וסוללות.

רֶקַע

מה ניסית בעבר:

1. חומרים בעלי שינוי פאזה (PCM) במיקרו-קפסולות "בולעים" חום במהלך ההיתוך ומשחררים אותו במהלך התגבשות, אך פועלים בחלון טמפרטורה צר ומגיבים בצורה גרועה להזעה אמיתית.
2. בדים קורנים המבוססים על פוליאתילן ננו-נקבובי (nanoPE) מאפשרים לקרינת האינפרא-אדום התרמית של הגוף לעבור דרכה, ומספקים "קירור קרינתי" פסיבי, אך זהו למעשה תעלה להסרה, ולא "ויסות עצמי של בידוד" במהלך הזעה.
3. מפעילי לחות/בדים היגמורפיים משנים צורה/נקבוביות כאשר הלחות עולה, ומרחיבים את "אזור הנוחות" ללא חוטים - הכיוון מתבגר במהירות.

• הבעיה שבדים "חכמים" פותרים. הנוחות התרמית של בגדים קורסת כאשר הפעילות משתנה במהירות: התחממות יתר והזעה במהלך מאמץ, היפותרמיה עקב שכבה לחה בעת עצירה. לכן, טקסטיל תרמי/לחות אדפטיבי מתפתח במהירות בשנים האחרונות, אשר מכוון את חילופי החום ללא סוללות ואלקטרוניקה מורכבת. סקירות מדגישות את הווקטור המרכזי - ניהול דינמי של חום ולחות ברמת שכבת הסיבים/בד.
• מדוע לחות/זיעה הן ה"טריגר" הטוב ביותר. זיעה היא הסמן המהיר העיקרי להתחממות יתר: ברגע שהלחות המקומית עולה, המערכת צריכה להפחית את ההתנגדות התרמית (פחות "נפיחות"/תאי אוויר) ולהגביר את האידוי; כאשר המערכת מתייבשת, הבידוד מחזיר את הטמפרטורה. מכאן הרעיון של חומרים שמגיבים אוטומטית ללחות, ולא לטמפרטורה חיצונית. זה חוסך באנרגיה ומונע מוצרי אלקטרוניקה מגושמים.
• מהי תאית חיידקית ומדוע היא מבטיחה? תאית בקטריאלית (BC) היא ביופולימר ש"גדל" על ידי חיידקי חומצה אצטית ( Komagataeibacter ): היא יוצרת רשת ננו-פיברילית בעלת קיבולת מים גבוהה, חוזק, חדירות אוויר ותאימות ביולוגית. בטקסטיל/מדעי החומרים, תאית בקטריאלית מוערכת בזכות רגישותה ללחות וייצורה בר-קיימא מחומרי גלם מתחדשים.
• פער מדעי שמאמר חדש סוגר. רוב הפתרונות הפסיביים מסירים חום (קרינה) או יוצרים בו חוצץ (PCM), בהתחשב בכך שהלחות עצמה אמורה "למתג" את הבידוד. העבודה ב- Science Advances משתמשת בשכבת ה-BC כ"לב" של בגדים חמים, אשר מדלדלת עם זיעה (פחות אוויר → פחות בידוד) ומתיישרת שוב כשהיא יבשה - כלומר, היא בונה בידוד תרמי מווסת את עצמו על סמך לחות הגוף.
• הקשר בתחום: היכן זה משתלב? המגמה היא לכיוון מערכות פסיביות, ביו-פולימריות, המרחיבות את "חלון הנוחות" ללא אנרגיית המשתמש. לצדן נמצאים: מפעילים היגרומורפיים מהדור החדש (המראים הרחבה ניכרת של אזור הנוחות) וקירור קרינה מבוסס תאית/ביו-תרמית - BC משתלב היטב לענף "ירוק" זה של ניהול תרמי אישי.
• השלכות מעשיות על התעשייה: אם "העובי" הנשלט על ידי לחות של בידוד BC יאושר בבדיקות לבישות (שטיפה, בלאי, ריחות, כוונון סף תגובה), ליצרנים יהיה מילוי מבוסס ביולוגיה הניתן להרחבה לשכבות חורף/פעילות - עם פחות התחממות יתר תוך כדי תנועה ופחות רעידות במנוחה. זה משלים, ולא מתחרה, לפתרונות קרינה ו-PCM: ניתן לשלב אותם במערכות רב-שכבתיות.

איך זה עובד

• מילוי התאית הבקטריאלית (BC) הוא "רשת" טבעית של ננו-סיבים המיוצרים על ידי חיידקים בלתי מזיקים (מוכרים לכולם מפטריות תה/קומבוצ'ה). קרום זה קל, עמיד, נוושם והידרופילי - הוא "חוש" לחות בצורה מושלמת.
• כשמתחילים להזיע, הלחות המקומית מתחת לבגדים עולה, השכבה הסיבית מאבדת את "הנפיחות" שלה ומתיישרת - פחות אוויר בפנים → פחות בידוד → קל יותר לגוף לאבד עודפי חום. ברגע שמתייבשים, המבנה מתיישר שוב ומחזיר רמת בידוד תרמי גבוהה הודות לאוויר שבין הסיבים. זהו מנגנון פסיבי פשוט שפועל על לחות, לא על אלקטרוניקה.

מה שהמחברים הראו

• הסתגלות לזיעה ולחות. בתנאים יבשים, החומר שומר על עובי מרבי של כ-13 מ"מ, ובלחות גבוהה (מדמה הזעה) הוא מדלל לכ-2 מ"מ. בשל "עובי משתנה" זה, האב טיפוס מאריך משמעותית את זמן הנוחות התרמית בהשוואה לבד חם קונבנציונלי, במיוחד בעת שינוי מצב "מנוחה → טעינה".
• העיקרון ניתן להרחבה. המחברים מדגישים כי ניתן לתפור את ה"מילוי" לסוגים שונים של בגדים - החל מבטנות ועד שכבות מבודדות - ולהתאים אותו לאקלים/עומס.

למה זה בכלל הכרחי?

ביגוד חם קלאסי הוא פשרה: ככל שהשכבה חמה יותר, כך גדל הסיכון ל"התחממות יתר והזעה", ולאחר מכן להתקררות יתר עקב "מיני-סאונה" תחתונה רטובה. טקסטיל, המחליש את הבידוד בזמן הזעה ומחזיר אותו כשהוא יבש, מסייע לשמור על "הדרך הנכונה" ללא רוכסנים, שסתומים וסוללות מיותרים. לחות ממלאת תפקיד מפתח בניהול החום האנושי (חום נישא על ידי אידוי), ולכן בדים "חכמים" לומדים יותר ויותר להגיב באופן ספציפי ללחות.

במה זה שונה מבדים חכמים אחרים?

• אין אלקטרוניקה. בניגוד למערכות אקטיביות (תרמואלמנטים/רובוטיקה רכה), כאן מדובר בפיזיקה טהורה של החומר: רטוב → דק יותר, יבש → עבה יותר. זה פשוט יותר, זול יותר ופוטנציאלית עמיד יותר.
• לא "שסתומים", אלא "עבות". בעבר הוצעו בדים עם שסתומי/נקבוביות לחות או עם עובי אקורדיון על גבי מוספים פולימריים. כעת את תפקיד ה"אקורדיון" תופסת תאית בק טבעית, שכבר מוכרת בתחבושות רפואיות ובטקסטיל "ירוק".
• פוטנציאל אקולוגי. תאית חיידקית היא ביולוגית מתכלה ומתכלה ביולוגית, ניתנת לגידול ללא כותנה ושמן, וייצורה תואם את המגמה הנוכחית לחומרים בני קיימא.

היכן זה יכול להיות שימושי

• חורף בעיר ו"משרד-רחוב-רכבת תחתית". שינויים בפעילות ובאקלים "זורקים" את הגוף פחות לחום/קור - הנוחות "נמשכת" זמן רב יותר.
• פעילויות הרים/ריצה. במהלך הטיפוס/ריצה הבד מתאוורר, ובעצירת מנוחה הוא מבודד שוב.
• תנאי שטח וייצור. ככל שפחות חלקים נעים ואלקטרוניקה, כך האמינות גבוהה יותר. (ועוד פלוס למשקל הקל ול"יכולת הנשימה" של ה-BC.)

הגבלות

זהו עדיין פיתוח מדעי ואב טיפוס; עדיין צריך לבדוק אותו לשימוש יומיומי:

• עמידות וכביסה (מחזורי הרטבה וייבוש מרובים, "ניקוי יבש של החיים"),
• נוחות עור וריחות לאחר שימוש ממושכים,
• הגדרת "ספי" התגובה עבור פרופילי אקלים/הזעה שונים,
• עלות והרחבת גידול בקצלולוז לגלילי בד. לשם השוואה: תחום הבדים "המווסתים תרמית" צומח באופן פעיל, אך רק חלק מהרעיונות מגיעים לשוק ההמוני.

מַסְקָנָה

"בגדים שמסתגלים לזיעה" הם המשך הגיוני של חיפוש שנמשך עשור אחר טקסטיל רגיש ללחות וטמפרטורה. מאמר חדש ב- Science Advances מוסיף תאית חיידקית טבעית לתחום כ"לב" הבידוד האדפטיבי ומראה משרעת גדולה של שינוי עובי (13 → 2 מ"מ) יחד עם עלייה בזמן הנוחות התרמית - ללא חוטים וחיישנים.

מקור: ביגוד חם אדפטיבי הרגיש לזיעה, התקדמות המדע (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472