แปลและเรียบเรียง โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

จะร้อนหรือหนาวก็ไม่ต้องทนอีกต่อไป! เพราะนักวิทยาศาสตร์จาก University of California San Diego ได้พัฒนาแผ่นควบคุมอุณหภูมิเฉพาะบุคคลแบบสวมใส่ได้ที่ช่วยให้ผู้สวมใส่รู้สึกสะดวกสบายไม่ว่าจะอยู่บ้าน หรือไปทำงาน

ภาพจาก https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/wearable_cooling_and_heating_patch_could_serve_as_personal_thermostat_and_save_energy

ต้นแบบแผ่นควบคุมอุณหภูมิที่ติดอยู่กับปลอกแขน


การใส่หรือถอดเสื้อเพื่อปรับอุณหภูมิของร่างกายให้เหมาะสมคงไม่ใช่วิธีที่สะดวกนักในทางปฏิบัติ ชีวิตน่าจะง่ายกว่าหากใช้เทคโนโลยีมาช่วย นักวิทยาศาสตร์จาก University of California San Diego ได้พัฒนาแผ่นควบคุมอุณหภูมิที่ยืดหยุ่น น้ำหนักเบาและนุ่มสำหรับติดตรึงเข้ากับเสื้อผ้า ซึ่งช่วยให้ผู้สวมใส่รู้สึกสะดวกกาย สบายกระเป๋า เพราะสบายตัวได้โดยไม่ต้องจ่ายค่าไฟฟ้าที่มากเกินจากการใช้เครื่องปรับอากาศ หรือเครื่องทำความร้อน

แผ่นควบคุมอุณหภูมิที่ยืดหยุ่น

แผ่นควบคุมอุณหภูมินี้ใช้ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก จริงๆ แล้วอุปกรณ์ที่ใช้หลักการนี้มีมานานแล้ว แต่ทีมวิจัยตั้งเป้าที่จะพัฒนาเป็นเสื้อผ้าฉลาดที่สามารถปรับอุณหภูมิเฉพาะบุคคลได้โดยไม่ต้องพึ่งพัดลมหรือแผงระบายความร้อน พวกเขาคิดกลยุทธ์ใหม่โดยออกแบบให้แผ่นควบคุมอุณหภูมิยืดหยุ่น โค้งงอ และบิดได้โดยที่คุณสมบัติการทำความเย็นและความร้อนไม่เกิดความเสียหายจึงเหมาะสมที่จะสวมใส่

แผนภาพแสดงเสื้อผ้าที่มีแผ่นควบคุมอุณหภูมิ (ซ้าย) และโครงสร้างภายในของแผ่นควบคุมอุณหภูมิที่เทอร์โมอิเล็กทริกอัลลอยถูกบัดกรีเข้ากับแผ่นอิเล็กโทรดทองแดง และถูกประกบอยู่ระหว่างแผ่นอิลาสโทเมอร์ (ขวา)

แผ่นควบคุมอุณหภูมิทำจากวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกอัลลอย (บิสมัทเทลลูไรด์) ตั้งเป็นฐานและบัดกรีเข้ากับแผ่นอิเล็กโทรดทองแดง ซึ่งถูกประกบอยู่ระหว่างแผ่นอิลาสโทเมอร์ โดยแผ่นอิลาสโทเมอร์นี้ ทีมวิจัยผสมยาง Ecoflex กับผงอะลูมิเนียมไนไตรด์เพื่อทำให้มีสมบัตินำความร้อน นุ่ม และยืดหยุ่น

หลักการของแผ่นควบคุมอุณหภูมิดังกล่าวคือ ใช้กระแสไฟฟ้านำความร้อนจากด้านหนึ่งของแผ่นอิลาสโทเมอร์ไปยังอีกด้านหนึ่งโดยผ่านบิสมัทเทลลูไรด์ส่งผลให้ด้านหนึ่งของแผ่นควบคุมอุณหภูมิร้อนขึ้นแต่ข้างหนึ่งเย็นลง ดังนั้น ถ้าต้องการทำให้เย็นจะให้กระแสไฟฟ้านำความร้อนจากด้านผิวหนังออกมาอีกด้านหนึ่ง แต่ถ้าต้องการทำให้ร้อนก็จะกลับทิศการไหลของกระแส ดังนั้นความร้อนก็จะถูกปั๊มมาอีกด้าน แหล่งพลังงานของแผ่นควบคุมอุณหภูมินี้มาจากชุดแบตเตอรี่ ซึ่งเป็นแผงของถ่านก้อนกระดุมที่เชื่อมต่อกันด้วยลวดสปริงทองแดงและฝังอยู่ในวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ ระบบนี้ยังประกอบด้วยแผงวงจรที่ยืดหยุ่นได้

ปลอกแขนประกอบด้วยชุดแบตเตอรี่ที่ยืดหยุ่นได้ (ซ้าย) แผงวงจรที่ยืดหยุ่นได้ (กลาง) และแผ่นควบคุมอุณหภูมิ (ขวา)

ทีมวิจัยทดสอบต้นแบบปลอกแขนภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ควบคุมพบว่า ปลอกแขนดังกล่าวสามารถปรับอุณหภูมิผิวหนังของผู้ทดสอบให้ลดลงมาที่ 32 องศาเซลเซียสด้วยเวลาเพียง 2 นาที และรักษาระดับของอุณหภูมินี้ไว้ได้ ทั้งที่อุณหภูมิโดยรอบอยู่ระหว่าง 22-36 องศาเซลเซียส

แผ่นควบคุมอุณหภูมิขนาด 5 เซนติเมตร x 5 เซนติเมตรใช้พลังงานงานราว 0.2 วัตต์ ทีมวิจัยประเมินว่าเสื้อตัวหนึ่งจะใช้แผ่นควบคุมอุณหภูมิประมาณ 144 แผ่น ซึ่งในวันที่อากาศร้อนเฉลี่ยอาจใช้พลังงาน 26 วัตต์เพื่อปรับอุณหภูมิให้เย็น ขณะที่วันที่ร้อนสุดการใช้พลังงานอาจสูงราว 80 วัตต์ ซึ่งพอๆ กับพลังงานที่แล็ปท็อปคอมพิวเตอร์ใช้ ถ้าเปรียบเทียบกับพลังงานที่เครื่องปรับอากาศใช้ในการทำให้ห้องทั้งห้องเย็นจะสูงถึงหลายสิบกิโลวัตต์เลยทีเดียว ดังนั้น หากในห้องมีไม่กี่คน การใช้แผ่นควบคุมอุณหภูมิจะสามารถลดค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นได้มาก

ผลงานนี้เป็นประโยชน์แก่คนที่มีปัญหาสุขภาพมีแนวโน้มเกิดความร้อนในร่างกายสูง หรือคนที่ต้องทำงานหรือกิจกรรมกลางแจ้ง เช่น คนงานก่อสร้าง หรือนักกีฬา

ทีมวิจัยกำลังแก้ปัญหาเชิงวิศวกรรมในส่วนของอิเล็กทรอนิกส์ ฮาร์ดแวร์ และกำลังพัฒนาแอปพลิเคชันสำหรับมือถือเพื่อใช้ควบคุมอุณหภูมิ พวกเขาหวังว่าจะสามารถผลักดันเทคโนโลยีนี้ไปสู่เชิงพาณิชย์ได้ภายในเวลาไม่กี่ปี

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

  • https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/wearable_cooling_and_heating_patch_could_serve_as_personal_thermostat_and_save_energy
  • https://www.wearable-technologies.com/2019/05/this-wearable-patch-will-keep-you-cool-on-hot-summer-days/
Scroll Up