Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1

Умные ткани для современных солдат

Соловьёва М.А., Тюрина С.Г.

Введение

В условиях сложившейся нестабильной военно-политической обстановки, военнослужащие различных государств должны быть готовы к различным нестандартным ситуациям и иметь соответствующее снаряжение. Для этого и создаются разные новшества, связанные с высокими и нанотехнологиями, вытесняющими старые образцы.

Что такое «умная ткань» и «Умная одежда»?

Сегодняшний солдат - не просто человек, а целая боевая единица, которая должна быть обеспечена всем необходимым для выживания.

Умная одежда - это одежда, которая может взаимодействовать в интерактивном режиме с окружающей средой, идентифицировать сигналы, обрабатывать информацию и отвечать.

Такая одежда может, например, собирать данные и автоматически отправлять их по беспроводной сети на внешний компьютер или выполнять независимую операцию и отвечать на результаты учетных записей без вмешательства пользователя.

«Умная» одежда может быть оснащена:

1. текстильной клавиатурой. Например, компания SOFTswitch разрабатывает ткань, которая при нажатии дает электрический ток, их технология основывается на эффекте квантового туннелирования в композитном материале. Более простой метод создания текстильной клавиатуры - использовать слои токопроводящей и изолирующей ткани так, чтобы при нажатии проводящие слои соприкасались;

2. датчиками для измерения сердечного ритма и темпа дыхания при помощи электродов для снятия кардиограммы и датчиков давления или других технологий, например сенсоры на основе волоконной брэгговской решетки, которые используются для слежения за деформацией инженерных конструкций;

3. акселерометром или датчиками растяжения для отслеживания движений человека;

4. оптоволокном, позволяющим отслеживать разрывы в ткани и таким образом получать информацию о возможном ранении человека или получать информацию о содержании различных веществ в воздухе или колебаниях температуры (помимо оптоволокна такой датчик содержит химические вещества, которые реагируют на состав или температуру воздуха и влияют на прохождение света по волокну); 5. нагревающими элементами;

6. солнечными батареями.

Кроме того, в «умную» одежду могут быть встроены и другие электронные устройства, такие как плееры, системы GPS и подобные.

Данные с сенсоров проходят первичную обработку при помощи электроники, вшитой в одежду, а дальше во многих случаях передаются на смартфон или другое внешнее устройство, где их анализируют мобильные приложения. умная одежда нанотехнология текстиль

Кроме обычной ткани, в качестве основы для электроники в «умной» одежде могут использоваться элементы, напечатанные на 3D-принтере. Например, такое платье было представлено осенью 2014 года на выставке Intel Design Forum 2014. Одежда украшена светодиодами, которые реагируют на настроение человека, который её носит, благодаря считыванию его мозговой активности. [1]

История создания

Первые попытки совместить одежду и электрические элементы относятся к концу XIX века, когда начали распространяться и вытеснять газовое освещение лампы накаливания. Так, в 1884 году в The New Your Times вышла рекламная статья о компании, предлагавшей услуги девушек, которые носили на себе лампочки накаливания и могли служить в качестве живых светильников. В этой же статье упоминается, что годом раньше в сценических нарядах начали применять электрические лампочки танцовщицы.

В 1968 году в Музее современных ремесел в Нью-Йорке (США) прошла выставка под названием Body Covering («Покрытие тела»), посвящённая использованию технических устройств в одежде. На ней показывалась как специальная одежда, например, скафандры для космонавтов, огнеупорный костюм, комбинезон, защищающий от радиации и ядовитых газов, так и обычная одежда со встроенными электрическими устройствами: например, кожаное платье с вшитыми в него фотографиями, которые подсвечивались лампочками, работающими от вшитых же батарей, или пластиковый пояс с динамиком.

Собственно идея «умной» одежды начинает развиваться в 1980-х годах из концепции носимых компьютеров. В это время ученые и инженеры работали в первую очередь над созданием миниатюрных компьютеров, а собственно предметы одежды были скорее основой, к которой электронику можно было прикрепить. Примеры: очки с носимым компьютером и системой дополненной реальности Digital Eye Glass Стива Мэнна или кроссовки со встроенным компьютером, выпущенные компанией Puma. Подключив такие кроссовки к настольному компьютеру, такому как Apple IIe или Commodore 64, владелец кроссовок мог узнать, сколько он пробежал километров и сжег калорий.

Большая часть проектов в это время развивалась в университетах и не доходила до массового производства. Например, в 1996 году в Технологическом институте Джорджии началась разработка футболки с вплетенными в ткань оптическими и проводящими волокнами. Изначально проект финансировался Военно-морскими силами США, коммерческой его разработкой впоследствии занялся стартап Sensatex, который выпустил бетаверсию «умной» футболки - Smart Shirt - в 2006 году. Одежда отслеживает движения, сердечный ритм и дыхание человека, который её носит, и может передавать данные по беспроводной связи. При этом она не выглядит громоздко и её можно стирать.

В конце 1990-х годов к производству умной одежды начинают подключаться представители индустрии моды и начинает расти число совместных проектов между производителями электроники и одежды. Первым коммерческим продуктом, появившемся в результате такого рода сотрудничества, считается совместная разработка компании Philips и производителя одежды Levi Strauss & Co - куртка ICD+ со встроенным MP3плеером, сотовым телефоном, а также гарнитурой и пультом управления в комплекте, она была выпущена в 2000 году. Примеру Philips и Levi в последующие годы последовали многие производители.

Однако более сложные разработки в начале 2000-х годов оставались на стадии прототипов. Например, на Всемирной выставке в Ганновере в 2000 году был представлен один из первых коцептов «умной» одежды - Cyberia survival suit - совместная разработка производителя одежды Reima, Университета Лапландии и Тамперского технологического университета. Этот костюм для катания на снегоходе был оснащен нагревательными элементами, датчиками, которые отслеживали биение сердца, температуру внутри и снаружи, влажность (на случай, если человек окажется в воде), и движения человека, его позу и удары о что-либо. Одежда также была оснащена системой GPS и мобильным телефоном. Все это управлялось с помощью небольшого компьютера с графическим интерфейсом. Вся конструкция была весьма тяжелой.

Области, в которых применяется данная технология

Медицина - одна из областей, в которых «умная» одежда наиболее востребована. Одежда со встроенными датчиками используется для непрерывного слежения за состоянием пациентов, так как позволяет снимать кардиограмму, следить за сердечным ритмом, дыханием, давлением и другими параметрами. Примерами таких разработок служат LifeShirt System жилет со встроенными датчиками и возможностью записи и анализа данных, или «умная» футболка компании Sensatex.

Так, «умная» одежда позволяет контролировать основные жизненные показатели (частоту пульса, частоту дыхания, температуру тела), положение тела и т. д. Она помогает следить и за состоянием людей, работающих с опасными веществами. Благодаря умной одежде можно удалённо проводить анализы и осуществлять дистанционное медицинское консультирование.

Известно, что в развитых странах все острее становится проблема старения, связанная с увеличением продолжительности жизни. «Умная» одежда отчасти помогает в её решении. Например, в Европе существует государственная программа «Старение в информационном обществе», целью которой является разработка технологий, позволяющих следить за здоровьем пожилых людей. Для этой цели могут использоваться «умные» браслеты.

Производители спортивной одежды и оборудования всегда охотно экспериментировали с новыми технологиями. «Умная» одежда - не исключение. Её использование различается в профессиональном и любительском спорте. «Умная» одежда для профессиональных спортсменов похожа на медицинские системы мониторинга состояния человека и позволяет следить за такими параметрами, как сердечный ритм, дыхание и т. д. Примером такой разработки является система слежения за сердечным ритмом Adidas. Она представляет собой спортивную одежду -- бюстгальтеры, майки, футболки - со вплетенными в ткань сенсорами. С сенсоров данные поступают на передатчик, который может передавать их на спортивные часы, смартфон или кардиотренажер.

В 2013 году студент из университета Бригама Янга в США изобрел «умный» шлем, внутри которого специальная пьезоэлектрическая пена при сжатии генерирует электрический сигнал. Сигнал передается на планшет или компьютер. Таким образом, тренер в течение нескольких секунд получает информацию о том, насколько серьезный удар получил спортсмен и может быстро вывести его из игры^[13]. Аналогичные шлемы, но с акселерометром вместо пьезоэлектрических элементов, уже используются в профессиональном спорте, например, игроками Национальной футбольной лиги США.

В области любительского спорта использование элементов «умной» одежды скорее относится к разряду развлечений. Например, многие производители спортивной одежды выпускают одежду со вшитыми кнопками для управления плеерами или iPod. В 2003 году компания Adidas предприняла вторую в истории попытку оснастить кроссовки компьютером и выпустила модель adidas 1 с меняющейся в зависимости от действий владельца амортизацией, однако работали такие кроссовки ненадежно и распространения не получили. Более успешным оказался совместный продукт Nike и Apple - кроссовки, которые синхронизируются с iPod или iPhone во время, а те в свою очередь собирают статистику и переключают музыкальные треки.

Военная сфера, выживание и безопасность. «Умная» одежда может помочь выжить в экстремальных условиях. Благодаря ей можно отслеживать местоположение и состояние солдат во время выполнения боевых задач. Можно контролировать уровень усталости лётчика или водителя. Это скафандры, экзоскелеты и т. д., которые помогают нам действовать эффективнее в сложных ситуациях.

Военные ведомства, особенно американские, изначально были самыми активными спонсорами разработок в области носимой электроники и «умной» одежды. Один из таких проектов -- Future Force Warrior -- был посвящён разработке боевого костюма для пехоты. Этот костюм должен полностью защищать человека и помогать ему передвигаться с помощью экзоскелета, он оснащен системой мониторинга состояния солдата, встроенным в шлем дисплеем и системой коммуникации, а также оружием и батареями для питания электроники.

Умная ткань, используемая в военной сфере

«При изготовлении униформы британских солдат будет использоваться электропроводящая нить, которую можно добавлять непосредственно в ткань. Это делается для того, чтобы заменить ненужные тяжелые составляющие, такие как громоздкие батареи и кабели, на более легкие инновационные элементы. «Электронная ткань» позволит использовать единый центральный источник энергии для всего оборудования. Необходимый солдату комплект оснащения стал бы значительно легче и меньше». [2]

Недавно суррейская компания Intelligent Textiles продемонстрировала прототип легковесной униформы, использующей электрическую нить. Компания запатентовала уже несколько методов изготовления таких тканей.

«Мы разработали электропроводящую нить, которая вводится в материю и переносит энергию в определенное место, - рассказала Аша Томпсон, директор компании Intelligent Textiles. - Одной из серьезных проблем обычных проводов является то, что в случае повреждения очень сложно проворно исправить поломку, которая может вызвать серьезные проблемы. Обеспечение энергией - это один из важнейших аспектов в обмундировании современного солдата. Наша цель - создать резерв «жизненно важного» источника этой энергии - если ткань повреждается или рвется, источник передачи или получения данных не перестает функционировать».

Компания получила на осуществление проекта 234 000 фунтов-

стерлингов от британского Центра Defence Enterprise, где уже длительное время ученые пытаются найти способ минимизировать «груз», который должен нести солдат.

На данный момент времени почти для каждого элемента оборудования солдата необходима отдельная батарея, а иногда и запасная батарея, что не только добавляет общий вес снаряжения, но и делает комплект более дорогостоящим. Это основные причины того, почему должна быть разработана централизованная аккумуляторная система.

Кроме того, электропроводящая ткань избавляет от проблемы большого количества проводов и кабелей, которые нужны для обеспечения техники - они много весят, могут запутываться или повреждаться.

Соединители типа plug-and-play (основанные на принципе автоматического распознавания подключенных устройств), которые использовались для прототипа, скорее всего, не будут применяться в конечном продукте. Подобные соединители не были всесторонне проверены - пока не ясно, каким образом предотвратить появление коррозии на них или как сделать соединение более прочным.

Первые образцы «умной» ткани будут использоваться уже в этом году.

Также в комплект униформы планируется включить тканевую клавиатуру для работы с портативным компьютером, который будет «встроен» в одежду. Компьютер и клавиатура должны быть гибкими и способными принимать определенную форму.

Со временем разработчики рассчитывают еще больше расширить функциональность «умной» ткани с медицинской и технической сторон. Предполагается, что форма солдат будет отслеживать основные жизненные показатели (пульс, давление, температуру), обрабатывать раны, вводить обезболивающие и лекарственные вещества. Также электроматерия должна автоматически очищаться и поддерживать определенную температуру. Ткань будет иметь высокую прочность, что избавит от необходимости использования бронежилета.

Центр Defence Enterprise был открыт, чтобы обеспечить новый подход в разработке систем защиты и безопасности. Организация базируется в научном университетском городе Харуэлл и является филиалом лаборатории науки и техники в области обороны.

Проекты «умной» одежды и носимых устройств

Сейчас существует уже много проектов, в рамках которых ведётся разработка и даже производство «умной» одежды и разных высокотехнологичных нательных устройств. Давайте вкратце рассмотрим самые примечательные из таких проектов.

Project Jacquard (Google ATAP)

Пожалуй, один из самых интересных проектов «умной» одежды, который сейчас существует - это проект «Жаккард», работа над которым ведётся в подразделении Google, занимающимся передовыми технологиями и проектами (ATAP - Advanced Technology and Projects).

В этом проекте разрабатывается технология, которая позволит с помощью стандартных промышленных ткацких станков «вплетать» в любую ткань функциональность сенсорного экрана. Как говорит основатель проекта Иван Пупырев (между прочим, выпускник Московского авиационного института), это возможно потому, что структура ткани - такая же, как и структура сенсорных экранов смартфонов. Это значит, что, просто заменив в ткани некоторые из нитей на проводящие нити, мы сможем соткать ткань, которая сможет распознавать набор простых касаний - то есть выполнять ту же функцию, что и сенсорные экраны. Это позволит интегрировать компьютерные технологии в разные объекты, материалы и одежду. При этом сенсорную ткань едва ли можно будет отличить от обычной: ведь единственное отличие сенсорной ткани от обычной в том, что некоторые нити в ней - проводящие; при этом они не отличаются ничем другим от других нитей - они столь же тонкие.

Что касается микросхем, которые будут обеспечивать работу ткани, специалисты из Google пытаются их сделать как можно компактнее - размером с пуговицу, так что люди не то что не увидят, но даже и не почувствуют их присутствие в своей одежде.

Успешное применение такой технологии приведёт к тому, что мы сможем использовать свою одежду для всего того же, для чего мы обычно используем свои компьютерные устройства - например, для работы с разными приложениями. Будут возможны даже разные конфигурации, поэтому как применять такую ткань, будет зависеть от разработчиков и от самих пользователей. Использование интерактивной ткани позволит сделать применение технологий более естественным и близким к человеку.

Project Soli (Google ATAP)

Проект «Soli» - параллельный проект от того же подразделения Google по передовым технологиям, основанный тем же Иваном Пупыревым. Этот проект посвящён разработке нового типа взаимодействия с устройствами - бесконтактному взаимодействию посредством жестов. Так, например, просто по щелчку пальцев в воздухе мы сможем запустить ту или иную задачу на нашем носимом устройстве. Или, например, мы можем представить, что, касаясь подушечкой указательного пальца подушечки большого пальца, мы нажимаем на кнопку: пусть никакой кнопки на самом деле нет, однако это очень точное движение, которое вполне можно распознать и интерпретировать как нажатие кнопки. Сделать это позволит маленький радар, который может отслеживать движения нашей руки с точностью в доли миллиметра. Такой подход позволил бы решить проблему взаимодействия с очень маленькими устройствами - настолько маленькими, что использовать для работы с ними экран очень неудобно или даже попросту невозможно. У этой разработки могут быть большие перспективы: ведь рука - это тонкий, изящный инструмент взаимодействия с миром, использование которого для нас столь естественно.

Другой подобный проект - Athos. Проект начался с того, что когда-то два канадских студента-инженера занимались в спортзале, но у них не хватало денег на тренера - тогда они решили изобрести продукт, который позволял бы контролировать любую физическую активность во время тренировок с помощью электромиографии. Это позволяет увидеть, насколько хорошо прорабатывается та или иная группа мышц и как она задействована, посчитать пульс и т.д. Эти данные позволяют улучшить результаты тренировок. В подобных проектах очень заинтересованы, например, профессиональные спортсмены. Сейчас тренировочные костюмы от Athos также можно приобрести.

Экзоскелеты

Стоит упомянуть, конечно, разработки экзоскелетов. Экзоскелет - это внешний «скелет», который позволяет человеку быть более сильным, подвижным и стойким. Другими словами, экзоскелет помогает выполнять тяжёлую работу, помогает адаптироваться к сложным условиям и повысить шансы на выживание. Например, есть концепт экзоскелета для пожарного. Также всем известны военные разработки экзоскелетов. Кроме того, есть проект экзоскелета, помогающего инвалидам вставать с инвалидной коляски, а травмированным людям восстанавливаться после физических травм.

Synapse Dress

Ещё один интересный проект - это проект «синоптической одежды» от нидерландского дизайнера Anouk Wipprecht. Благодаря использованию технологий от Intel, «синаптическая одежда», распечатываемая на 3D-принтере, позволяет отображать на ткани в виде световых сигналов эмоции, которые чувствует человек. Это осуществляется благодаря биометрическим датчикам, встроенным в такую одежду.

Интеллектуальный текстиль

Интеллектуальное направление в развитии умного текстиля - это создание и промышленное освоение технологий, обеспечивающих получение текстильных материалов с широким набором новых свойств, расширяющих области их применения. В первую очередь работы в этом направлении были связаны с армейскими заказами.

«Умные» ткани должны уметь наблюдать за сердечным ритмом солдата и считывать его, вводить, если необходимо, соответствующие лекарства или купировать раны, сигнализировать о самочувствии больного. Одежда из «умных» тканей должна самоочищаться, поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать свойствами бронежилета. Экипировка военного должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений, а система связи, включая дисплей компьютера и клавиатуру, быть не только легкой, но и мягкой, способной изменять свою конфигурацию. Реализовать подобное «чудо» и сделать его явью стало возможным в связи с интеграцией наукоемких технологий (hi-tech) в текстильное производство. Ведущую роль в этом сыграли нанотехнологии.

Нанотехнологии в текстиле

Понятие «нанотехнология» ввел американский физик Ричард Фейман в 1959 году. Размерность наночастиц простирается от 0,1 до 100 нм. Нанотехнологию определяют как технологию производства материалов путем контролируемого манипулирования с атомами, молекулами и частицами сверхмалого размера и получения материалов с фундаментально новыми свойствами. Это своего рода «генная инженерия», но с неживыми объектами. Ничтожно малый размер частиц, формирующих материал, резко меняет его структуру, увеличивает внутреннюю поверхность, приводя к появлению новых свойств. Внутренняя структура, сформированная из наночастиц, придает материалам очень высокую прочность и совершенно новые свойства, отсутствующие при получении материала по традиционной технологии. Например, обычно хрупкая керамика при получении ее по нанотехнологии проявляет пластичность.

Биоремень, закрепляющийся на грудной клетке, который оснащен встроенными интеллектуальными датчиками, способными хранить и передавать информацию.

Нанотехнологии - это передовой рубеж науки, востребованный в различных отраслях промышленности: в космической и авиационной технике, вооружениях и обмундировании армии, в спортивной одежде и спортивных снарядах, медицинском и домашнем текстиле, современных средствах связи, автомобилестроении и многом другом.

На сегодняшний день в текстиле внедряются следующие нанотехнологии:

- производство нановолокон;

- заключительная отделка с использованием нанотехнологий.

Производство нановолокон

Нановолокна можно производить, наполняя традиционные волокнообразующие полимеры отличающимися по конфигурации наночастицами различных веществ или путем выработки ультратонких (диаметром в рамках наноразмеров) волокон.

Наполненные наночастицами волокна начали производить с 1990 года. Такие волокна малоусадочны, имеют пониженную горючесть, повышенную прочность на разрыв и истирание и в зависимости от природы вводимых наночастиц могут приобретать другие защитные свойства, требующиеся человеку.

В качестве наполнителей волокон широко используют углеродные нанотрубки с одной или несколькими стенками. Волокна, наполненные нанотрубками, приобретают уникальные свойства - они в 6 раз прочнее стали и в 100 раз легче ее. Наполнение волокон углеродными наночастицами на 5-20% от массы придает им также сопоставимую с медью электропроводность и химическую устойчивость к действию многих реагентов.

Углеродные нанотрубки используются в качестве армирующих структур, блоков для получения материалов с высокими прочностными свойствами: экранов дисплеев, сенсоров, хранилищ жидкого топлива, воздушных зондов и т.д. Например, при наполнении углеродными нанотрубками поливинилспиртового волокна, получаемого по коагуляционной технологии прядения, оно становится в 120 раз выносливее, чем стальная проволока и в 17 раз легче, чем волокно Кевлар (самое известное и прочное арамидное химволокно, получаемое по традиционной технологии и используемое в бронежилетах). Подобные нановолокна уже сейчас начинают применять для производства взрывозащищающей одежды и одеял, защиты от электромагнитных излучений.

Очень ценные и полезные свойства химические волокна приобретают при наполнении их наночастицами глинозема. Наночастицы глинозема в виде мельчайших хлопьев обеспечивают высокую электро- и теплопроводность, химическую активность, защиту от УФ-излучения, огнезащиту и высокую механическую прочность. У полиамидных волокон, содержащих 5% наночастиц глинозема, на 40% повышается разрывная нагрузка и на 60% - прочность на изгиб. Такие волокна используют в производстве средств защиты от ударов, например защитных касок. Известно, что полипропиленовые волокна очень трудно окрашиваются, что существенно ограничивает область их применения в производстве материалов бытового назначения. Введение 15% наночастиц глинозема в структуру полипропиленовых волокон обеспечивает возможность крашения их различными классами красителей с получением окрасок глубоких тонов.

Интенсивно развиваются исследования и производство синтетических волокон, наполненных наночастицами оксидов металлов: ТiO₂, Al₂O₃, ZnO, MgО. Волокна приобретают следующие свойства:

- фотокаталитическую активность;

- УФ-защиту;

- антимикробные свойства;

- электропроводность;

- грязеотталкивающие свойства;

- фотоокислительную способность в различных химических и биологических условиях.

Еще одним интересным направлением в производстве нановолокон является придание им ячеистой, пористой структуры с наноразмерами пор. При этом достигается резкое снижение удельной массы (получение легких материалов), хорошая теплоизоляция, устойчивость к растрескиванию. Образующиеся нанопоры волокон могут быть заполнены различными жидкими, твердыми и даже газообразными веществами с различным функциональным назначением (медицина, ароматизация текстильных полотен, биологическая защита).

Другой тип нановолокон - ультратонкие волокна, диаметр которых не превышает 100 нм. Эта тонина обеспечивает высокое значение удельной поверхности и, как следствие, высокое удельное содержание функциональных групп. Последнее обеспечивает хорошую сорбционную способность и каталитическую активность материалов из подобных волокон.

В Европе (Англия, Франция), США, Израиле и Японии параллельно идут интенсивные работы по созданию синтетических белковых волокон, имитирующих структуру паутины, имеющей непревзойденные физикомеханические свойства. Используя для выработки подобного белка другие продуценты (микроорганизмы, растения), удалось получить полимерные белковые нановолокна толщиной около 100 нм. Мягкий и сверхпрочный «паучий шелк» сможет заменить жесткий и негибкий кевлар в бронежилетах. Области применения «паучьего шелка» разнообразны: это и хирургические нити, и невесомые и чрезвычайно прочные бронежилеты, и легкие удочки, и рыболовные снасти. Пока речь идет о малых партиях, но нанотехнологии развиваются столь бурно и стремительно, что промышленного выпуска изделий, изготовленных из «паучьего шелка», ждать недолго.

Нанотехнологии в заключительной отделке

При заключительной отделке текстильных материалов используют наночастицы различных веществ в виде наноэмульсий и нанодисперсий. При этом материалам могут придаваться такие свойства, как водо- и маслостойкость, пониженная горючесть, противозагрязняемость, мягкость, антистатический и антибактериальный эффекты, термостойкость, формоустойчивость и др. Наиболее известной нанотехнологией заключительной отделки является отделка Teflon, обеспечивающая водо-, масло-, грязезащитные эффекты. Для ее реализации используют наноэмульсии фторуглеродных полимеров. Располагаясь на внешней поверхности каждого отдельного волокна, эти гидрофобные наночастицы образуют новую поверхность, своеобразный «зонтик», наподобие того, что существует на внешней поверхности растений, шерсти животных, перьях птиц. В отличие от традиционных технологий аналогичного назначения, наночастицы, придавая требуемые эффекты, не перекрывают капиллярно-пористую структуру волокнистого материала, он остается «дышащим», поскольку его микропоры остаются открытыми для воздухообмена. Придаваемые эффекты устойчивы к многократным стиркам. Отделка по нанотехнологиям придает текстильным материалам из химических волокон хлопкоподобный внешний вид, а изделия из хлопка становятся малосминаемыми и приобретают формоустойчивость.

В разных странах достаточно широко проводятся исследования по созданию «самоочищающихся» текстильных материалов с помощью нанотехнологий. Задача исследователей - придать текстилю такой же эффект, какой свойственен живой природе: листьям растений, крыльям бабочек и насекомых, панцирям жуков. Наноэмульсии формируют на волокнах тонкую трехмерную поверхностную структуру, с которой вода, масло и грязь легко скатываются и смываются. Получаемый «супергидрофобный» эффект приводит к тому, что образующаяся на поверхности материала круглая капля способна скатываться с нее без следа при малейшем наклоне. Такие загрязнения, как пыль и сажа удаляются вместе с каплями воды, а материал приобретает эффект «самоочищения».

Использование наноэмульсий дает возможность получать из хлопка текстильные материалы, лицевая сторона которых проявляет гидро-, масло-, грязеотталкивающие свойства, а изнанка остается гидрофильной, способной поглощать влаговыделения тела (пот). Одновременно такому материалу можно придавать различные бактериостатические эффекты, в том числе препятствующие появлению запаха пота. Основное назначение подобных материалов - армейская экипировка, спортивная одежда и одежда для активного отдыха.

В полимерную наноэмульсию можно также вводить наночастицы оксидов металлов TiO₂, MgO, обладающих каталитической активностью, и пьезокерамические частицы для производства волоконных сенсоров, регистрирующих сердечный ритм и пульс при контакте такого материала с кожей человека.

Нанотехнологии позволили создать токопроводящие текстильные материалы, которые оказались востребованными не только для военного назначения, но и во многих отраслях мирной жизни. Электропроводящие текстильные материалы дают широкий простор для инноваций в производстве антистатической одежды и электромагнитного экранирования, для снятия заряда или подавления радиополей, а также для производства тканей с подогревом.

Сегодня токопроводящие ткани благодаря нанотехнологиям нанесения металлов - мягкие и легкие материалы, их можно стирать, подвергать химчистке.

Обычно напылению подвергают волокна, а не ткани. При переработке на ткацких станках такие волокна не создают проблем. Первые наноматериалы для напыления были выпущены на рынок фирмой DuPont, которая применяла наночастицы серебра. В настоящее время помимо серебра предложены более дешевые и доступные металлы.

Электропроводящие свойства придаются не только за счет металлизации волокон, но и другими способами. Для гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл предложено введение в структуру волокна наночастиц электропроводной сажи. В зависимости от концентрации последней свойства электропроводимости будут изменяться. Электропроводные материалы из волокон лиоцелла находят применение в широкой области электрорезисторных изделий.

Создатели спортивной одежды предложили еще одну модель для мотоциклистов и велосипедистов - нагревающийся жилет, который подсоединен к мотоциклу или велосипеду, а вырабатываемая энергия передается к токопроводящей одежде. Максимальная температура нагрева - 43^оС. Жилет можно носить и автономно, без транспорта, для этого разработан специальный пояс с батареями. В улучшенную модель жилета встроен миникомпьютер, который позволяет программировать нагрев разных частей тела. Разработчики утверждают, что их потребителями могут быть не только экзальтированные любители экстравагантной одежды, а обычные рабочие, машинисты, «дальнобойщики», работа которых связана со значительными колебаниями температуры.

Для создания обогреваемой одежды можно использовать не только токопроводящие ткани. Предложено вводить в волокна содержащие парафин микрокапсулы, которые способны поглощать тепло, выделяемое, например, телом лыжника, и, наоборот, отдавать его при перепаде температур и уменьшении теплоотдачи телом. Куртки с таким «теплообогревом» уже имеются в продаже.

Немецкая компания Infineon Technologies разработала образцы тканей и напольных покрытий, содержащих в своей структуре кремниевые чипы и соединительные волокна. Сеть чипов, вплетенная в ткань,самоорганизующаяся: один чип связывается со своими ближайшими соседями, обменивается данными с ними и через них с другими узлами сети. Если из строя выходит один чип, то данные переправляются по другим маршрутам. В текстильный материал могут вживляться самые разные чипы - светодиоды и сенсоры, реагирующие на свет, температуру, влажность, давление и т.п. Напольные покрытия, выполненные подобным образом в помещениях с большим количеством людей, могут, в случае опасности, образуя светящиеся дорожки и знаки, указывать маршруты движения людей к аварийным выходам. С помощью этих покрытий можно даже обнаружить присутствие в помещениях посторонних людей.

Чипы, включенные в хлопковую пряжу, способны определять температуру, давление, движение и вибрацию, предоставлять в случае пожара спасательным службам информацию о распространении огня. Первая продукция этой фирмы должна увидеть свет уже в этом году.

В США ведутся работы по созданию жилетов, позволяющих пилотам сверхзвуковых самолетов ВМФ быстро ориентироваться в пространстве в критических ситуациях. Эксперты полагают, что 7 из 10 авиакатастроф, случившихся со сверхзвуковыми истребителями ВМФ США, связаны с потерей ориентации пилотами при плохой видимости и невозможностью вследствие этого предпринять действия, предотвращающие аварию или смягчающие ее. Действие спецжилета основано на чувстве осязания. В него вшиты тактильные стимуляторы, посылающие в нужный момент вибрацию, что препятствует дезориентации и ориентирует внимание пилотов на нахождение сторон (вверх, вниз, влево, вправо). На сегодняшний день испытан первый вариант жилета и ведется активная работа над его усовершенствованием.

Умные ткани широко используют лидеры спортивной индустрии - фирмы Adidas, Nike, Reebok, создавая экипировку для спортсменов высшего эшелона, участников олимпиад, мировых и европейских первенств. Спортивная одежда участников подобных соревнований становится все более специализированной и усложненной, способной влиять на результаты спортсменов.

Фирма Nike является обладателем патента на технологию Zoned Aerodynаmic (аэродинамическое зонирование): в костюмах для конькобежцев и лыжников применяется до 6 различных материалов, сочетание которых оптимизирует аэродинамические свойства одежды. Каждый вид материала используется для «прикрытия» определенной части тела, а швы обработаны таким образом, чтобы свести к минимуму сопротивление. Облегающий костюм для пловцов «акулья шкура», созданный в соответствии с гидродинамическими требованиями фирмой Adidas, помог на Олимпийских играх в Сиднее (2000 год) австралийскому пловцу Яну Торпу выиграть 3 золотых медали. Британская компания Speedo, конкурирующая с Adidas, создала водоотталкивающий костюм, который облегчает пловцам скольжение в воде и повышает их скорость.

Hi-tech технологии взяла на вооружение фирма Woolmark - мировой лидер по выпуску высококачественных изделий из мериносовой шерсти. Она объявила о выпуске на потребительский рынок новой категории товаров с маркировкой Woolscience - «умная шерсть». Изделия под этой маркировкой содержат шерстяное волокно, которое обладает принципиально новыми техническими свойствами. Чистошерстяные и полушерстяные изделия с маркировкой Woolscience находят широкое применение в различных рыночных областях. Потребительские свойства изделий Woolscience соответствуют самым жестким условиям эксплуатации, обеспечивая активный и комфортный влагообмен. Такие достоинства изделий, как безусадочные свойства и огнестойкость, экологичность, прочность и износоустойчивость делают их востребованными в транспорте, при изготовлении одежды и постельных принадлежностей. Первым коммерческим партнером, получившим лицензию на производство тканей из «умной шерсти», была австралийская ткацкая фирма Melba Industries Pty Ltd. Она уже поставляет технические особо прочные ткани Woolscience для австралийского Министерства обороны.

Одним из недостатков шерстяных волокон является их усадка. Традиционные технологии безусадочной отделки не обеспечивают «нулевую» усадку. Требования покупателей, которые хотят быть совершенно уверенными в том, что при домашней стирке изделия фирмы Woolmark не дадут никакой усадки, смогла удовлетворить разработанная нанотехнология безусадочной отделки шерстяного топса Total Easy Care. Маркировка знаком универсального ухода Woolmark Total Easy Care гарантирует потребителям 100%-ное сохранение линейных размеров изделий. В настоящее время шерстяные ткани и одежду из них с «нулевой» усадкой изготавливают 4 фирмы, находящиеся в Австралии, Китае и Тайване. Промышленно производится также шерстяной топс для выпуска трикотажных пряж и изделий из них. Отделка Total Easy Care обеспечивает одежде повышенную носкость и делает изделия более привлекательными для потребителей.

Ароматные ткани

Мода чрезвычайно активно влияет на расширение сфер применения «умного текстиля», предоставляя ему все новые и новые позиции и ниши в ее царстве. Идея выпуска ароматизированных тканей витала в мире моды давно. Известно много попыток в этом направлении. Однако запахи были слишком резкие и сильные или быстро улетучивались. Создать ароматные текстильные материалы с мягким ненавязчивым парфюмом пролонгированного действия долго не удавалось. Успех пришел только в конце прошлого века.

Химикам известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством - способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами, соединениями-включениями, клатратами. Такой комплекс представляет собой соединение, в котором в полость молекулы

«хозяина» включена молекула «гостя» без образования прочных химических связей. Подобный комплекс не влияет на физические и химические свойства «гостя», но «хозяин» способен его удержать подле себя определенное время. Подбирая соответствующие габариты «гостя» и «хозяина» и удерживающую силу последнего, можно запрограммировать и рассчитать длительность пребывания в «гостях». При создании душистых текстильных материалов «гостями» стали химические соединения, обладающие запахами. Комплексывключения обладают эффектом пролонгированного действия, и запах способен сохраняться в течение длительного времени. Особое распространение и популярность ткани с парфюмом получили в Азии.

Большое внимание созданию душистых тканей уделяет компания Woolmark, которая в содружестве с одним из подразделений английской фирмы ICI разработала технологию Sensory Percention Technology TN, открывающую широкие возможности для производства разнообразных ароматных тканей и экологичных видов текстильной продукции. Ароматические вещества подвергаются нанокапсулированию и вводятся в волокнистый материал. Капсулы устойчивы к воздействию влаги, стирке и химчистке, заключенные в них ароматные вещества не испаряются и не разлагаются при действии окислителей. Капсулы активизируются в момент движения или соприкосновения, выделяя скрытые в них ароматы в окружающую среду. Это происходит при одевании или снятии одежды, чистке ковровых покрытий или мебельных тканей.

Еще один пример «интеллектуального» текстиля - материалы с селективным высвобождением, которые в сочетании с биосовместимыми разлагаемыми полимерами нашли применение в создании имплантационных медицинских тканей. Биоразлагаемые волокна используются в качестве хирургических имплантатов, искусственной кожи и нетканых материалов для перевязки ожоговых ран. Как правило, подобные перевязочные материалы содержат в себе лекарственные препараты пролонгированного действия. В настоящее время в текстильном производстве промышленно развитых стран Европы, Азии и Америки происходит смена приоритетов - традиционный текстиль уходит в развивающиеся страны, а его место занимает «умный» текстиль медицинского, бытового, технического, информационного назначения и т.д., для получения которого используют наукоемкие технологии. Европа и Америка поняли, что конкурировать в производстве традиционного текстиля с Китаем, Индией, Вьетнамом, Южной Америкой, где очень дешевая рабочая сила, бесполезно. Богатство развитых стран - интеллект, и именно его надо ставить во главу угла.

Освоение нанотехнологий текстильной отраслью требует создания нового оборудования и новых выпускных форм отделочных материалов, решения проблем стабилизации наноэмульсий и контроля качества текстильных материалов с новыми видами отделок и эффектов. Естественно, это требует больших материальных затрат, но в промышленно развитых странах понимают, что приоритетное направление в текстиле - это внедрение наукоемких технологий, позволяющих производить материалы нового поколения, поэтому инвестиции в «умный текстиль» вкладываются значительные. Исследования активно ведутся в США, странах Евросоюза и Японии. На долю этих государств приходится соответственно 34, 15 и 20% мировых инвестиций в нанотехнологии. В 2000 году суммарное финансирование работ в этой области составило около 800 млн. долларов, а в 2001 году оно увеличилось вдвое. Эксперты считают, что для широкого внедрения нанотехнологий потребуются ежегодные затраты не менее 1 трлн. долларов. Однако игра стоит свеч, и разнообразная продукция нанотехнологий начинает покорять мир.

Заключение

С одной стороны, средства в разработку умной одежды действительно инвестируются - значит, перспективы есть. С другой стороны, как сообщает нам психология, люди по природе своей консервативны и неохотно меняют свои повседневные привычки, да и зачастую относятся к новым технологиям с некоторым недоверием. Хоть уже сейчас есть небольшой процент людей, покупающих такую одежду, неясно, станет ли такая одежда действительно популярной. Скорее всего, чтобы такая технология стала массовой, придётся потратить множество ресурсов, времени и денег. Ведь далеко не все вещи становятся привычными так быстро и легко.

Реализация этих идей весьма заманчива и интересна для армии, но в то же время достаточно сложна и пока не осуществлена полностью, поскольку, в отличие от бытовой одежды, к армейскому камуфляжу предъявляются очень жесткие требования по устойчивости окрасок к действию светопогоды, трению, стиркам и химчистке.

Подводя итог выше сказанному, можно сделать вывод о том, что интеграция новых технологий в различные сферы жизни человека, а в частности - и в военной сфере, очень важна и необходима, ведь это повышает не только мобильность и оснащенность войск, но и их моральный дух, уверенность. Внедрение умной одежды для военнослужащих несомненно только поможет военнослужащим при выполнении их повседневных, бытовых и боевых задач.

Список использованных источников

1. Что умеет технологичная одежда [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.furfur.me/furfur/culture/culture/169701-10-predmetov-odezhdy -buduschego

2. Умный текстиль [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. newchemistry.ru/letter.php?n_id=956

Размещено на Allbest.ru