Команда исследователей из Массачусетского технологического института (МТИ) разработала «дышащий» костюм для тренировки, вентилирующие клапаны которого открываются и закрываются в ответ на тепло тела и пот спортсмена. Клапаны выложены живыми микробными клетками, которые сжимаются и расширяются в ответ на изменения влажности. Ячейки действуют как крошечные датчики и исполнительные механизмы: заставляют закрылки открываться, когда спортсмен начинает потеть, и закрывают их, когда тело остыло. В дополнении к костюму ученые также разработали кроссовки с внутренним слоем аналогичных клеточных клапанов для выпуска воздуха и влаги.
Зачем использовать клетки в чувствительных тканях? Исследователи утверждают, что чувствительные к влаге клетки не нуждаются в дополнительных элементах для восприятия и реагирования на влажность. Также доказано, что использование микробных клеток безопасно для контакта с кожей. Более того, благодаря доступным сегодня инструментам генной инженерии можно очень быстро подготовить огромное количество клеток, чтобы те смогли выполнять различные функции в дополнение к реакции на влажность.
Чтобы продемонстрировать эту способность, исследователи разработали влагочувствительные клетки, которые не только открывают створки, но и подсвечиваются в ответ на изменение влажности. Методами генетики исследователи добавили флуоресценцию, и в темноте силуэт человека на пробежке будет заметно… В будущем учёные смогут объединить возможности клеток с функцией выделения запахов: после посещения тренажерного зала рубашка или футболка спортсмена будут благоухать приятным запахом.
В природе биологи наблюдали, что живые существа и элементы их строения, от чешуи до микробных клеток и даже конкретных белков, могут изменять свою структуру или объем в ответ на изменения влажности. Команда из МТИ выдвинула гипотезу, что природные преобразователи формы, такие как дрожжи, бактерии и другие микробные клетки, можно использовать в качестве строительных блоков для создания влагочувствительной ткани.
Эти клетки настолько сильны, что могут изгибать подложку, на которую они нанесены. Сначала исследователи работали с наиболее распространенным непатогенным штаммом E. coli (кишечной палочки), который, как было обнаружено, разбухает и сжимается в ответ на изменение влажности. Они дополнительно сконструировали клетки для экспрессии зеленого флуоресцентного белка, позволяя клетке светиться, когда она ощущает изменение влажности.
С помощью метода клеточной печати команда нанесла параллельные линии клеток E. coli на листы латекса, проделав отверстия в ткани в условиях повышенной влажности. При сушке на электрической плите ячейки сжались,, закручивая верхний слой латекста,, на водяном пару клетки светились и расширялись, выравнивая латекс. По словам ученых, после ста таких циклов слой с клетками и ткань в целом практически не износились.
В разработке одежды исследователи работали с биоматериалом, проектируя костюм для бега с клеточными латексными клапанами, вшитыми в спинку костюма. Они определяли размер каждого лоскута, а также степень их открытости, основываясь на изображениях человеческого тела с нанесенными на них зонами выделения тепла и пота.
Команда исследователей акцентирует внимание на том, что не все части тела одинаково вырабатывают тепло и пот. Так, например, в нижней части позвоночника вырабатывается много пота, но не очень много тепла. Ученые перепроектировали одежду, используя эти «карты»: где тело вырабатывает тепла больше, закрылки увеличили.
Опорные рамы под каждым лоскутом латекса удерживают внутренний слой ткани от непосредственного контакта с кожей, но в то же время клетки способны ощущать и реагировать на изменения влажности воздуха, располагаясь прямо над кожей. В испытаниях для проверки костюма для бега участники надевали одежду и тренировались на беговых дорожках и велосипедах. Исследователи следили за температурой и влажностью тел испытуемых, используя небольшие датчики на их спинах.
После пяти минут упражнений закрылки костюма начали открываться как раз в тот момент, когда участники эксперимента сообщили о выделении пота и ощущении тепла. Датчики показали, что заслонки эффективно удаляли пот и понижали температуру тела, в отличие от аналогичного костюма для бега с нефункциональными клапанами.
Ученые из МТИ также интегрировали влагочувствительную ткань в грубый прототип обуви. Там, где стопа касается стельки обуви, исследователи вшили несколько клапанов, изогнутых вниз. Клеточный слой обращен к ноге бегуна, но при этом не касается неё. При разработке кроссовок они также ориентировались на карты тепла и пота стопы и стандартные размерные сетки.
Как и в случае с тренировочным костюмом, откидные створки на обуви для бега открывались и подсвечивались, когда исследователи увеличивали влажность в помещении. В сухих условиях свечение прекращалось, створки закрывались.
Исследователи намерены сотрудничать с компаниями-производителями спортивной одежды, чтобы коммерциализировать свои проекты. Группа учёных изучает другие области применения технологии, включая влагозащитные шторы, абажуры и простыни. Кроме того, они заинтересованы в переосмыслении упаковки товаров. Концепция второй кожи могла бы подарить новую жизнь гибкой упаковке.
doi: 10.1126/sciadv.1601984
Комментарии (38)
Whisky667
23.05.2017 19:55+9Трипофобы в панике)
Интересно, как планируют решить проблему со стиркой.
Бактерии чем-то «кормить» нужно?
mrsantak
23.05.2017 21:30+2Блин, что же вы творите? Решил загуглить что такое эта трипофобия. Как мне теперь развидеть картинки, которые мне подсунул гугл в ответ на этот запрос?
BigBeaver
24.05.2017 06:46+2Ой, там столько интересного добавилось с прошлого гугления, это просто праздник какой-то=)
Alexufo
24.05.2017 11:43Трипофобия основана на вере что это фобия. Просто считайте это обьективно выдуманным диагнозом и еще раз посморите выдачу — все пройдет.
T-362
24.05.2017 11:58+2Трипофобия основана на инстинктах. Знание что такое трипофобия, не является обязательным требованием для того, что-бы дико нашугаться при первой встрече с такими картинками. Проверено на своем опыте.
Banzeg
24.05.2017 14:41До сего дня не знал о такой фобии. Загуглил и узнал. Не считая однозначно мерзких вещей вроде кишащих в трупе червей, прежде симптомов не испытывал. Теперь не скажу, что стал трипофобом, но, скажем так, фобия мне понятна (в отличии от котофобии, например). Похоже, действительно какие-то древние инстинкты избегать ульев, муравейников и всего такого.
T-362
25.05.2017 12:51Скорее всего — как и «зловещая долина» продвинутый инстинкт избегать лежалых трупов, в процессе эволюции особи без трипофобии нажирались тухлятины и умирали не оставляя потомства.
Sadler
24.05.2017 13:33Больше похоже на эволюционно закреплённую модель избегания объектов, испещрённых паразитами или опасными насекомыми. Сужу по собственной реакции на те самые картинки из гугла.
dead_undead
24.05.2017 18:22не знаю, я ощущал дискомфорт задолго до того как узнал это слово. Знаменитая картинка с лотосом.
В передаче «Все Как у зверей» Женя рассказывала про это, и ещё привязала туда любовь выдавливать прыщи. Связано с кожными паразитами в общем.
Psychosynthesis
24.05.2017 00:39+1Какая-то невероятная хрень, уж простите.
после ста таких циклов слой с клетками и ткань в целом практически не износились
Сто циклов это мне от дома до работы пешком дойти. Это даже не одна тренировка.
Стирать как это чудо тёмного гения?
Давно придуманы мембранные ткани, которые отлично работают и задачу свою выполняют идеально. Стоят дороговато, но уж думаю не дороже этого извращения. И они явно многократно надёжнее.cyberly
24.05.2017 05:36>> Сто циклов это мне от дома до работы пешком дойти. Это даже не одна тренировка.
«Цикл» — это, вероятнее всего, смена низкой активности на высокую и обратно. Их не должно быть очень много за одну тренировку.
>> Давно придуманы мембранные ткани, которые отлично работают
Тут ХЗ, у меня куртка с беспоровой мембраной, маркировка 10/10. Спортмастеровская, правда, и мембрана не из всемирно известных. Нуу… честно говоря, часто могло бы быть сильно лучше. Засада в том, что она, похоже, работает только если влажность внутри и снаружи достаточно сильно отличается. Если на улице сыро (а у нас почти всегда высокая влажность) — влага наружу уходит очень неохотно.
С другой стороны, обычные вентиляционные клапаны на молнии вполне решают проблему. Думаю, если бы при проектировании этой вентиляции столь же скурпулезно "… определяли размер каждого лоскута, а также степень их открытости, основываясь на изображениях человеческого тела с нанесенными на них зонами выделения тепла и пота ...", было бы вообще чудесно.BigBeaver
24.05.2017 06:48Их не должно быть очень много за одну тренировку.
Десятка два запросто.cyberly
24.05.2017 09:22А почему? Одежда же для бега, мне представлялось: побежал — вспотел, остановился — остыл, все. Ну там, передохнул, может быть раз-два. Ну, в крайнем случае, погода один-два раза сменилась. В принципе, я не знаю, как там у бегунов происходит, но на велосипеде, даже при том, что можно достаточно продолжительное время вообще педали не крутить, «тепловой режим» выходит более менее постоянный.
BigBeaver
24.05.2017 09:43Занятия спортом не обязательно бег. Хотя, судя по описанию, для активности с короткими периодами тепловыделения оно не подходит из-за высокой инерционности. Но тогда я вообще не знаю зачем оно нужно — проще просто выбрать одежду подходящую под условия тренировки, а потом в стирку бросить.
monah_tuk
24.05.2017 09:20Нуу… честно говоря, часто могло бы быть сильно лучше.
а нужно просто ознакомиться с принципом работы, а потом посмотреть на свой организм:
- если вы производите влаги больше, чем производительность мембраны — вы будете мокрым.
- если сверху дождь, куртка залита, то простите, но через что будет пар изнутри прорываться наружу — вы будете мокрым.
- мембранные куртки (как и все плотные) ограничивают отбор тепла за счёт конвекции (не плюс и не минус — просто факт)
В общем, в походе при дожде вы будете мокрым всегда :) Чуть позже, чуть раньше, но факт. А без дождя — если ваша паропроизводительность выше, чем способность отвести влагу от тела.
А дальше можно рассуждать про внутренние слои, отвод влаги от тела термобёльём, как это сказывается при работе с мембраной и так далее.
Ну и ещё, беспоровые мембраны сначала требуют конденсации влаги, ЕМНИП, т.е. уже мокрота образуется внутри. Хотя у меня конденсат и на поровой Storm Guard (на базе eVent) образуется, хотя, под мой организм работает трудится, в целом, чем Gore Tex (PacLite и ещё что-то).
cyberly
24.05.2017 09:48Ну, это все понятно. Просто по факту выходит, что мембрана имеет смысл только для некоторых случаев и на "… отлично работают ..." часто не тянет. Какой-нибудь ватник (у меня есть старая ватная военная полевая куртка) нормально работает при более широком диапазоне условий. Ну и проветривание (жарко — расстегнул пуговку) тоже никогда не «ломается».
monah_tuk
24.05.2017 10:18Согласен, только есть ещё весовой и объёмный фактор: сколько тащить на себе и сколько займёт в рюкзаке. Поэтому всегда — только компромисс :) Ну и софтшелы :)
Psychosynthesis
24.05.2017 12:49«Цикл» — это, вероятнее всего, смена низкой активности на высокую и обратно. Их не должно быть очень много за одну тренировку.
Даже если речь исключительно про бег — те, кому нужна была бы подобная одежда, тренируются в таких режимах, что, как вам правильно заметили выше — десятка два запросто.
Тут ХЗ, у меня куртка с беспоровой мембраной, маркировка 10/10. Спортмастеровская, правда, и мембрана не из всемирно известных. Нуу… честно говоря, часто могло бы быть сильно лучше.
Это у вас не мембрана а прикол. Походите в хороших мембранах, хотя бы от 15/10 и нормального бренда, что-то уровня North Face, Black Diamond, Mammuth и т.п. Сравните ощущения.cyberly
24.05.2017 13:14Эта кончится — может, проверю)
Но вообще, при интенсивной нагрузке я могу терять до литра воды в час (взвешивался для интереса). Сколько из итого с дыханием — не знаю. Но, думаю, не намокнуть все равно вряд ли получится и принципиальной разницы не будет. Исходя из того, сколько я в ней сохну, 10/10 похоже на правду.
marenkov
24.05.2017 11:18Мембранная ткать — это совсем о другом. Ее задача пропускать воздух, но не пропустить влагу. Нужна для туристов, лыжников и т.п. Т.е. там, где есть риск промокнуть, но и укутываться в резину нельзя, ибо сваришься. Здесь же задача регулировать уровень вентиляции. В той же мембранной одежде бывают клапаны на замочках для вентиляции — вот это они, только открываю и закрывают для вас их микробы.
Тем не менее, вопрос кормежки, стирки и времени их жизни для меня остается открытым.
mrsimba
24.05.2017 08:33… В скафандре было холодно и темно. Боуги отвлекался, проверяя электронную цепь костюма. Своей кровеносной системы у него не было. Он ждал Джека. Джек дополнял его. Джек давал ему тепло, воду, соль… Джек давал ему жизнь. Конечно, Боуги хотелось другого питания — он любил мясо и кровь, но боялся повредить Джеку…
Ommonick
24.05.2017 08:53+3Из какой книги?
Sonatix
24.05.2017 09:32Не понятно зачем это все. В «презенташке» похоже на новшество ради новшества, т.е. не совсем понимаю зачем такие трудности для того что бы просто сделать дыры в футболке почему бы просто не сделать «дырявую» футболку — перед занятием просто одел ее и никакого «хайтека» не нужно (где сильно потеет там ткань, где сильно нагревается там дырка), а если снять футболку — это раз, если открыть все эти окна когда ты уже перегрелся и начал потеть, то одежда перестает выполнять функцию отвода влаги от тела — это два. Зачем это все в вышеприведенном примере, не понятно.
marenkov
24.05.2017 11:27Дырявая футболка — это как постоянно включенный кондиционер без регулятора температуры.
azzas
24.05.2017 11:36+1Это стартап ради стартапа. Придумывается якобы логичное обоснование какой нибудь странной фишке и «молодые и прогрессивные» бегут инвестировать.
uterr
24.05.2017 11:28Непонятный материал, мне кажется для тренировок он не подойдет, и вот почему:
современная спортивная одежда плотно прилегает к телу, волокна такой одежды плотно сплетены и испаряют влагу сильно эффективнее, чем просто открытая кожа, таким образом, одежда, которая «открывает» отверстия хуже просто подогнанной, само изобретение просто для вау эффекта.
heroino
На КДПВ первую секунду смотрится как ожог во всю спину :)
kostus1974
я по фото подумал, что в массачукчуксете придумали футболки с дырками ))