智能軟體機械人防護衣自動調溫隔熱

全球暖化持續加劇，令大眾飽受高溫天氣的煎熬，而保持人體熱舒適度對於高溫環境下的工作人士尤為重要。香港理工大學（理大）利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授壽大華博士帶領的研究團隊，成功研發首款採用軟體機械人紡織物料，可適應環境溫度變化而自動調溫的智能防護衣，同時有效隔熱透氣，保障高溫環境下的工作安全。研究結果已於知名國際跨學科綜合期刊《Advanced Science》上發表。

維持合適體溫是保持生活質素和促進工作效率的關鍵因素之一。相反，高溫環境會增加熱壓力，加重身體能量消耗，為健康帶來威脅，包括加劇心血管疾病、糖尿病、精神健康和氣喘問題，同時增加傳染病傳播風險。根據世界衛生組織的數據，2000 年至 2019 年期間，全球每年約 48.9 萬人因高溫相關原因死亡，其中在亞洲和歐洲的個案分別佔 45% 及 36%。

熱防護衣是保護極端高溫下工作人士的重要裝備，尤其是需要身處火災現場的消防員和長期在戶外工作的建築工人。然而，傳統防護衣的熱阻固定不變，在常溫環境下穿著容易因過熱造成不適；若用於火災現場和極端高溫環境，其隔熱效能又未必足夠。為此，壽大華博士及其研究團隊研發了一款智能軟體機械人防護衣，可以根據用家身處的環境溫度自動調節隔熱效能，在不同溫度 下提供卓越的熱防護和熱舒適度。

研究的靈感源於自然界的仿生學，例如鴿子主要基於結構變化的自適應熱調節機制。鴿子常利用羽毛在皮膚附近形成一層空氣間隙，減少熱量流失於環境中。而當溫度下降時，鴿子會豎起羽毛使其變厚且蓬鬆，以積蓄大量靜止空氣，增加熱阻來提高保暖效果。

團隊開發的防護衣採用自動調節熱溫度的軟體機械人紡織布，借鑑人體外骨骼排列和分布的網狀結構，將軟體驅動器置於防護衣內相應支撐區域。其熱適應原理是在軟體驅動器中封裝無毒不燃的低沸點液體，在環境溫度升高時，封裝的液體由水態變成氣態，令軟體驅動器膨脹，並使紡織物料結構變厚，靜止空氣層因此擴大，使熱阻提升一倍多（從 0.23 Km²/W 提升至 0.48Km²/W）。當防護衣的外表面溫度達到攝氏 120 度，相比於傳統熱防護衣，這種低成本的智能防護衣內表面溫度可降低攝氏 10 度以上。

另外，這種基於聚氨酯的軟體機械人紡織物料擁有柔軟、堅韌及耐用的特點，相比形狀記憶合金熱敏防護衣，質感更貼膚舒適，亦可任意調整形狀，有助廣泛應用於不同類型的防護衣；即使經過嚴格洗滌測試，也不會出現滲漏情況。這款紡織物料的多孔間隔針織結構亦可顯著減少對流熱傳導，令防護衣保持高透濕度。此外，這款軟體機械人防護衣既輕巧，又毋需熱電晶片或循環液冷卻系統進行冷卻或加熱，即在不消耗任何能量的情況下仍能有效調節溫度。

壽大華博士表示：「穿著厚重的消防服會感到非常悶熱，當消防員離開火場脫下裝備後，靴子有時候甚至可倒出近一磅汗水。這激發了我去開發一種能適應不同環境溫度、同時具備良好透氣性的防護衣。我們研發的智能軟體機械人防護衣能適應不同季節和氣候、各種工作和生活條件，以及室內外環境溫差等，令用家在高溫及極端環境下獲得持續的熱舒適體感。」

展望未來，壽博士認為這項創新技術有望廣泛應用於運動服、醫療保健服、戶外裝備等領域，以及作為建築用熱適應紡織隔熱材料，達致節能的效果。他的團隊亦擴展軟體機械人服裝技術的應用層面，在創新科技署和香港紡織及成衣研發中心資助下，研發出適用於低溫環境或氣溫驟降的高透濕充氣外套和保暖服，有望幫助野外遇困人士在惡劣環境中維持正常體溫。