התעוררתם בבוקר למזג אוויר קריר, ואינכם בטוחים מה ללבוש: האם ללבוש משהו חם או שבצהריים יהיה חם מדי? האם לסחוב גם ז'קט? ייתכן שבקרוב לא נצטרך להתלבט. מדענים מציגים בד מיוחד ששומר על חום הגוף כשלובשים אותו, אך מקרר כשלובשים אותו הפוך [1].

הגוף שלנו מווסת חום כדי לשמור על טמפרטורה קבועה פחות או יותר, בין 37.5-36.5 מעלות צלזיוס לרוב [2]. כיוון שהגוף מייצר חום בתהליכים הביולוגיים שמתרחשים בו, אנחנו מסוגלים לשהות במקומות קרים מטמפרטורת הגוף. אבל כשקר מאוד בחוץ, אנו צריכים לווסת את חום גופנו באמצעות לבוש או אמצעי חימום. בגדים רגילים שומרים על חום הגוף ביצירת כיס אוויר מבודד יחסית, שמתחמם על ידי הגוף שלנו. האוויר הוא מוליך חום גרוע, שמקטין את קצב פליטת החום מאיתנו לסביבה. 

לעומת זאת, כשאנחנו רוצים להתקרר, נדרש להקטין את שכבת הבידוד כדי לאפשר לגוף להתקרר בקלות. כשחם במיוחד הגוף משתמש במנגנון ההזעה ובמנגנונים נוספים כדי לקרר את עצמו. באזורים חמים בקיץ, בטח בישראל, אנחנו משתמשים במזגנים ובמאווררים כדי להוריד את נטל הקירור מהגוף וכדי לשמור על טמפרטורת סביבה נעימה.

אז נשאלת השאלה, כיצד אנחנו מאבדים את רוב חום גופנו? מתברר שבטמפרטורת החדר וכשאין רוח, בני אדם פולטים כמחצית מחום גופם, ואף למעלה מכך, בקרינה אינפרה אדומה (קרינה אלקטרומגנטית [3]), כרבע נוסף מחום הגוף נפלט בהזעה, והשאר על ידי הולכת חום והסעת חום [4] (ראו הסבר על סוגי מעבר חום [5]). משמע, כדי לייעל את תהליך החימום והקירור של הגוף בסביבה סגורה, אפשר להשתמש בבדים שמחזירים קרינה או סופגים אותה בקלות, וכך לווסת את חום גופנו. לצערנו אין בדים רבים שיכולים לעשות זאת, אך לאחרונה התפתחה מגמה של שילוב אריגים מחזירי קרינה בצד הפנימי של בגדים, כדי להקרין חזרה את החום שנפלט מהגוף, וכך לשמור על חום הגוף שלנו בטמפרטורות נמוכות. לתכונה זו קוראים אמיסיביות, ומשמעותה מידת הקרינה התרמית שגוף פולט. ככל שחומר בעל אמיסיביות גבוהה יותר, כך הוא יפלוט קרינת חום רבה יותר, ובשל כך יחזיר טוב יותר קרינת חום שפגעה בו.

מחקרם של ד"ר ביורן מאיס והדוקטורנט מולונך אבבה (Muluneh Abebe) מאוניברסיטת מונס בבלגיה, מציג קונספט חדש של בד, בעובי של כשערה אנושית, שיכול גם לחמם וגם לעזור לקרר אותנו. הבד החדש, שנקרא "טקסטיל ג'נוס", עשוי למעשה משתי שכבות של בדים העשויים מסיבים ננומטריים. צד אחד עשוי מסיבים מתכתיים בעלי אמיסיביות נמוכה מאוד (פולטים ומחזירים מעט מאוד קרינה), וצד שני עשוי מסיבים של חומר מבודד בעל אמיסיביות גבוהה (פולטים ומחזירים קרינה היטב). שכבות הבד סרוגות יחד בצורה המאפשרת אוורור מיטבי ביניהן.

במחקר שפורסם במגזין Physical Review Applied בתחילת נובמבר, מציגים החוקרים את התאוריה הפיזיקלית העומדת בבסיס בד זה. במאמר טוענים מאיס וצוותו כי אדם ממוצע שילבש בגד העשוי מבד זה כך שצידו המבודד יפנה לכיוון הגוף, יוכל לשהות בנינוחות בחדר שהטמפרטורה בו היא 11 מעלות צלזיוס בלבד. זאת משום שקרינה אינפרה אדומה רבה יותר תוחזר מהבד, ותחמם את העור ואת האוויר (בדומה ל"שמיכת מילוט" או "שמיכת חלל" שצוותים רפואיים מכסים בה פצועים [6]). לעומת זאת, אם ילבש את הבגד הפוך, כך שהסיבים המתכתיים יפנו פנימה, ירגיש בנוח בחדר שהטמפרטורה בו היא 24.5 מעלות [7]. כלומר, הבד לבדו מצליח לשמור על חום הגוף בתחום טמפרטורות רחב של 13 מעלות צלזיוס, גבוה מכל בד אחר [8].

אין זה הניסיון הראשון לפתור את הבעיה. מקור הבד הוא בתחום מחקר חדש יחסית של טכנולוגיות לבוש, שנקרא "בדים הפיכים תרמיים" - בדים שצידם אחד משמר את חום הגוף, וצידם האחר עוזר לקרר אותו. עד היום נחקרו בדים העשויים ממברנות חצי אטומות; צד אחד שלהם מייצר כיס אוויר מבודד היטב, ואילו צידם האחר מאפשר אוורור טוב כשהבגד נלבש הפוך. החיסרון העיקרי של בדים אלו הוא בתחום טמפרטורות העבודה שלהם, הנמוך במספר מעלות מהצעתו של אבבה, ובנוסף נטען כי הם אינם נוחים ללבישה. אומנם ללבוש בגדים ממתכת נשמע מאוד לא נוח, אך אבבה מרגיע וטוען כי בשל עובי הסריג הבד גמיש, מאוורר ונעים למגע. למעשה, לטענת החוקרים, הבד הוא הנוח ביותר מכלל הבדים ההפיכים הנחקרים.

מצד שני, חוקרים אחרים טוענים שאומנם הקונספט טוב באופן תאורטי, אולם בפועל, ייצור המוני של בדים אלו הוא תהליך יקר ונראה שאינו משתלם כלכלית. אולי בעוד כמה שנים יצליחו חוקרים לפתח בדים דומים ולהוריד את עלות הייצור, וכך נוכל לצמצם את ארון הבגדים שלנו למינימום.

ליווי מדעי: ולרי פרומקין

עריכה: שיר רוזנבלום-מן

למקורות ולקריאה נוספת:

[1] תקציר ההודעה לעיתונות

[2] טמפרטורת הגוף האנושי, מתוך ויקיפדיה 

[3] פוסט מדע בגדול, בקטנה על מדידת חום ללא מגע

[4] פיזיולוגיית איבוד החום 

[5] סוגי מעבר חום

[6] שמיכת חלל, מתוך ויקיפדיה 

[7] המאמר של ד"ר מאיס וצוותו -  Abebe, Muluneh G. and De Corte, Alice and Rosolen, Gilles and Maes, Bjorn (2021), “Janus-Yarn Fabric for Dual-Mode Radiative Heat Management”, Phys. Rev. Applied 16 (5), 054013, 1-10.

[8] מאמר קודם של הצוות הסוקר גם טכנולוגיות שונות - Abebe, Muluneh G. and Rosolen, Gilles and Khousakoun, Eric and Odent, Jeremy and Raquez, Jean-Marie and Desprez, Sylvain and Maes, Bjorn (2020), “Dynamic Thermal-Regulating Textiles with Metallic Fibers Based on a Switchable Transmittance”, Phys. Rev. Applied 14 (4), 044030, 1-1.