Какой будет наша одежда завтра?

Какой будет наша повседневная одежда завтра? Какими свойствами будет обладать военная форма? Материалы, создаваемые на заказ, современные полупроводники и фотоэлементы, новейшие процессоры, биосенсоры, сверхминиатюрные гаджеты — набор современного «портного» в последние годы значительно расширился и эта тенденция будет только развиваться. 20 Апрель 2015, 14:08

Одежда анализирует

Нет ничего ближе к телу, чем собственная рубашка. А раз так, то почему бы не оснастить этот элемент гардероба сенсорами, чувствительными к тем или иным изменениям в человеческом организме? К примеру, компания AIQ, офис которой находится на Тайване, разработала целую линию «умной» одежды для биомониторинга на основе металлических волокон производства другой тайваньской компании King’s Metal Fiber Technologies (http://www.kingsmetalfiber.com).

«Умная» одежда компании AIQ может следить за пульсом, интенсивностью дыхания и температурой кожи своего владельца,
а также передавать эти данные для анализа на смартфон по беспроводному протоколу
Смарт-рубашка BioMan из этой серии может отслеживать частоту сердечных сокращений, интенсивность дыхания и температуру кожи. Информацию с тела хозяина рубашки снимают вплетенные в ткань металлические волокна, и полученные данные отправляются по Bluetooth на смартфон или другое приемное устройство.

Разработчики не останавливаются на достигнутом, и BioMan вскоре сможет измерять влажность кожи, а также проводить в режиме реального времени ЭКГ, электроэнцефалографию и электромиографию. Немаловажен и то, что белье BioMan можно выстирать в обычной стиральной машине.

Не менее «умную» футболку предлагают испанские ученые из Мадридского университета Карлоса III. Прототип нижнего белья с интегрированными в него беспроводными электродами поможет медикам контролировать на расстоянии температуру, частоту сердечных сокращений, уровень активности пациента и его местонахождение — исследователи планируют встроить в футболку сенсоры, принимающие сигналы от сети передатчиков, расположенных по всей больнице. Эта одежда пока предназначена для проходящих лечение в стационаре, но вскоре ее надеются использовать и для пациентов, находящихся под домашним наблюдением.

Волокна King’s Metal Fiber обладают удивительными свойствами

В примерах, приведенных выше, ничего сверхъестественного нет. Делать анализы крови, мочи и пота человека, не повреждая его кожные покровы, во время ношения одежды, научились за три года — с 2005-го по 2008-й — исследователи восьми научных организаций из четырех европейских стран в рамках европейского проекта BIOTEX (Biosensing Textiles for Personalised Healthcare Management, «биосенсорные ткани для персонализированного здравоохранения»). Он подразумевал разработку специального текстиля со встроенными возможностями медицинского мониторинга и был частью исследовательского проекта STREP Шестой рамочной программы ЕС (FP6).

Датчик влажности, разработанный по проекту BIOTEX и предназначенный для интеграции
в одежду

«Основная идея проекта BIOTEX заключается в разработке биохимических датчиков для трех потенциальных применений. Первый будет контролировать состав пота, включая его рН, концентрацию соли и скорость выделения. Второй проследит за изменением бактериальной флоры у пациентов, страдающих от ожогов. Третий будет оценивать уровень насыщения крови кислородом и найдет применение в медицине, спорте и общественной безопасности».
Изабель Шартье (Isabelle Chartier), член Комиссии по атомной энергии Франции, один из партнеров проекта
Топ для занятий фитнесом, следящий за частотой сердечных сокращений, уже вошел в обиход любителей спорта

Консорциум BIOTEX включает в себя два научно-исследовательских института в области микро- и нанотехнологий, два небольших предприятия, действующих в сфере разработки и производства одежды, два университетских исследовательских коллектива в области биоинженерии и две компании, имеющие опыт в проектировании и производстве специального текстиля. Остается добавить, что ткани от BIOTEX уже созданы и проходят испытания.

«Смарт»-футболка разработки Мадридского университета Карлоса III

На защиту тела

Наипервейшая задача любой одежды — защита. Обычный костюм защищает нас от сюрпризов, которые преподносит погода, специальный — от радиации, электромагнитных излучений и даже... пуль.

Канадская компания Garrison Bespoke создала пуленепробиваемый костюм для обеспечения безопасности клиентов, чья работа связана с риском для жизни. «Мы хотели создать облегченную одежду, которая не только выглядит профессионально, но может также выступать в качестве надежного бронежилета, — сообщается на сайте компании. — Идея заключалась в том, чтобы создать стильную и сдержанную альтернативу громоздкому пуленепробиваемому жилету под костюмом.»

В прошлом году Garrison Bespoke выполнила заказ Министерства обороны по обеспечению 19-й группы Сил специального назначения Армии США (19th Special Forces Group) — компания использовала те же углеродные нанотрубки, которые ранее нашли применение для униформы американских войск в Ираке. (Про возможность использования таких трубок в гибкой защите Technowars уже писал в статье «Современная броня») Материал костюма получился гораздо более тонким и гибким — в два раза легче кевлара. Как утверждают представители компании, испытания легкого и стильного костюма подтвердили его удобство, надежность и безопасность.

Пуленепробиваемая одежда от Garrison Bespoke

Ведутся дальнейшие исследования и в области такой экзотики, как плащи-невидимки. Главная проблема существующих сегодня систем активного камуфляжа — работа в небольшом диапазоне частот (мы не раз писали о технологиях обеспечения невидимости на страницах журнала — см. Technowars #1/2014, статья «Плащи-невидимки: от классических методов разработки к „обратному” дизайну»). Американский физик Андреа Алу (Andrea Alu) из Техасского университета в Остине считает, что эту проблему можно решить, создавая плащи из электрически активных материалов. Он предложил интегрировать в одежду из метаматериалов КМОП-конвертеры отрицательного сопротивления — такой подход делает «носителя» невидимым в более широком диапазоне частот.

BIOTEX в действии

Удобная одежда итальянской фирмы Smartex способна измерять не только температуру, давление и частоту пульса, но и биохимические параметры тела своего хозяина с помощью электрических, электрохимических и оптических датчиков-«заплаток», внедренных в текстильную основу. Цель таких сенсоров — непрерывно следить за составом жидкостей организма (кровь, моча, пот) в течение дня.

Японская корпорация Yamamoto, специализирующаяся на одежде для плавания, предлагает антирадиационное нижнее белье. После событий в Фукусиме в качестве индивидуального средства защиты от радиационного излучения корпорация представила рабочий гидрокостюм из смеси резины с углеродом, останавливающий, по утверждению представителей компании, почти 100% вредного бета-излучения. Первые экземпляры 3-килограммового гидрокостюма должны были изготовить в конце прошлого года. Кроме того, Yamamoto разрабатывает и нижнее белье на основе свинца для защиты от убийственного гамма-излучения.

Ткани ShieldMan компании AIQ, о которой говорилось выше, защищают организм человека от электромагнитного излучения, используя все те же металлические нити производства King’s Metal Fiber Technologies для превращения одежды из этой ткани в так называемую клетку Фарадея (клетка Фарадея, или щит Фарадея — от англ. Faraday Shield — заземленная металлическая клетка, изобретенная английским физиком Майклом Фарадеем для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей).

Презентация антирадиационного гидрокостюма от японской корпорации Yamamoto

Более интересным на фоне других разработок выглядит проект колумбийской компании Lemur Studio. Проблема обнаружения противопехотных мин всегда была актуальной. И компания из Боготы сконструировала прототип обувной стельки-металлодетектора SaveOneLife, представляющей собой платформу из проводящего материала, который сконфигурирован как плоская катушка, напечатанная на ткани. В стельке имеется микропроцессор и радиопередатчик, который может посылать предупреждающий сигнал на приемник, расположенный в браслете на запястье, когда в радиусе двух метров от солдата оказывается крупный металлический объект.

Металлодетектор, встроенный в подошву солдатской обуви, с выносным беспроводным дисплеем по проекту колумбийской компании Lemur Studio

Вообще, война — грязное дело. В буквальном смысле слова. Согласившись с этим, остается создать материал, который не пачкался бы даже в самых экстремальных и опасных условиях. Именно такую ткань разработали в Инженерном центре исследований и разработок для солдат в Натике (Natick Soldier Research, Development and Engineering Center) под руководством Куока Трюонга (Quoc Truong).

«Мы наносим на поверхность одежды специальное покрытие, благодаря которому ее поверхность приобретает минимальное поверхностное натяжение, — объясняет свое изобретение Трюонг. — Если поверхностное натяжение ткани ниже, чем у попадающих на нее вредных и токсичных жидких химических веществ, эти химикаты соскальзывают с ткани одежды при контакте. Кроме того, ткани с этим суперпокрытием показали минимальное прилипание к ним пыли и грязи.»

Полевые испытания многофункциональной омнифобной солдатской одежды проводились осенью прошлого года, а их результаты были признаны положительными. В ближайшие несколько лет Трюонг собирается изобрести одежду, которая будет сама очищать себя от запахов с помощью антимикробных добавок.

Куок Трюонг (Quoc Truong) демонстрирует разницу между грязеотталкивающими свойствами разработанной им ткани и материалом, используемым в настоящее время для пошива одежды солдат Армии США

На зарядку — одевайсь!

Министерство обороны Армии США в 2011 году представило оперативную энергетическую стратегию, в которой ставка сделана на возобновляемые источники энергии. В качестве одного из направлений стратегии рассматриваются солнечные батареи, вмонтированные в рюкзаки и шлемы. Такой подход сулит большое преимущество: солдату как минимум не придется носить с собой лишние килограммы батарей и аккумуляторов. Не менее важным видится и снижение нагрузки на службы материально-технического снабжения, обеспечивающие армию источниками питания.

Впрочем, солнечные батареи, интегрированные в одежду, интересуют не только Пентагон. Например, Центр систем устойчивого энергоснабжения Австралийского национального университета вместе с организацией оборонной науки и технологий Австралии разработал для использования в военных целях фотоэлектрический модуль Sliver, элемент солнечной батареи удельной мощностью 140 Вт/м², выполненный на чрезвычайно тонкой и гибкой кремниевой пластине. Улучшенные модули Sliver обещали продемонстрировать австралийскому Минобороны в начале 2014 года. Серийные поставки гибких солнечных аккумуляторов в армейские подразделения запланированы на ближайшие годы.

В июне 2013-го исследователи из Нидерландов поделились собственным видением «самозаряжаемой» одежды для повседневной носки. Дизайн одежды разработала Полин ван Донген (Pauline van Dongen), а солнечные панели для нее — специалист по солнечной энергии Герт Ян Йонгерден (Gert Jan Jongerden). Пальто от ван Донген имеет «крылышки» со встроенными гибкими солнечными элементами, которые можно развернуть, когда светит солнце. Как утверждают голландцы, энергии солнца должно хватить на зарядку мобильного телефона в течение часа. Ян Йонгерден не ожидает быстрого прорыва в коммерческом сегменте солнечных батарей, интегрированных с одеждой, и рассчитывает, прежде всего, на интерес со стороны военных.

Носки, которые чувствуют

Стартап-компания Heapsylon из Вашингтона запустила на портале Indiegogo кампанию по сбору средств для разработки фитнес-системы Sensoria. Система включает в себя носки с интегрированными датчиками, электронный браслет на лодыжку, передающий информацию на мобильный телефон пользователя, и специальное мобильное приложение. «Умный» носок Sensoria отслеживает все — от постановки ноги и высоты подъема ступни до общего уровня активности. Вшитые в ткань датчики способны измерять давление в точках соприкосновения ноги с обувью для детального анализа. Данные с сенсоров браслет передает по воздуху на компьютер или смартфон. После более чем двух лет исследований и усовершенствований носки Heapsylon Sensoria сейчас находятся на стадии прототипа. При соответствующем финансировании они могут появиться на рынке в этом году по цене около $150.

Аксессуары к одежде

Легкий тактический штурмовой костюм TALOS, призванный максимально защитить пехотинца на поле боя, еще не скоро станет реальностью (см. статью «Скелет с мотором», Technowars). Поэтому военную форму, даже самую современную, приходится дополнять высокотехнологичной экипировкой. Впрочем, кто знает, возможно некоторые из описанных ниже разработок вполне могут войти в финальную версию Tactical Assault Light Operator Suit.

Довольно неожиданной, к примеру, является идея навигационного пояса, разработанного учеными из Научно-исследовательской лаборатории Армии США. Чтобы солдаты могли не отвлекаться на навигационные приборы в ходе боя, исследователи предлагают использовать легкий, обхватывающий талию пояс, который может подавать вибрационные или тактильные сигналы, позволяющие солдату ориентироваться на местности и даже, не задействуя рук, получать приказы от командира подразделения. «Навигационный» пояс недавно был испытан на полигоне в Абердине и получил самые положительные отзывы от испытателей.

PowerWalk — бионическое зарядное устройство, преобразующее механическую энергию движения ног солдата в электрическую. При весе в 800 г PowerWalk способен вырабатывать до 12 Вт, что достаточно для питания средств связи или тактического планшета. Подобное устройство
может быть выполнено как часть одежды
пехотинца.

Там же в Абердине в мае этого года была протестирована и новая защитная маска, облегчающая солдатам процесс дыхания в экстремальных условиях (высокая температура и 100-процентная влажность). Аксессуар нового поколения был разработан специалистами Химико-биологического центра в Эджвуде (Edgewood Chemical Biological Center). Исследователи внедрили в систему фильтрации воздуха мини-вентилятор, а также усовершенствовали систему отвода выдыхаемой смеси. Система нагнетания втягивает воздух через набор фильтров, который с помощью воздуховодов равномерно обдувает лицо. Когда пользователь выдыхает, воздушный клапан закрывается и чистый отфильтрованный воздух отводится в верхнюю часть маски — повышенное давление в лицевой части предотвращает возможность попадания загрязненного воздуха извне.

Коллекция одежды от голландского дизайнера Полин ван Донген (Pauline van Dongen) имеет раскрываемые элементы со вшитыми солнечными батареями

Огромный интерес обычно вызывают новейшие модификации тактических очков — надежная защита глаз на сегодня является одним из приоритетов в разработке военной экипировки. В мае этого года армейские исследователи из Инженерного центра исследований и разработок для солдат в Натике представили улучшенную версию такой защиты: в поликарбонат, уже давно ставший основным материалом для армейских ударопрочных очков, добавили одну из разновидностей нейлона для усиления защиты от осколков. Кроме того, специалисты решили сделать противолазерную защиту частью единой, многофункциональной системы линз — обычно для защиты глаз от поражения лазером в стеклах очков используют красители и оптические пленки, поглощающие или отражающие энергию лучей лазера.

Судьба «Солнечного солдата»

Лаборатория оборонной науки и техники Великобритании в декабре 2011 г. представила свой вариант военной одежды с солнечными элементами под названием Solar Soldier. Он разработан в сотрудничестве сразу с несколькими британскими университетами. «Солнечный солдат» комбинирует фотоэлектрические элементы с термоэлектрическими устройствами — такой симбиоз призван обеспечить солдата круглосуточным электропитанием. В настоящее время проект заморожен.

«Выгоды от солнечной панели иногда перевешиваются массой кабелей и зарядного устройства, — объясняют представители Лаборатории оборонной науки и техники. — К тому же, если солдат выполняет краткосрочную боевую задачу, энергия, полученная с помощью солнечных элементов, может ему и не понадобиться». Не нужно уметь читать между строк, чтобы понять: технологии требуют дальнейшего развития. Ну а «Солнечный солдат» ждет своего часа.

Из чего же, из чего же?..

Натуральные волокна и синтетика пока еще остаются основой для современных тканей, но все чаще разработчики используют новейшие материалы — такие, как нанотрубки и графен — для создания тканей с немыслимыми ранее свойствами.

Так, защиту от нервно-паралитических отравляющих веществ (ОВ) с помощью ткани на основе углеродных нанотрубок разрабатывают ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST). Нанотрубки способны разрушать молекулы основных классов нервно-паралитических веществ: они вплетаются в ткань, которая приобретает свойство разрушать химические связи в ОВ и не допускает их соприкосновения с кожей. Структуры из цилиндрических нанотрубок, сплетенных в сеть, и «обогащенные» катализатором на основе меди, могут, к примеру, нейтрализовать действие такого опасного вещества, как зарин.

Описанная выше возможность — не предел. Исследователи уже разрабатывают одежду с напечатанными на ней электронными устройствами. И в этом могут помочь технологии, которые, опять же, используют углеродные нанотрубки и, в дополнение к ним, графен. Инженеры кафедры электроники и вычислительной системотехники австралийского Университета Монаш (ECSE) смоделировали первый в мире «спазер» из углерода (SPASER, surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation, «усиление поверхностных плазмонов посредством вынужденного излучения»). Спазер действует подобно лазеру, но вместо фотонов генерирует плазмоны — когерентные колебания электронов. До этого эксперимента спазеры работали на основе наночастиц золота и серебра или квантовых точек.

«Благодаря своим превосходным механическим, электрическим и оптическим свойствам графеновые и углеродные нанотрубки могут использоваться в приложениях, где необходимы прочность, легкость, термостабильность. Они были протестированы как наноразмерные антенны, электрические проводники и волноводы, — рассказал руководитель проекта аспирант Чанака Рупасингх (Chanaka Rupasinghe), — так что есть возможность напечатать в будущем чрезвычайно тонкий мобильный телефон прямо на одежде.»

Правда, спазеры еще не используются в больших масштабах, да и промышленное производство нанотрубок пока находится в стадии исследований. Поэтому смартфоны на повседневной одежде раньше чем через десяток лет вряд ли появятся, прогнозирует автор изобретения.
Есть и более фантастические разработки. Ученые из Университета Иллинойса опубликовали в журнале Science сообщение о том, что они создали полимер, способный к регенерации своей структуры, как живая ткань человеческого тела. Материал автоматически затягивает повреждения в себе, включая трещины и отверстия диаметром до 3,5 см. Механизм заживления сконструирован по принципу кровеносной системы человека. Пластик содержит сеть капилляров, доставляющих к поврежденным областям три вида жидкостей, восстанавливающих дефект, подобно тому как сгусток крови закупоривает рану на живом теле.

Наделить одежду солдата свойствами общевойскового защитного комплекта способна ткань с вплетенными в нее нанотрубками, а также катализаторами — такой симбиоз может разрушать отравляющие вещества на молекулярном уровне

Две субстанции вытекают в трещины или небольшие отверстия по раздельным каналам и реагируют там между собой, превращаясь в гелеобразную «заплату». Третья жидкость, полимеризатор, заставляет этот сгусток затвердевать, восстанавливая исходную структуру материала.

«Пробоина в пластике диаметром 35 мм затянулась за 20 минут, а механические функции материала восстановились за три часа. Тесты показали, что прочность заплаты составила 62% от прочности оригинального пластика», — рассказал журналистам один из разработчиков «искусственной плоти» профессор Университета Иллинойса Скотт Уайт (Scott R. White).

Материалы будущего обретут способность самовосстанавливаться — так ведет себя разработанный в Университете Иллинойса пластик с «кровеносной системой» из капилляров с наполнителем и полимеризатором

То, что одежда даже самого ближайшего будущего станет похожей на наше современное одеяние лишь концептуально — у человека все же пока остаются голова, две руки и две ноги, — уже не остается никаких сомнений. Материаловедение, электроника и другие области науки движутся вперед семимильными шагами. А количество научных новостей, связанных с одеждой в целом и униформой в частности, растет едва ли не в геометрической прогрессии.

Удивляет другое: казалось бы, секретные сведения, но даются в открытых источниках. Особенно славится этим DARPA — один из основных хайтек-ньюсмейкеров в США. Впрочем, на наш взгляд, такую нелогичность и даже иррациональность можно легко объяснить. Готовую экипировку все равно увидят и «почувствуют» те, с кем будут сражаться американские солдаты. Так что скрывать уже испытанные образцы особого смысла нет — лучше рассказами о них давить на психику соперника. Ну а еще не испеченные «пирожки», с рецептами которых пока экспериментируют, можно выкладывать на всеобщее обозрение, чтобы получить обратную связь — услышать ценные мысли в дискуссиях и получить дельные, а главное, бесплатные комментарии. А уж когда дело дойдет до серийного производства, все сведения о готовящемся продукте можно перевести в разряд секретных. Впрочем, можно обойтись и без военных тайн: воспроизведение многих из новейших технологий — взять хотя бы те, о которых мы рассказали в статье — «по зубам» далеко не всем странам.