Jaket yang 'Mengempes' Saat Berkeringat: Selulosa Bakteri Mengajari Pakaian untuk Mengatur Panas Sendiri

Science Advances mendeskripsikan kain hangat "pintar", yang isinya terbuat dari selulosa bakteri alami, yang bereaksi terhadap keringat: ketika lembap di sekitar tubuh, bahannya otomatis menipis, dan ketika kering, bahannya kembali "mengembang" dan menahan panas. Dalam prototipe ini, ketebalannya berubah dari sekitar 13 mm (kering) menjadi 2 mm (lembap), dan ide umumnya adalah untuk memperpanjang waktu kenyamanan termal tanpa perangkat elektronik dan baterai.

Latar belakang

Apa yang sudah Anda coba sebelumnya:

1. Bahan pengubah fase (PCM) dalam mikrokapsul “menelan” panas selama pencairan dan melepaskannya selama kristalisasi, tetapi beroperasi dalam rentang suhu yang sempit dan bereaksi buruk terhadap keringat nyata.
2. Kain bercahaya yang berbahan dasar polietilena berpori nano (nanoPE) memungkinkan radiasi IR termal tubuh untuk melewatinya, memberikan "pendinginan radiatif" pasif, tetapi ini pada dasarnya merupakan saluran untuk pembuangan, dan bukan "pengaturan isolasi mandiri" selama berkeringat.
3. Aktuator kelembapan/kain higromorfik berubah bentuk/pori-pori saat kelembapan meningkat, memperluas “zona nyaman” tanpa kabel - arahnya berkembang pesat.

• Masalah yang dipecahkan oleh kain "pintar". Kenyamanan termal pakaian menurun ketika aktivitas berubah dengan cepat: kepanasan dan keringat saat beraktivitas, hipotermia akibat lapisan lembap saat berhenti. Oleh karena itu, tekstil termal/kelembapan adaptif telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, yang menyesuaikan pertukaran panas tanpa baterai dan perangkat elektronik yang rumit. Ulasan menekankan vektor kunci - manajemen dinamis panas dan kelembapan pada tingkat lapisan serat/kain.
• Mengapa kelembapan/keringat adalah "pemicu" terbaik. Keringat adalah penanda cepat utama panas berlebih: segera setelah kelembapan lokal meningkat, sistem perlu mengurangi resistansi termal (mengurangi "kembung"/ruang udara) dan meningkatkan penguapan; ketika mengering, pasang kembali insulasi. Oleh karena itu, muncullah gagasan tentang material yang secara otomatis merespons kelembapan, bukan suhu eksternal. Ini menghemat energi dan menghindari perangkat elektronik yang besar.
• Apa itu selulosa bakteri dan mengapa menjanjikan? Selulosa Bakteri (BC) adalah biopolimer yang "ditumbuhkan" oleh bakteri asam asetat ( Komagataeibacter ): selulosa bakteri membentuk jaringan nanofibril dengan kapasitas air, kekuatan, permeabilitas udara, dan biokompatibilitas yang tinggi. Dalam ilmu tekstil/material, BC dihargai karena sensitivitasnya terhadap kelembapan dan produksi berkelanjutan dari bahan baku terbarukan.
• Sebuah celah ilmiah yang ditutup oleh sebuah artikel baru. Sebagian besar solusi pasif menghilangkan panas (radiatif) atau menahannya (PCM), dengan anggapan lemah bahwa kelembapan itu sendiri seharusnya "mengubah" insulasi. Penelitian di Science Advances menggunakan lapisan BC sebagai "jantung" pakaian hangat, yang menipis karena keringat (lebih sedikit udara → lebih sedikit insulasi) dan kembali lurus saat kering - artinya, lapisan ini membangun insulasi termal yang mengatur sendiri berdasarkan kelembapan tubuh.
• Konteks lapangan: di mana hal ini cocok? Trennya mengarah pada sistem pasif, bio- dan polimer yang memperluas "jendela kenyamanan" tanpa energi pengguna. Di samping itu, terdapat: aktuator higromorfik generasi baru (yang menunjukkan perluasan zona nyaman yang nyata) dan pendinginan radiatif berbasis selulosa/bio — BC sangat cocok dengan cabang "hijau" manajemen termal pribadi ini.
• Implikasi praktis bagi industri: Jika "kekenyalan" insulasi BC yang dikontrol kelembapannya terkonfirmasi dalam pengujian yang dapat dikenakan (pencucian, keausan, bau, penyetelan ambang respons), produsen akan memiliki isian berbasis bio yang dapat diskalakan untuk lapisan musim dingin/aktif — dengan lebih sedikit panas berlebih saat bepergian dan lebih sedikit menggigil saat beristirahat. Hal ini bersifat komplementer, bukan kompetitif, terhadap solusi radiant dan PCM: keduanya dapat dikombinasikan dalam sistem multilapis.

Cara kerjanya

• Pengisi selulosa bakteri (BC) adalah "jaring" nanofibril alami yang diproduksi oleh bakteri yang tidak berbahaya (yang umum kita temui pada jamur teh/kombucha). Membran ini ringan, tahan lama, bernapas, dan hidrofilik—ia "merasakan" kelembapan dengan sempurna.
• Saat Anda mulai berkeringat, kelembapan lokal di bawah pakaian meningkat, lapisan serat kehilangan "kekenyalannya" dan menjadi rata - lebih sedikit udara di dalam → lebih sedikit insulasi → tubuh lebih mudah kehilangan panas berlebih. Segera setelah Anda kering, strukturnya kembali lurus dan mengembalikan tingkat insulasi termal yang tinggi berkat udara di antara serat. Ini adalah mekanisme pasif sederhana yang bekerja pada kelembapan, bukan elektronik.

Apa yang ditunjukkan oleh penulis

• Adaptasi terhadap keringat dan kelembapan. Dalam kondisi kering, bahan ini mempertahankan ketebalan maksimum ~13 mm, dan pada kelembapan tinggi (mensimulasikan keringat) menipis hingga ~2 mm. Berkat "ketebalan yang bervariasi" ini, prototipe ini secara signifikan memperpanjang waktu kenyamanan termal dibandingkan dengan kain hangat konvensional, terutama saat mengubah mode "istirahat → beban".
• Prinsipnya dapat disesuaikan. Para penulis menekankan bahwa "isian" dapat dijahit ke berbagai jenis pakaian — mulai dari lapisan dalam hingga lapisan insulasi — dan disesuaikan dengan iklim/beban.

Mengapa hal ini penting?

Pakaian hangat klasik merupakan kompromi: semakin hangat lapisannya, semakin tinggi risiko "kepanasan dan keringat berlebih", lalu kepanasan akibat "sauna mini" pakaian dalam yang basah. Tekstil, yang melemahkan insulasi saat berkeringat dan mengembalikannya saat kering, membantu mempertahankan "keadaan ideal" tanpa ritsleting, katup, dan baterai yang tidak perlu. Kelembapan memainkan peran kunci dalam manajemen termal manusia (panas terbawa oleh penguapan), sehingga kain "pintar" semakin belajar untuk bereaksi secara spesifik terhadap kelembapan/kelembapan.

Apa bedanya dengan kain pintar lainnya?

• Tanpa elektronik. Tidak seperti sistem aktif (termoelemen/robotika lunak), di sini fisika materialnya murni: basah → lebih tipis, kering → lebih tebal. Lebih sederhana, lebih murah, dan berpotensi lebih tahan lama.
• Bukan "katup", melainkan "kekenyalan". Sebelumnya, kain dengan katup/pori kelembapan atau dengan ketebalan akordeon pada sisipan polimer ditawarkan. Kini, peran "akordeon" tersebut digantikan oleh bakselulosa alami, yang sudah dikenal dalam balutan medis dan tekstil "hijau".
• Potensi ekologi. Selulosa bakteri bersifat biokompatibel dan mudah terurai, dapat ditanam tanpa kapas dan minyak, dan produksinya sejalan dengan tren terkini menuju material berkelanjutan.

Dimana ini bisa berguna?

• Musim dingin di kota dan "kantor-jalan-kereta bawah tanah". Perubahan aktivitas dan iklim "membuat" tubuh lebih sedikit terpapar panas/dingin - kenyamanan "bertahan" lebih lama.
• Aktivitas gunung/lari. Saat mendaki/lari, kain akan berventilasi, dan saat berhenti, kain akan kembali menjadi insulasi.
• Kondisi lapangan dan produksi. Semakin sedikit komponen bergerak dan komponen elektronik, semakin andal. (Ditambah lagi bobot ringan dan "kemampuan bernapas" BC.)

Pembatasan

Ini masih merupakan pengembangan dan prototipe ilmiah; masih perlu diuji untuk penggunaan sehari-hari:

• Daya tahan dan dapat dicuci (beberapa siklus pembasahan dan pengeringan, "pembersihan kering kehidupan"),
• Kenyamanan kulit dan bau saat dipakai dalam jangka waktu lama,
• Menetapkan “ambang batas” respons untuk profil iklim/keringat yang berbeda,
• Biaya dan penskalaan pertumbuhan bakcellulose menjadi gulungan kain. Sebagai perbandingan: bidang kain "pengatur suhu" sedang berkembang pesat, tetapi hanya sebagian kecil ide yang mencapai pasar massal.

Kesimpulan

"Pakaian yang beradaptasi dengan keringat" merupakan kelanjutan logis dari pencarian tekstil yang sensitif terhadap kelembapan dan suhu selama satu dekade. Sebuah makalah baru di Science Advances menambahkan selulosa bakteri alami ke dalam bidang ini sebagai "inti" insulasi adaptif dan menunjukkan amplitudo perubahan ketebalan yang besar (13 → 2 mm) seiring dengan peningkatan waktu kenyamanan termal - tanpa kabel dan sensor.

Sumber: Pakaian hangat adaptif yang sensitif terhadap keringat, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472