Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé un patch portable qui pourrait fournir un refroidissement et un chauffage personnalisés à la maison, travail, ou en déplacement. Le doux, Le patch extensible refroidit ou réchauffe la peau d'un utilisateur à une température confortable et la maintient là pendant que la température ambiante change. Il est alimenté par un flexible, batterie extensible et peut être intégrée dans les vêtements. Les chercheurs disent que le porter pourrait aider à économiser de l'énergie sur la climatisation et le chauffage.

L'ouvrage est publié le 17 mai dans la revue Avancées scientifiques .

"Ce type d'appareil peut améliorer votre confort thermique personnel que vous soyez en train de vous déplacer par temps chaud ou que vous ayez trop froid dans votre bureau, " dit Renkun Chen, un professeur de génie mécanique et aérospatial à l'UC San Diego qui a dirigé l'étude.

Le dispositif, qui est au stade de la preuve de concept, pourrait également économiser de l'énergie. "Si le port de cet appareil peut vous mettre à l'aise dans une plage de température plus large, vous n'aurez pas besoin de baisser autant le thermostat en été ou de monter autant le chauffage en hiver, " a dit Chen. Maintenir la température de consigne d'un bâtiment de 12 degrés plus élevée pendant l'été, par exemple, pourrait réduire les coûts de refroidissement d'environ 70 %, il a noté.

Il existe une variété d'appareils de refroidissement et de chauffage personnels sur le marché, mais ils ne sont pas les plus pratiques à porter ou à transporter. Certains utilisent un ventilateur, et certains doivent être trempés ou remplis de liquide comme de l'eau.

Chen et une équipe de chercheurs de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego ont conçu leur appareil pour qu'il soit confortable et pratique à porter. C'est souple, léger et peut être facilement intégré dans les vêtements.

Le patch est composé d'alliages thermoélectriques - des matériaux qui utilisent l'électricité pour créer une différence de température et vice versa - pris en sandwich entre des feuilles d'élastomère extensibles. L'appareil refroidit ou chauffe physiquement la peau à une température que le porteur choisit.

"Vous pouvez le placer sur des endroits qui ont tendance à se réchauffer ou à se refroidir plus rapidement que le reste du corps, comme le dos, cou, pieds ou bras, afin de rester à l'aise quand il fait trop chaud ou trop froid, " a déclaré le premier auteur Sahngki Hong, un ancien élève de génie mécanique de l'UC San Diego qui a travaillé sur le projet en tant que doctorant. étudiant dans le laboratoire de Chen.

Les chercheurs ont intégré un prototype du patch dans un brassard en maille et l'ont testé sur un sujet masculin. Les tests ont été effectués dans un environnement à température contrôlée. En deux minutes, le patch a refroidi la peau du testeur à une température définie de 89,6 degrés Fahrenheit. Il a maintenu la peau du testeur à cette température car la température ambiante variait entre 71,6 et 96,8 degrés Fahrenheit.

Un bloc de construction pour les vêtements intelligents

L'objectif ultime est de combiner plusieurs patchs pour créer des vêtements intelligents qui peuvent être portés pour un refroidissement et un chauffage personnalisés. Les ingénieurs ont donc conçu un patch électronique souple qui peut s'étirer, se plier et se tordre sans compromettre sa fonction électronique.

Le travail est une collaboration entre plusieurs groupes de recherche à la UC San Diego Jacobs School of Engineering. Le laboratoire de Chen, qui se spécialise dans la technologie de transfert de chaleur, dirigé l'étude. Ils ont fait équipe avec les professeurs de nano-ingénierie Sheng Xu, un expert en électronique extensible, Shirley Meng, un expert en technologie de batterie, Ping Liu, qui est aussi un expert en batterie, et Joseph Wang, un expert en capteurs portables.

Les chercheurs ont construit le patch en prenant de petits piliers de matériaux thermoélectriques (faits d'alliages de tellurure de bismuth), les souder à de fines bandes d'électrodes en cuivre, et en les prenant en sandwich entre deux feuilles d'élastomère.

Les feuilles sont spécialement conçues pour conduire la chaleur tout en étant douces et extensibles. Les chercheurs ont créé les feuilles en mélangeant un matériau en caoutchouc appelé Ecoflex avec de la poudre de nitrure d'aluminium, un matériau à haute conductivité thermique.

Le patch utilise un courant électrique pour déplacer la chaleur d'une feuille d'élastomère à l'autre. Alors que le courant traverse les piliers de tellurure de bismuth, il entraîne de la chaleur avec lui, provoquant un échauffement d'un côté du patch et un refroidissement de l'autre.

"Pour faire du refroidissement, nous avons la chaleur actuelle de la pompe du côté peau vers la couche tournée vers l'extérieur, " expliqua Chen. " Pour faire du chauffage, on inverse juste le courant pour pomper à chaleur dans l'autre sens."

Le patch est alimenté par une batterie flexible. Il est composé d'un ensemble de piles boutons toutes reliées par des fils de cuivre en forme de ressort et intégrées dans un matériau extensible.

Économie d'énergie

Un patch mesure 5 × 5 centimètres et utilise jusqu'à 0,2 watt de puissance. L'équipe de Chen estime qu'il faudrait 144 patchs pour créer un gilet de refroidissement. Cela utiliserait environ 26 watts au total pour garder un individu au frais par une journée chaude moyenne (pendant une chaleur extrême, la consommation d'énergie estimée grimperait jusqu'à 80 watts, qui correspond à peu près à la consommation d'un ordinateur portable). Par comparaison, un système de climatisation conventionnel utilise des dizaines de kilowatts pour refroidir un bureau entier.

Il est plus économe en énergie de refroidir une personne qu'une grande pièce, les chercheurs ont noté. « S'il n'y a qu'une poignée d'occupants dans cette pièce, vous consommez essentiellement des milliers de watts par personne pour le refroidissement. Un appareil comme le patch pourrait réduire considérablement les factures de refroidissement, " dit Chen.

L'équipe travaille actuellement sur des correctifs qui pourraient être intégrés à un prototype de gilet de refroidissement et de chauffage. Ils espèrent commercialiser la technologie dans quelques années.

"Nous avons résolu les problèmes fondamentaux, maintenant, nous nous attaquons aux grands problèmes d'ingénierie :l'électronique, Matériel, et développer une application mobile pour contrôler la température, " dit Chen.