Sự nóng lên toàn cầu đang là mối đe dọa ngày càng tăng đối với sức khỏe con người và hiệu suất làm việc. Hiện tại, khoảng 3,6 tỷ người trên toàn thế giới sống ở những khu vực rất dễ bị tổn thương bởi biến đổi khí hậu. Từ năm 2000 đến 2019, đã có hơn 480.000 ca tử vong liên quan đến nhiệt độ cao mỗi năm trên toàn cầu. Nhiệt độ cực cao cũng làm suy giảm sự tập trung và năng suất, đồng thời làm tâm trạng xấu đi do làm tăng hormone căng thẳng và gây rối loạn giấc ngủ. Trước tần suất ngày càng tăng của các đợt nắng nóng, các học giả của Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) đang phát triển các giải pháp làm mát cá nhân thế hệ tiếp theo nhằm vượt qua giới hạn của quần áo thông thường và thúc đẩy tính bền vững.

 

Giáo sư Dahua Shou, học giả trẻ được quỹ Limin bảo trợ trong lĩnh vực Công nghệ Dệt may tiên tiến, phó giáo sư của Khoa Thời trang và Dệt may PolyU, phó giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Dệt may cho Thời trang Tương lai, và phó giám đốc Viện Nghiên cứu Công nghệ và Đổi mới PolyU-Xingguo, đã xuất bản công trình nghiên cứu trên tạp chí Science, đưa ra những hiểu biết mới về giải pháp làm mát cá nhân bền vững bằng cách sử dụng vật liệu dệt tiên tiến và thiết bị đeo thông minh.

Các công nghệ thông minh, đặc biệt là thiết bị đeo thông minh và AI, có thể là chìa khóa cho giải pháp làm mát cá nhân bền vững. Giáo sư Dahua Shou cho biết: "Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới, có 80% khả năng ít nhất một năm trong giai đoạn 2025-2029 sẽ là năm nóng nhất được ghi nhận, khiến việc làm mát cá nhân trở nên ngày càng quan trọng đối với chất lượng cuộc sống, sức khỏe và năng suất. Chúng tôi đã và đang tạo ra những bộ trang phục thông minh, giống như trang phục của siêu anh hùng, có thể làm mát thích ứng theo nhu cầu và theo dõi sức khỏe giống như bác sĩ lâm sàng để giúp giải quyết thách thức của nhiệt độ cực cao".

Bằng cách tích hợp bốn cơ chế làm mát: bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu và bay hơi, công trình độc lập này phác thảo các chiến lược để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm cơ thể một cách thích ứng trong các môi trường thực tế thay đổi liên tục. Bài báo cũng trình bày một khung công việc khép kín, được điều khiển bởi AI, kết nối cảm biến, dự đoán và thực thi để mang lại khả năng làm mát cá nhân hóa, tiết kiệm năng lượng, với thiết kế có thể mở rộng và tái chế, hỗ trợ sức khỏe cộng đồng, an toàn nơi làm việc và hiệu suất.

Giải pháp làm mát cá nhân bền vững đang phát triển từ việc sử dụng các loại vải thụ động sang tích hợp các hệ thống thông minh. Đáng chú ý, các loại vải chọn lọc phổ tần giúp giải phóng nhiệt cơ thể ở dải hồng ngoại trung hiệu quả trong khi ngăn chặn sự hấp thụ nhiệt từ mặt trời và đô thị.

Giải pháp cách nhiệt đang được thiết kế với các chất độn có thể điều chỉnh độ dẫn nhiệt, trong khi khả năng làm mát bằng thông gió và bay hơi được tăng cường nhờ các sợi vải phản ứng với độ ẩm. Các thiết bị đeo nhẹ, chẳng hạn như thiết bị có độ phát xạ thay đổi, và các mô-đun điện hóa nhiệt và nhiệt điện được kết hợp với tấm pin mặt trời linh hoạt và pin tích trữ năng lượng trên cơ thể, cho phép làm mát chủ động và có thể điều khiển được.

Những công nghệ mới nổi này áp dụng một cách chiến lược khả năng làm mát chọn lọc theo mô hình và kết hợp thiết kế lấy con người làm trung tâm để đảm bảo sự thoải mái, độ bền, khả năng giặt giũ và trọng lượng nhẹ, mở rộng vùng tiện nghi và giảm sự phụ thuộc vào điều hòa không khí.

Omni Cool Dry là một loại vải giống da, thoáng khí, định hướng mồ hôi trong khi vẫn cung cấp khả năng làm mát chọn lọc phổ tần. Bằng cách phản xạ bức xạ mặt trời và bức xạ từ mặt đất và phát ra nhiệt cơ thể ở dải hồng ngoại trung, nó giúp người mặc luôn mát mẻ và khô ráo ngay cả dưới ánh nắng mặt trời, giảm nhiệt độ da khoảng 5°C.

Mặc dù đã đạt được những tiến bộ đầy hứa hẹn, những thách thức chính trong việc làm mát cá nhân vẫn còn. Việc đổ mồ hôi giúp làm mát cơ thể, nhưng việc quản lý mồ hôi còn hạn chế làm tăng trọng lượng và độ bám dính của vải, đồng thời làm giảm độ thoáng khí và hiệu quả làm mát bằng bức xạ, đặc biệt là khi đổ mồ hôi nhiều. Khả năng điều nhiệt thích ứng theo thời gian thực, có thể phản ứng với môi trường thay đổi và sinh lý cá nhân trong khi vẫn đảm bảo sự thoải mái và an toàn, là lý tưởng nhưng khó đạt được.

Giáo sư Dahua Shou cho biết: "Chúng tôi cũng cần sự tích hợp liên ngành giữa dệt may, nhiệt động lực học, điện tử linh hoạt và AI, cùng với việc sản xuất có thể mở rộng và tái chế để cân bằng giữa tính bền vững, tính dễ mặc, thời trang và hiệu suất. Các tiêu chí được chuẩn hóa, lấy người dùng làm trung tâm, chẳng hạn như công suất làm mát trên mỗi watt, cảm giác nhiệt và sự chấp nhận của người dùng, là điều cần thiết để so sánh và áp dụng công bằng."

SweatMD là một thiết bị đeo không xâm lấn, hoàn toàn bằng vải, dẫn mồ hôi tươi qua một mạng lưới vi lỏng lấy cảm hứng từ tự nhiên và sử dụng các sợi cảm biến thân thiện với da để theo dõi các dấu hiệu sinh học như glucose và kali. Nó cung cấp thông tin sức khỏe ở cấp độ phân tử theo thời gian thực đến điện thoại thông minh, chẳng hạn như các chỉ số về sự mệt mỏi và mất nước..

Giáo sư Shou và nhóm nghiên cứu của ông đang giải quyết vấn đề nhiệt độ cực cao bằng nhiều công nghệ đổi mới khác nhau. Quần áo thể thao thông minh iActive sử dụng "tuyến mồ hôi" nhân tạo hoạt động bằng điện áp thấp và mạng lưới chất lỏng giống rễ cây được thiết kế theo các vùng đổ mồ hôi để nhanh chóng đẩy mồ hôi ra ngoài dưới dạng giọt, giúp giảm trọng lượng và cảm giác bám dính, giữ cho da khô ráo và loại bỏ mồ hôi nhanh hơn gấp ba lần so với tốc độ đổ mồ hôi tối đa của con người.

Omni-Cool-Dry là một loại vải giống da, thoáng khí, định hướng mồ hôi trong khi vẫn cung cấp khả năng làm mát chọn lọc phổ tần. Bằng cách phản xạ bức xạ mặt trời và bức xạ từ mặt đất và phát ra nhiệt cơ thể ở dải hồng ngoại trung, nó giúp người mặc luôn mát mẻ và khô ráo ngay cả dưới ánh nắng mặt trời, giảm nhiệt độ da khoảng 5°C so với các loại vải thông thường.

Đối với những nơi làm việc nóng, quần áo Robot mềm thích ứng nhiệt nhúng các bộ truyền động mềm phản ứng với nhiệt độ, có thể mở rộng để làm dày vải và giữ lại không khí tĩnh, giải quyết vấn đề cách nhiệt "một cấp độ". Độ cản nhiệt thay đổi từ 0.23 đến 0.48 K·m²/W, giữ cho bề mặt bên trong mát hơn 10°C so với các loại quần áo cách nhiệt thông thường ngay cả khi nhiệt độ bên ngoài đạt 120°C.

SweatMD là một thiết bị đeo không xâm lấn, hoàn toàn bằng vải, dẫn mồ hôi tươi qua một mạng lưới vi lỏng lấy cảm hứng từ tự nhiên và sử dụng các sợi cảm biến thân thiện với da để theo dõi các dấu hiệu sinh học như glucose và kali. Nó cung cấp thông tin sức khỏe ở cấp độ phân tử theo thời gian thực, chẳng hạn như các chỉ số về sự mệt mỏi và mất nước, đến điện thoại thông minh.

Nhìn chung, những đổi mới này tạo thành một hệ sinh thái sẵn sàng cho AI: các cảm biến định lượng sinh lý, các mô hình dự đoán nhu cầu làm mát và quần áo thông minh thực hiện các phản ứng có mục tiêu. Việc tích hợp các cảm biến dệt, bộ làm mát dựa trên sợi và bộ thu năng lượng trên cơ thể có tiềm năng cho phép làm mát tự duy trì.

Bao gồm trang phục hàng ngày, cũng như quần áo thể thao và thiết bị bảo hộ, những đổi mới này thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tế để giải quyết các thách thức toàn cầu.

Các viện nghiên cứu chuyển giao công nghệ của PolyU trên khắp các thành phố của Trung Quốc đại lục và các trung tâm nghiên cứu liên ngành, chẳng hạn như Viện Nghiên cứu Công nghệ và Đổi mới PolyU-Xingguo và Trung tâm Nghiên cứu Dệt may cho Thời trang Tương lai, cho phép các học giả của trường đại học khai thác các kịch bản ứng dụng đa dạng của các thành phố này và hợp tác với các doanh nghiệp hàng đầu để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi và triển khai quy mô lớn các thành tựu nghiên cứu khoa học.

Những đổi mới nghiên cứu này đã giành được Huy chương Vàng kèm lời Chúc mừng của Ban Giám khảo (2025) và Huy chương Vàng (2024) tại Triển lãm Sáng chế Geneva, cũng như Giải thưởng Sáng tạo toàn cầu TechConnect. Giáo sư Shou cũng nhận được Giải thưởng Thành tựu xuất sắc của Hiệp hội Sợi, một vinh dự được trao hàng năm cho duy nhất một học giả trên toàn thế giới.

P.T.T (NASTIS), theo https://techxplore.com/news/, 2025