A corrida de um bilhão de dólares para inventar um ar condicionado vestível

O calor extremo em todo o mundo está levando as empresas - e pesquisadores - a encontrar novas maneiras de resfriar o corpo humano.

A corrida de um bilhão de dólares para inventar um ar condicionado vestível

Julho de 2019 foi o mês mais quente já registrado. E com toda a probabilidade, as temperaturas do verão continuarão subindo - assim como as contas de energia, se continuarmos a contar com o ar condicionado tradicional para manter nossos corpos resfriados. O grande número de unidades de A / C já é uma ameaça ao clima por causa da quantidade de energia que esses dispositivos consomem. De acordo com um relatório , já existem 1,2 bilhão de unidades de A / C bombeando ar frio nas casas das pessoas, e esse número está a caminho de chegar a 4,5 bilhões em 2050; demanda de energia é deverá triplicar no mesmo período de tempo . É um ciclo vicioso: Resfriar a nós mesmos está, na verdade, contribuindo para a mudança climática que está esquentando o planeta.

Resfriar indivíduos pode ser muito mais barato e menos dispendioso do que resfriar edifícios inteiros. A indústria de refrigeração doméstica é um grande mercado: os condicionadores de ar custam aos americanos US $ 29 bilhões por ano, de acordo com o Departamento de Energia . Ainda assim, manter a calma não é apenas economizar dinheiro ou energia. Pessoas com condições de saúde como câncer podem sentir ondas de calor e ter dificuldade em regular a temperatura. À medida que as temperaturas globais aumentam e a eficiência energética se torna cada vez mais importante, e um grupo de empresas, startups e grupos de pesquisa estão correndo para construir dispositivos portáteis e vestíveis que podem agir como unidades mini A / C, personalizadas apenas para você - se você quiser economize dinheiro, regule sua saúde ou diminua sua pegada de carbono.

Sony Reon [Foto: Sony]



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A Sony, fabricante global de eletrônicos, é apenas uma das empresas que estão entrando no jogo dos vestíveis refrescantes. No final de julho, a empresa lançou uma campanha de crowdfunding de sucesso no Japão para um dispositivo chamado Reon Pocket, que fica bem atrás do pescoço em um bolso de camiseta especialmente projetado e oferece resfriamento instantâneo graças a uma propriedade de semicondutores chamada de efeito Peltier (mais sobre isso depois).

O projeto, que faz parte do Programa de aceleração de inicialização da Sony, já está totalmente financiado e a Sony planeja começar a vender o produto em 2020, bem a tempo das Olimpíadas de Tóquio. Dadas as recentes ondas de calor na cidade , um dispositivo como esse poderia tornar mais tolerável assistir aos Jogos ao ar livre, ou até mesmo ajudar os próprios atletas. Com a camiseta combinada, o preço ficará em torno de US $ 130, mas só será vendido no Japão por enquanto.

Embr Wave [Foto: cortesia Embr]

A Sony não é a única empresa que está tentando capitalizar no calor crescente. Embr Labs é uma startup fundada por três alunos de doutorado do MIT que ficavam frustrados com o fato de seu laboratório estar sempre muito frio durante o verão, mesmo quando havia poucas pessoas no prédio.

Não faria sentido, eles pensaram, fornecer dispositivos de resfriamento para cada indivíduo dentro do laboratório, em vez de usar quantidades insanas de energia para resfriar vastos espaços? A solução deles é um pequeno dispositivo de US $ 299, chamado Embr Wave, que você usa na parte interna do pulso. Com o apertar de um botão, uma placa de cerâmica que fica próxima à sua pele fica muito fria, proporcionando um pouco de alívio ao atingir os nervos termorreceptores sensíveis que ficam na parte interna do seu pulso. A empresa afirma que, como a Embr permitiria que as pessoas se resfriassem em vez de todo o escritório ou casa, isso poderia se traduzir em uma economia de energia entre 15% e 35% dos custos gerais de resfriamento de um edifício.

[Foto: cortesia Embr]

Usei o Embr Wave em um fim de semana recente, incluindo uma viagem de compras no calor de agosto de Nova York. Foi deliciosamente fácil pressionar o botão do Wave e instantaneamente sentir o dispositivo esfriar contra a minha pele. Como o Reon Pocket da Sony, a onda é composta por uma placa de resfriamento que fica contra a sua pele e um dissipador de calor maior de alumínio na parte superior na forma de uma pulseira. A onda não fica fria por muito tempo; você define uma duração para que ele corra e ele aumenta e diminui lentamente a sensação de frio nas ondas durante esse período de tempo. Não foi o suficiente para enganar todo o meu corpo, fazendo-o pensar que não estava quente lá fora, mas aliviou o estresse. Um estudo de 2018 no Centro para o Ambiente Construído da UC Berkeley descobriram que o Embr Wave pode ajudar as pessoas a se sentirem até cinco graus mais confortáveis.

Criar um wearable que pode esfriar você é incrivelmente difícil, principalmente por causa das leis da física: se você vai fazer algo frio, você tem que fazer outra coisa quente. É por isso que as unidades de A / C de janela ficam para fora da janela: elas podem soprar o ar quente para longe do interior de um edifício, enquanto sopram ar frio para dentro. Quando você fica menor, especialmente se quiser ser portátil, fica cada vez mais difícil dissipar esse calor, diz Sam Shames, cofundador e diretor de operações da Embr. Há outro problema também: é preciso muito mais energia para resfriar algo do que para aquecer algo. Como resultado, os dispositivos de resfriamento geralmente são grandes, volumosos e barulhentos - tudo porque o processo de resfriamento é inerentemente ineficiente.

É por isso que o Embr Wave, assim como o Reon Pocket da Sony, usam uma peculiaridade da ciência dos materiais chamada de efeito Peltier para fornecer sensações de resfriamento intensas em uma forma menor. Na década de 1830, o físico francês Jean Charles Athanase Peltier descobriu que se você passar uma corrente elétrica por uma junção entre um metal e um semicondutor (o mesmo material que você encontra na eletrônica de hoje), você pode criar um efeito de resfriamento. Se você passar a corrente na outra direção, você produz calor. Hoje, dispositivos que usam esse efeito, chamados de termoelétricas, podem ser encontrados em tudo, desde assentos de automóveis aquecidos a refrigeradores de vinho. É assim que o Mars Rover foi resfriado e alimenta o resfriamento e o aquecimento da Estação Espacial Internacional.

O Embr Wave e o Reon Pocket usam o efeito termoelétrico para gerar resfriamento em um dispositivo que é pequeno o suficiente para ser usado em seu corpo. Mas a termoelétrica também requer muita energia. Para tornar o Embr Wave mais eficiente, a equipe da startup projetou o dispositivo termoelétrico para apenas atingir as temperaturas às quais o corpo humano responde melhor. Como as sensações de temperatura são relativas, o dispositivo não precisa estar perto de congelar para sentir frio - ele só precisa estar um pouco mais frio do que a temperatura normal do corpo humano. A temperatura do dispositivo sobe e desce lentamente, graças a um algoritmo proprietário que altera a temperatura apenas o suficiente para produzir uma sensação de resfriamento enquanto conserva a bateria. A equipe Embr diz que você pode executar ciclos de dois a três minutos do dispositivo até 50 vezes com uma única carga. (A Sony não forneceu mais detalhes sobre como o Reon Pocket resolve esse problema.)

[Foto: David Baillot / Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs]

Enquanto isso, pesquisadores acadêmicos também estão explorando as maneiras como o efeito Peltier pode ser usado para criar vestíveis. Na Universidade da Califórnia em San Diego, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais Renkun Chen e seu time criou um patch wearable que usa tecnologia semelhante para fornecer resfriamento instantâneo.

O patch flexível, cujo desenvolvimento foi financiado pelo Departamento de Energia , tem um design inteligente que ainda usa o efeito termoelétrico para resfriar, mas não requer um dissipador de calor porque o patch tem uma camada de isolamento entre o lado do patch que fica contra a pele do usuário e o lado do patch que expele o calor para o meio ambiente. O objetivo de Chen é, eventualmente, tecer o remendo em roupas, o que poderia ajudar pessoas como os trabalhadores da construção que estão trabalhando ao ar livre em condições extremas, embora seu protótipo de trabalho possa ser segurado próximo à pele usando uma braçadeira. Ele está em negociações com várias empresas de vestuário e espera comercializar a tecnologia em alguns anos.

[Foto: David Baillot / Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs]

Um dos nossos planos é fazer um patch de resfriamento maior para pessoas com necessidades mais urgentes, especialmente problemas de saúde, diz Chen, referindo-se a como os patches de resfriamento podem ajudar as pessoas que têm ondas de calor. E gradualmente faremos produtos mais sofisticados, como a integração em roupas de ocupação especiais.

[Foto: David Baillot / Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs]

Enquanto as propriedades termoelétricas são uma das principais avenidas de pesquisa para condicionadores de ar vestíveis, algumas startups estão examinando diferentes técnicas para criar resfriamento personalizado. A inicialização Conforto Móvel , que está comercializando pesquisas sobre ar condicionado portátil da Universidade de Maryland, está desenvolvendo um ar condicionado móvel chamado RoCo que se parece quase com um grande purificador de ar, com uma abertura perto do topo que sopra ar frio em direção ao usuário.

Mas, embora o RoCo use os menores compressores disponíveis (as bombas que movem o ar quente para fora de sua casa) para gerar ar frio, ele usa o mesmo processo de um ar condicionado tradicional. Mas não precisa da ventilação que os A / Cs geralmente exigem. Em vez disso, a unidade usa um dissipador de calor inteligente: um material de mudança de fase ou uma substância que pode mudar sua forma física com base na quantidade de energia que possui. O gelo é um exemplo de material de mudança de fase: quando você aplica calor a ele, ele muda lentamente de sólido para líquido. Mas enquanto o gelo requer muito menos energia para derreter do que para congelar, a Mobile Comfort escolheu um material de mudança de fase que requer uma quantidade muito maior de energia para mudar o estado de sólido para líquido. Em vez de soprar ar quente pela parte traseira da unidade de ar condicionado, o protótipo RoCo lança todo o calor que gera neste material, chamado de álcool graxo, que absorve o calor à medida que derrete lentamente.

Transmissão ao vivo do ball drop 2019

[Foto: Conforto Móvel]

Isso permite que o dispositivo dure cerca de oito horas. Durante esse tempo, o RoCo usa uma câmera para rastrear onde o usuário está dentro de um espaço e gira 360 graus para seguir aonde a pessoa vai, soprando ar frio por uma abertura na parte superior do dispositivo, de modo que eles sejam constantemente resfriados. Quando a pessoa sai da sala, a unidade é desligada automaticamente. Quando o dispositivo eventualmente usa todo o dissipador de calor, o usuário tem que reverter o processo: leva algumas horas, mas tudo que você precisa fazer é configurá-lo para liberar o calor que armazenou enquanto você estiver fora a sala. Isso pode parecer contraproducente, mas a empresa diz que durante esse processo o protótipo gera apenas a mesma quantidade de calor que duas lâmpadas funcionando.

Mobile Comfort tem parceria com o grande fabricante de ar condicionado Daikin , e a pesquisa foi originalmente financiada pelo Departamento de Energia com a ideia de que as pessoas um dia poderiam usar o dispositivo para economizar na conta de energia. O processo de pensamento era e é que se você aumentar o ponto de ajuste de seu termostato para algo um pouco mais quente do que confortável e, em seguida, usar isso para resfriamento complementar, haverá uma enorme economia de energia, diz Todd Stave, CEO da Mobile Comfort.

No entanto, enquanto Stave descobriu que os consumidores na Ásia e na Europa, onde o A / C central é menos prevalente, geralmente concordavam com essa ideia durante sua pesquisa de mercado, os consumidores nos Estados Unidos não estavam. As pessoas na América do Norte não se importam com o custo da energia - é muito barato, diz ele. Então, eles vão usá-lo em lugares onde o ar condicionado não existia antes: o pátio, o deck da piscina, a garagem.

O RoCo está longe de chegar às prateleiras: Stave está planejando um lançamento em 2021. Talvez nessa época, a energia nos Estados Unidos seja mais cara. Nesse ponto, encontrar maneiras de evitar o uso de condicionadores de ar tradicionais pode ser uma maneira prática de economizar algum dinheiro em custos de energia. A / Cs menores e mais eficientes como RoCo ou wearables movidos a termoelétricas como Embr e Reon pocket podem ser capazes de quebrar o ciclo vicioso de condicionadores de ar que consomem muita energia, contribuindo para o calor extremo, que por sua vez convence mais pessoas a ligar o A / C para ficar confortável. Em vez disso, eles podem ajudar as pessoas a economizar energia enquanto se mantêm frescas, mesmo quando está calor lá fora.