Исследователи создали инновационные материалы, которые могут снизить затраты на охлаждение.
Исследователи протестировали свои метаэмиттерные материалы, покрасив ими модельные здания и оставив их на солнце при температуре испытания. Исследователи протестировали свои метаэмиттерные материалы, покрасив ими модельные здания и оставив их на солнце при температуре испытания. (Репрезентативное изображение)
ДжейсонДой/Gettyimages
Если вы когда-либо жаловались на растущие счета за электроэнергию, искусственный интеллект уже приходит к вам на помощь.
Исследователи из Техасского университета в Остине, Шанхайского университета Цзяо Тун, Национального университета Сингапура и Университета Умео в Швеции разработали новый подход на основе машинного обучения для создания сложных трехмерных тепловых метаизлучателей.
Команда разработала более 1500 различных материалов, способных излучать тепло на разных уровнях и разными способами. Эти характеристики делают их идеальными для достижения энергоэффективности посредством точного охлаждения и нагрева.
Юэбин Чжэн, один из руководителей этого исследования, пролил свет на то, как могут быть созданы эти материалы.
Процесс тестирования
«Автоматизируя процесс и расширяя пространство для проектирования, мы можем создавать материалы с превосходными характеристиками, которые ранее были немыслимы», — заявил он.
Исследователи изготовили четыре разных материала для проверки своих разработок. Они использовали один из этих материалов для покрытия модельного дома и сравнили его с обычными белыми и серыми красками. После четырех часов прямого полуденного солнечного света крыша со специальным покрытием была на 5–20 градусов по Цельсию (от 37 до 68 градусов по Фаренгейту) прохладнее, чем крыши с обычной краской.
По данным исследователей, такой уровень охлаждения может сэкономить около 15 800 киловатт в год в многоквартирном доме в жарком климате. Типичный кондиционер потребляет около 1500 киловатт в год.
Больше, чем просто экономия энергии
Исследователи не разрабатывали эти приложения просто для экономии энергии. Используя машинное обучение, они разработали семь классов мета-излучателей, каждый из которых имеет разные сильные стороны и области применения.
Эти тепловые излучатели могут использоваться для снижения температуры в мегаполисах, отражая солнечный свет и выделяя тепло на определенных длинах волн. Это может помочь уменьшить эффект городского острова тепла, когда в крупных городах становится жарче, чем в близлежащих районах, из-за меньшего количества растительности и большого количества бетона.
За пределами Земли тепловые метаизлучатели также могут помочь контролировать температуру космических аппаратов, отражая солнечный свет и эффективно выделяя тепло.
В повседневном использовании
Мета-излучатели также могут использоваться в вещах повседневного использования. Их можно использовать в тканях и текстильных изделиях для улучшения технологии охлаждения одежды и уличного оборудования. Их также можно использовать для обертывания автомобилей и встраивания их в материалы салона, которые могут уменьшить тепло, накапливающееся при стоянке на солнце.
Медленный и осторожный традиционный способ проектирования этих материалов не позволил им стать широко используемыми. Другие автоматизированные методы испытывают трудности с обработкой сложных 3D-структур мета-эмиттеров, поэтому они могут создавать только простые формы, такие как тонкие слои или плоские узоры, которые не так хороши в сравнении.
«Традиционно проектирование таких материалов было медленным и трудоемким процессом, в ходе которого применялись методы проб и ошибок», — сказал Чжэн. «Такой подход часто приводит к неоптимальным конструкциям и ограничивает возможность создания материалов с необходимыми свойствами, чтобы быть эффективными».
Взгляд в будущее
Исследователи будут работать над совершенствованием этой технологии и ее применением к другим аспектам нанофотоники — взаимодействию света и вещества в мельчайших масштабах.
«Машинное обучение, возможно, не является решением всех проблем, но уникальные спектральные требования к управлению тепловым режимом делают его особенно подходящим для проектирования высокопроизводительных тепловых излучателей», — сказал Кан Яо, соавтор этой работы и научный сотрудник в группе Чжэна.
Это исследование было опубликовано в журнале Nature.
Sourse: interestingengineering.com
