วัสดุที่ช่วยลดอุณหภูมิภายในบ้านโดยไม่ต้องใช้เครื่องปรับอากาศ

ทีมวิจัยนานาชาติจากสหรัฐอเมริกา จีน สิงคโปร์ และสวีเดน เพิ่งเผยแพร่วิธีการใหม่ในการออกแบบวัสดุที่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ใช้เทคโนโลยีการเรียนรู้ของเครื่องจักรเพื่อพัฒนาวัสดุที่เรียกว่า เมตาอีมิตเตอร์ความร้อน ซึ่งสามารถควบคุมวิธีการดูดซับและปล่อยความร้อนได้ เป้าหมายของทีมคือการสร้างวัสดุที่ช่วยลดอุณหภูมิในอาคาร ซึ่งจะช่วยประหยัดพลังงานและอาจนำไปประยุกต์ใช้ในอวกาศได้

สามารถประหยัดพลังงานได้หลายหมื่นกิโลวัตต์ต่อปี

ภาพ: เพ็กเซลส์

นาโนโฟโตนิกส์ เชิงความร้อน ซึ่งเป็นการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและความร้อนในระดับเล็ก มีศักยภาพที่จะนำไปสู่ความก้าวหน้าในสาขาต่างๆ เช่น เทคโนโลยีพลังงานและเทอร์โมโฟโตโวลตาอิกส์ อย่างไรก็ตาม การออกแบบวัสดุเหล่านี้มักเป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากต้องอาศัยวิธีการลองผิดลองถูก ทำให้ความก้าวหน้าเป็นไปอย่างช้าๆ วิธีการแบบดั้งเดิมมักถูกจำกัดด้วยรูปทรงที่เรียบง่ายและวัสดุที่ตายตัว ทำให้ยากต่อการค้นหาทางออกที่ดีที่สุด

การเรียนรู้ของเครื่องจักรปูทางไปสู่วัสดุ 'ระบายความร้อนได้เอง' รุ่นต่อไป

วิธีการใหม่ของทีมวิจัยใช้เทคโนโลยีการเรียนรู้ของเครื่องจักรเพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ ระบบนี้สามารถประมวลผลโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนและวัสดุหลากหลายชนิดได้ แม้จะมีข้อมูลเพียงเล็กน้อย จุดเด่นของวิธีการนี้อยู่ที่ความสามารถในการค้นหาแบบจำลองนับล้านๆ แบบโดยอัตโนมัติเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะ ในขณะเดียวกันก็ใช้แบบจำลองสามมิติ ซึ่งช่วยขยายขีดความสามารถในการออกแบบเมื่อเทียบกับวิธีการสองมิติแบบเดิม

ทีมวิจัยได้สร้างวัสดุที่แตกต่างกันกว่า 1,500 ชนิด ซึ่งมีคุณสมบัติในการสร้างความร้อนที่หลากหลาย พวกเขายังได้ทดสอบการออกแบบเจ็ดแบบที่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนและประสิทธิภาพทางแสงที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับทางเลือกที่มีอยู่เดิม หยูปิง เจิ้ง หัวหน้าทีมวิจัยร่วมกล่าวว่า "กรอบการทำงานการเรียนรู้ของเครื่องจักรของเราแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการออกแบบซูเปอร์ฮีตเตอร์ ด้วยการทำให้กระบวนการเป็นไปโดยอัตโนมัติ เราจึงสามารถสร้างวัสดุที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าที่เคยมีมาได้"

เพื่อทดสอบความเป็นไปได้ของระบบ ทีมวิจัยได้ผลิตวัสดุสี่ชนิดและทดสอบบนหลังคาบ้านต้นแบบ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าหลังคาที่เคลือบด้วยสารปล่อยความร้อนมีอุณหภูมิต่ำกว่าหลังคาที่ทาสีขาวหรือสีเทา 5 ถึง 20 องศาเซลเซียส หลังจากได้รับแสงแดดเป็นเวลา 4 ชั่วโมง คาดว่าผลการระบายความร้อนนี้สามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 15,800 กิโลวัตต์ต่อปีในอาคารอพาร์ตเมนต์ในเมืองร้อน เช่น ริโอเดจาเนโร หรือกรุงเทพฯ

นอกเหนือจากการใช้งานในที่อยู่อาศัยแล้ว วัสดุเหล่านี้ยังช่วยลดอุณหภูมิในเมืองได้ด้วยการสะท้อนแสงแดดและระบายความร้อน จึงช่วยบรรเทาปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเมือง ซึ่งเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในยานอวกาศเพื่อควบคุมอุณหภูมิ หรือในผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจำวัน เช่น ผ้าระบายความร้อนสำหรับเสื้อผ้าและสีเคลือบรถยนต์

ศาสตราจารย์เจิ้งเน้นย้ำว่าวิธีการแบบดั้งเดิมมักจะช้าและไม่ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ในขณะที่กรอบการทำงานใหม่นี้เปิดโอกาสมากขึ้นสำหรับการปรับปรุงการออกแบบวัสดุ ทีมวิจัยวางแผนที่จะพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไปและนำไปประยุกต์ใช้ในด้านนาโนโฟโตนิกส์ เพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพของการเรียนรู้ของเครื่องจักรในการออกแบบเครื่องกำเนิดความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง

ที่มา: https://thanhnien.vn/vat-lieu-giup-lam-mat-nha-ma-khong-can-dieu-hoa-185251018180423352.htm