Уявіть собі світ, де ваші будинки, одяг і навіть космічні апарати саморегулюються, підтримуючи комфортну температуру, практично не споживаючи енергії. Ця мрія стає реальністю завдяки інноваційній розробці вчених, які використовують силу штучного інтелекту для створення нового покоління матеріалів з унікальними властивостями охолодження. Це не просто фарба – це кардинально новий підхід до управління тепловим випромінюванням.
Матеріали, спроектовані ШІ: крок до енергетичної незалежності
Розробка нового класу матеріалів, створених за допомогою машинного навчання та штучного інтелекту, відкриває шлях до значного зменшення споживання енергії для охолодження. Уявіть собі тонкі покриття, здатні вибірково поглинати і випромінювати тепло, створюючи ефект “розумного” термоса для вашого будинку або одягу. Ці матеріали дозволяють домогтися безпрецедентної точності в регулюванні температури, що особливо актуально в умовах зростаючих кліматичних змін і прагнення до сталого розвитку.
Науковий прорив: створення теплових Метаізлучателей за допомогою Машинного навчання
Вчені з Техаського університету в Остіні у співпраці з колегами з Шанхайського університету Цзяо Тонг, Національного університету Сінгапуру і Університету Умео в Швеції зробили справжній прорив. Вони розробили інноваційну систему машинного навчання, здатну створювати складні тривимірні теплові метаізлучателі. Система дозволила створити понад 1500 унікальних матеріалів, кожен з яких має здатність вибірково випромінювати тепло, забезпечуючи точний контроль температури і, як наслідок, — підвищену енергоефективність.
“Наша система машинного навчання-це значний крок вперед у розробці теплових метаізлучателей,” – говорить професор Юебін Чжен. “Автоматизуючи процес проектування та розширюючи можливості, ми можемо створювати матеріали з раніше недосяжними характеристиками.”
Економія енергії: реальні цифри та потенціал
В ході серії тестів вчені оцінили ефективність розробленої системи. Один з матеріалів був застосований до даху макета будинку і порівняний зі стандартними фарбами, як сірими, так і білими. Результати вражають: після всього чотирьох годин під полуденними променями дах, покритий метаізлучающім матеріалом, була на 5-20 градусів холодніше, ніж дах, покритий звичайними фарбами. За розрахунками команди, застосування подібних технологій в багатоквартирному будинку, розташованому в жаркому кліматі, такому як Ріо-де-Жанейро або Бангкок, може привести до економії до 15 800 кіловат-годин енергії на рік. Для порівняння, Типовий Кондиціонер споживає близько 1500 кіловат-годин на рік.
Перспективи застосування: від Міст до космосу
Потенціал цих матеріалів виходить далеко за рамки простого охолодження житлових і комерційних приміщень. Вчені розглядають можливість використання метаізлучателей для боротьби з” острівним ефектом тепла ” в містах – явищем, коли бетонні конструкції і відсутність зелені призводять до підвищення температури в міських районах. Відбиваючи сонячне світло і випромінюючи тепло на певних довжинах хвиль, ці матеріали можуть істотно знизити ефект Острова тепла. Крім того, вони можуть знайти застосування в космічній техніці, регулюючи температуру на космічних апаратах, ефективно керуючи як надходить сонячним випромінюванням, так і виділяється теплом.
Нові горизонти: Текстиль, Транспорт і повсякденне життя
- Одяг:Розумний одяг, здатний підтримувати комфортну температуру в будь-яку погоду.
- Транспорт:Зниження нагріву автомобілів та інших транспортних засобів, що стоять на сонці.
- Інтер’єр:Регулювання температури в приміщеннях без використання кондиціонерів.
Подолання труднощів: від прототипів до масового виробництва
До теперішнього моменту розробка подібних матеріалів була складним і трудомістким процесом, заснованим на методі проб і помилок. Альтернативні автоматизовані підходи часто не здатні впоратися зі складністю тривимірної структури метаізлучателей, обмежуючи можливості тільки простими формами, такими як тонкоплівкові пакети або плоскі візерунки.
Майбутнє Нанофотоніки: регулювання світла та матерії
Дослідники планують продовжувати вдосконалювати технологію та застосовувати її в інших аспектах своєї роботи в галузі нанофотоніки – дисципліни, яка вивчає взаємодію світла та речовини в найменших масштабах.
“Машинне навчання, можливо, не є універсальним рішенням, але унікальні вимоги до управління температурою роблять його особливо придатним для проектування високоефективних теплових випромінювачів,” – зазначає співавтор дослідження, Кан яо.
Посилання:“Ультраширокосмугові та смугово-селективні теплові метаізлучачі за допомогою машинного навчання”, автори: Ченью Сяо, Менци Лю, Кан Яо, Іфань Чжан, Менци Чжан, Макс Ян, Я Сун, Сянхуей Лю, Сюанью Цуй, Тунсян Фан, Чан’ін Чжао, Вансу Хуа, Іньцяо ін, Юебін Чжен, Ді Чжан, Чен-Вей Цю і Хань Чжоу, 2 липня 2025 року, Nature.Ідентифікаційний номер:10.1038/s41586-025-09102-y
