AI tạo ra vật liệu làm mát giúp tiết kiệm năng lượng

Vật liệu mới được phát triển với sự hỗ trợ của AI và máy học sẽ cải thiện khả năng làm mát và tiết kiệm năng lượng.

Được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Texas tại Austin (Mỹ), kết hợp các đối tác từ Đại học Giao thông Thượng Hải (Trung Quốc), Đại học Quốc gia Singapore và Đại học Umea (Thụy Điển), vật liệu này có thể ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ nhà đến công nghệ vũ trụ.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu phát xạ bằng cách sơn các tòa nhà mô hình bằng vật liệu này và để chúng dưới ánh nắng mặt trời để kiểm tra nhiệt độ.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp học máy để chế tạo các siêu phát nhiệt ba chiều phức tạp, giúp tạo ra hơn 1.500 vật liệu độc đáo có khả năng phát nhiệt chọn lọc.

Đồng chủ nhiệm nghiên cứu, Giáo sư Yuebing Zheng, cho biết: “Khung học máy của chúng tôi đại diện cho một bước tiến đáng kể trong thiết kế siêu phát xạ nhiệt. Bằng cách tự động hóa quy trình, chúng tôi có thể tạo ra những vật liệu có hiệu suất vượt trội mà trước đây không thể tưởng tượng được”.

Để kiểm tra hiệu suất, nhóm nghiên cứu đã chế tạo 4 mẫu vật liệu và thử nghiệm chúng trên mái của một ngôi nhà mẫu. Kết quả cho thấy mái nhà được phủ vật liệu mới mát hơn từ 5 đến 20 độ C so với mái nhà được sơn trắng hoặc xám thông thường sau 4 giờ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Dựa trên hiệu suất này, nhóm ước tính rằng việc sử dụng vật liệu mới có thể tiết kiệm khoảng 15.800 kW mỗi năm tại các tòa nhà chung cư ở những thành phố nóng như Rio de Janeiro hoặc Bangkok.

Tiềm năng ứng dụng của vật liệu này không chỉ dừng lại ở việc tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà mà còn có thể giúp hạ nhiệt độ đô thị bằng cách phản xạ ánh sáng mặt trời và giải phóng nhiệt ở các bước sóng mục tiêu, từ đó giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Ngoài ra, trong lĩnh vực không gian, chúng có thể được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ tàu vũ trụ.

Tòa nhà ở giữa được bao phủ bằng vật liệu phát xạ của các nhà nghiên cứu. Cấu trúc này cho thấy nhiệt độ thấp hơn hai tòa nhà sử dụng sơn thông thường còn lại sau khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. 

Vật liệu siêu phát nhiệt cũng có thể được tích hợp vào quần áo và thiết bị ngoài trời, giúp cải thiện công nghệ làm mát. Việc bọc ô tô bằng vật liệu này có thể giúp giảm nhiệt tích tụ khi xe đỗ dưới ánh nắng mặt trời.

Theo giáo sư Zheng, quy trình thiết kế truyền thống tốn nhiều thời gian và công sức, thường dẫn đến những thiết kế không tối ưu. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến công nghệ này và mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực nanophotonics, nơi mà sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất ở quy mô nhỏ nhất có thể mang lại nhiều lợi ích.

Kan Yao, đồng tác giả của nghiên cứu, nhấn mạnh: “Học máy có thể không phải là giải pháp cho mọi vấn đề, nhưng với các yêu cầu quang phổ độc đáo của quản lý nhiệt, nó đặc biệt phù hợp để thiết kế các bộ phát nhiệt hiệu suất cao”.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) vừa công bố phát hiện đáng chú ý về một vật liệu đầy hứa hẹn.