کاهش دمای شهری با فناوری‌های نوین حرارتی
کاهش دمای شهری با استفاده از مواد هوشمند ساخته شده توسط هوش مصنوعی، نویدبخش کاهش چشمگیر مصرف انرژی و هزینه‌های سرمایش است. این فناوری نوین می‌تواند خانه‌ها، خودروها و حتی فضاپیماها را خنک‌تر نگه داشته و به مقابله با اثر جزیره حرارتی کمک کند.
Admin1
محققان دانشگاه تگزاس آستین به همراه دانشگاه‌های شانگهای جیاوتونگ، دانشگاه ملی سنگاپور و دانشگاه اومئو در سوئد، با استفاده از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی موفق به توسعه مواد جدیدی شده‌اند که می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی دمای ساختمان‌ها و در نتیجه هزینه‌های انرژی را کاهش دهند. این مواد که به نام «متا-انتشاردهنده‌های حرارتی سه‌بعدی» شناخته می‌شوند، قابلیت انتشار گرما را به‌صورت انتخابی و در طول موج‌های مختلف دارند، به این ترتیب کنترل دقیق‌تر و بهینه‌تری بر سرمایش و گرمایش ایجاد کنند. این دستاورد علمی نویدبخش کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی و هزینه‌های مرتبط با سرمایش و گرمایش در ساختمان‌ها، خودروها، منسوجات و حتی فضاپیماهاست و می‌تواند به بهبود شرایط زیست‌محیطی و کاهش اثرات گرمایش شهری کمک کند.
تیم تحقیقاتی یادشده بیش از ۱۵۰۰ نوع ماده مختلف با ویژگی‌های متنوع در انتشار حرارت طراحی کرده‌اند که با استفاده از چارچوب یادگیری ماشینی خود، فرآیند طراحی را خودکار و گسترده‌تر کرده‌اند. این روش نوآورانه امکان خلق موادی با عملکرد برتر و پیچیده‌تر را فراهم کرده است که پیش از این تصور آن‌ها دشوار بود.
طراحی چنین مواد پیچیده‌ای به‌صورت سنتی پیش از این بسیار زمان‌بر و مبتنی‌بر آزمون و خطا بود. روش‌های خودکار قبلی نمی‌توانستند ساختارهای سه‌بعدی پیچیده را به‌خوبی مدیریت کنند، اما استفاده از یادگیری ماشین این محدودیت‌ها را از بین برده و امکان طراحی سریع‌تر و کارآمدتر محصولات را فراهم کرده است.
برای آزمایش این فناوری، چهار نمونه از این مواد ساخته و یکی از آن‌ها روی سقف یک مدل خانه پوشانده شد. پس از چهار ساعت قرارگیری در معرض نور مستقیم خورشید در ظهر، دمای سقف پوشیده شده با متا-انتشاردهنده حرارتی به‌طور متوسط بین ۵ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از سقف‌های رنگ‌شده با رنگ‌های سفید و خاکستری معمولی بود. این کاهش دما می‌تواند در مناطق گرمسیری صرفه‌جویی سالانه حدود ۱۵ هزار و ۸۰۰ کیلووات ساعت انرژی را برای یک ساختمان آپارتمانی به همراه داشته باشد که معادل تقریبی ۱۰ برابر مصرف سالانه یک دستگاه تهویه مطبوع معمولی است.
فناوری هوش مصنوعی در خدمت خنک کردن شهرها
کاربردهای این مواد فراتر از ساختمان‌هاست. این متا-انتشاردهنده‌ها می‌توانند در کاهش اثر جزیره گرمایی شهری نقش مؤثری ایفا کنند که موجب افزایش دمای شهرها نسبت به مناطق اطراف می‌شود. این فناوری در فضا و برای مدیریت حرارتی فضاپیماها با بازتابش تابش خورشیدی و انتشار حرارت به شکل بهینه نیز می‌توانند به حفظ دمای مناسب کمک کند.
علاوه‌بر این، مواد یادشده قابلیت ادغام در منسوجات و پوشاک را دارند که می‌تواند فناوری خنک‌کنندگی در لباس‌ها و تجهیزات فضای باز را بهبود ببخشد. استفاده از آن‌ها در خودروها به‌صورت پوشش بیرونی و در مواد داخلی نیز می‌تواند از افزایش دمای داخلی خودرو در معرض آفتاب جلوگیری کند و نیاز به مصرف انرژی برای تهویه را کاهش دهد.
محققان قصد دارند با توسعه این فناوری آن را در زمینه نانوفوتونیک، یعنی تعامل نور و ماده در مقیاس‌های بسیار کوچک، به کار گیرند. یادگیری ماشینی به‌دلیل نیازهای ویژه طیفی مدیریت حرارتی، ابزاری بسیار مناسب برای طراحی انتشاردهنده‌های حرارتی با عملکرد بالاست.
تاکنون هیچ شهری در جهان به‌صورت گسترده از مواد حرارتی طراحی‌شده با هوش مصنوعی (AI) برای خنک‌سازی محیط‌های شهری خود استفاده نکرده است و این فناوری نوین هنوز در مرحله تحقیق و آزمایش قرار دارد، با این حال محققان اثربخشی این مواد را روی مدل‌های ساختمانی نشان داده و صرفه‌جویی بالقوه انرژی در مناطق گرمسیری همچون ریو دو ژانیرو و بانکوک به کمک آن را تخمین زده‌اند، اما استفاده گسترده شهری از این فناوری هنوز به مرحله اجرا نرسیده است.
