Την ώρα που τα κύματα καύσωνα «χτυπούν» ολοένα και περισσότερο τις πόλεις των ανθρώπων και εκείνοι μάχονται για να μειώσουν τις θερμοκρασίες σε αυτές, μία ομάδα διεθνών ερευνητών, αξιοποιώντας την τεχνητή νοημοσύνη, ανέπτυξε μία καινοτόμο και πολλά υποσχόμενη βαφή, η οποία μπορεί να μειώσει τις θερμοκρασίες των κτιρίων από 6 έως και 20 βαθμούς Κελσίου.
Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας ήταν ειδικοί από το Πανεπιστήμιο του Τέξας μα και άλλα παγκόσμια ιδρύματα. Αυτή η νέα λύση θα μπορούσε να αποτελέσει μία σημαντική συμβολή στη διαχείριση ενέργειας στις πόλεις και να μετριάσει τις επιπτώσεις του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, προσφέροντας παράλληλα μία βιώσιμη εναλλακτική λύση στον παραδοσιακό κλιματισμό, ο οποίος επιβαρύνει τα ηλεκτρικά δίκτυα και επιδεινώνει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Πώς αξιοποιήθηκε η τεχνητή νοημοσύνη
Για την ανάπτυξη της καινοτόμου βαφής έγινε χρήση αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης, για την υπέρβαση των περιορισμών που έθετε ο συμβατικός σχεδιασμός θερμικών υλικών. Οι παραδοσιακές μέθοδοι συχνά βασίζονται σε σταδιακές προσαρμογές και δοκιμές για να εντοπιστούν σφάλματα. Αντίθετα, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε τη μηχανική μάθηση (machine learning) για να σχεδιάσει υλικά με βάση τις επιθυμητές θερμικές ιδιότητες. Σύμφωνα με τον Yuebing Zheng, καθηγητή που συμμετείχε στο έργο, αυτή η προσέγγιση επέτρεψε την εκκίνηση από τις ιδιότητες που είχαν τεθεί ως στόχοι για τον σχεδιασμό της κατάλληλης δομής.
Το πλαίσιο τεχνητής νοημοσύνης που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα μπορεί να επεξεργαστεί τεράστιες ποσότητες πειραματικών και θεωρητικών δεδομένων. Αυτή η δυνατότητα επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν, με αξιοσημείωτη ταχύτητα μάλιστα, περισσότερες από 1.500 συνθέσεις θερμικών μετα-εκπομπών, με πολύπλοκα τρισδιάστατα σχήματα και ποικίλες συνθέσεις.
Εντυπωσιακές επιδόσεις στο φως του ήλιου
Για να αξιολογήσει το πόσο αποτελεσματική είναι η νέα αυτή βαφή, η ερευνητική ομάδα έκανε μία σειρά από πειράματα σε μοντέλα κτιρίων που εκτέθηκαν στο ηλιακό φως για τέσσερις ώρες. Οι στέγες που καλύφθηκαν με το χρώμα που σχεδιάστηκε από την τεχνητή νοημοσύνη εμφάνισαν θερμοκρασίες από 6 έως 20 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερες από εκείνες που βάφτηκαν με συμβατικές λευκές ή γκρι βαφές. Ο Han Zhou, ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης, σημείωσε ότι αυτή η θερμική διαφορά μπορεί να μειώσει σημαντικά τη χρήση κλιματισμού σε θερμές περιοχές.
Η ομάδα υπολόγισε, επιπλέον, ότι εάν η στέγη ενός τετραώροφου κτιρίου σε πόλεις όπως η Μπανγκόκ ή το Ρίο ντε Τζανέιρο βαφτεί με αυτό το υλικό, θα μπορούσε να εξοικονομήσει περίπου 15.800 κιλοβατώρες ετησίως. Για να κάνει κανείς τη σύγκριση, μία τυπική οικιακή μονάδα κλιματισμού καταναλώνει περίπου 1.500 κιλοβατώρες ετησίως.
Γιατί η βαφή είναι τόσο αποτελεσματική;
Η αποτελεσματικότητα της νέας βαφής οφείλεται στη διπλή της δράση ως θερμικός μετα-πομπός. Αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία και εκπέμπει συσσωρευμένη θερμότητα ως υπέρυθρα κύματα σε συγκεκριμένες φασματικές ζώνες που βρίσκονται στο υπέρυθρο φάσμα, εκεί που τα αέρια του θερμοκηπίου απορροφούν ελάχιστη ακτινοβολία, αποτρέποντας τη θέρμανση της επιφάνειας και την υπερθέρμανση της ατμόσφαιρας. Όπως σημειώνει ο ερευνητής Cheng-Wei Qiu, βάφοντας επιφάνειες που συσσωρεύουν την περισσότερη θερμότητα, αυτό το νέο υλικό θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ένα πολύτιμο εργαλείο στην προσαρμογή στην κλιματική κρίση, καταπολεμώντας αποτελεσματικά το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας και μειώνοντας τη θερμοκρασία των πόλεων, οι οποίες συχνά καταγράφουν θερμοκρασίες αρκετούς βαθμούς υψηλότερες από τα περίχωρά τους.
Οφέλη της βαφής και σε άλλους κλάδους
Επίσης, τα στελέχη της ερευνητικής ομάδας διερευνούν και πιθανές εφαρμογές της νέας βαφής σε κλάδους πέραν εκείνου των κατασκευών.
Λόγου χάρη, στη βιομηχανία κατασκευής αυτοκινήτων, η βαφή των αμαξωμάτων και των εσωτερικών χώρων των οχημάτων με αυτό το υλικό θα μπορούσε να μειώσει τη συσσώρευση θερμότητας ενώ τα οχήματα βρίσκονται σταθμευμένα στον ήλιο.
Επίσης, στην κλωστοϋφαντουργία, η ενσωμάτωση του υλικού στα υφάσματα θα μπορούσε να δημιουργήσει ρούχα τα οποία διατηρούν σταθερή τη θερμοκρασία του σώματος σε θερμά περιβάλλοντα.