Một nhóm nhà khoa học quốc tế đã phát triển một loại vật liệu hoàn toàn mới nhờ trí tuệ nhân tạo (AI), giúp giảm nhiệt độ trong nhà và tiết kiệm đáng kể chi phí điện. Loại vật liệu này làm mát hiệu quả hơn sơn thông thường, đồng thời có thể được ứng dụng rộng rãi – từ nhà ở, quần áo đến tàu vũ trụ.
Dự án nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học Texas tại Austin phối hợp cùng các trường đại học ở Trung Quốc, Singapore và Thụy Điển thực hiện. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng AI để tạo ra một phương pháp học máy giúp thiết kế các vật liệu phát xạ nhiệt ba chiều – tức là vật liệu có khả năng tỏa nhiệt ra ngoài một cách có kiểm soát.
Với công cụ này, họ đã tạo ra hơn 1.500 vật liệu mới, mỗi loại có khả năng điều chỉnh lượng nhiệt mà nó phát ra. Điều này giúp kiểm soát hiệu quả hơn quá trình làm mát hoặc sưởi ấm, từ đó tiết kiệm năng lượng.
“Chúng tôi đang mở ra một hướng hoàn toàn mới trong thiết kế vật liệu,” giáo sư Yuebing Zheng – đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature.
Thử nghiệm thực tế: Mát hơn 5–20 độ C
Để kiểm tra hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã tạo ra bốn mẫu vật liệu và thử nghiệm trên mô hình nhà. Kết quả cho thấy, sau bốn giờ phơi nắng giữa trưa, mái nhà được phủ vật liệu mới này mát hơn từ 5 đến 20 độ C so với mái được sơn trắng hoặc xám thông thường.
Dựa trên kết quả này, nhóm ước tính loại vật liệu này có thể giúp một tòa nhà chung cư ở nơi nóng như Bangkok hoặc Rio de Janeiro tiết kiệm khoảng 15.800 kWh điện mỗi năm – tương đương lượng điện cần để chạy hơn 10 chiếc điều hòa cỡ trung bình.
Ngoài nhà ở, những vật liệu làm mát mới này còn có thể giảm nhiệt độ đô thị bằng cách phản xạ ánh sáng mặt trời và tỏa nhiệt đúng bước sóng, giúp chống lại hiệu ứng “đảo nhiệt” trong thành phố; Dùng cho tàu vũ trụ, giúp kiểm soát nhiệt độ khi bay vào không gian; Tích hợp vào vải vóc, tạo ra quần áo hoặc thiết bị ngoài trời có khả năng làm mát tốt hơn; và phủ lên xe hơi, giảm nhiệt độ bên trong khi đậu dưới nắng.
AI giúp vượt qua giới hạn của phương pháp thủ công
Trước đây, việc thiết kế các vật liệu loại này rất tốn thời gian vì phụ thuộc vào phương pháp “thử và sai” – tức là cứ làm thử rồi sửa. Các công cụ tự động hóa trước đây cũng khó xử lý được cấu trúc ba chiều phức tạp, dẫn đến kết quả chưa tối ưu.
“Cách tiếp cận mới này cho phép chúng tôi tạo ra các thiết kế hiệu quả hơn nhiều,” ông Zheng nói. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục cải tiến công nghệ này và mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực khác trong ngành quang học nano – nghiên cứu cách ánh sáng tương tác với vật chất ở cấp độ siêu nhỏ.
Tòa nhà ở giữa được bao phủ bằng vật liệu phát xạ nhiệt của nhóm nghiên cứu. Sau khi phơi nắng, nhiệt độ của tòa nhà này thấp hơn so với hai tòa nhà còn lại sử dụng sơn thông thường. Ảnh: Đại học Texas tại Austin
