Keinoälyn ansiosta vallankumouksellinen maali, joka pystyy merkittävästi alentamaan rakennusten lämpötilaa, voi muuttaa kaupunkien energianhallintajärjestelmän ja torjua tehokkaasti ”lämpösaarekkeita”.
Sisällysluettelo
Kaupunkien lämpötilan jatkuvan nousun vuoksi on kriittisen tärkeää löytää vaihtoehtoja energiaa kuluttaville ilmastointilaitteille. Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt tekoälyn avulla vallankumouksellisen maalin, joka voi merkittävästi alentaa rakennusten lämpötilaa. Tämä innovaatio voi muuttaa radikaalisti kaupunkien energianhallintajärjestelmää ja auttaa merkittävästi torjumaan ”kaupunkien lämpösaarekkeita” – vakavaa ongelmaa suurissa nykyaikaisissa kaupungeissa.
Tekoälyn avulla luotu innovaatio maalaustaiteessa
Tutkijat käyttivät tekoälyä voittaakseen perinteisten materiaalisuunnittelumenetelmien rajoitukset. Sen sijaan, että olisivat luottaneet peräkkäisiin testeihin, tiimi valitsi lähestymistavan, joka perustui haluttujen ominaisuuksien mallintamiseen. Texas-yliopiston professori Yuebin Zhenin mukaan tämä menetelmä mahdollistaa materiaalien suunnittelun, joilla on määritellyt lämpöominaisuudet, ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Käyttämällä koneoppimisen kehystä tutkijat pystyivät luomaan yli 1500 lämpösäteilijän kaavaa. Nämä materiaalit ovat rakenteeltaan monimutkaisia ja monipuolisia, eikä niitä voida luoda tavanomaisilla työkaluilla. Han Zhou Shanghain Jiaotongin yliopistosta toteaa, että automatisointi on mullistanut tuotantoprosessin ja mahdollistanut korkean suorituskyvyn materiaalien luomisen ennätysajassa.
Tämä menetelmä säästää myös huomattavasti aikaa. Aiemmin testaus kesti kuukausia, mutta nyt tekoälymalli lyhentää suunnitteluaikaa muutamaan päivään. Tämä mahdollistaa aiemmin saavuttamattomien sovellusten tutkimisen: infrastruktuurin lämpötilan hallinnasta ajoneuvoihin ja tekstiilituotteisiin.
Vaikuttavat tulokset auringonvaloa vastaan
Uusien pinnoitteiden tehokkuuden arvioimiseksi tiimi teki kokeita rakennusmalleilla. Suoran auringonvalon vaikutuksesta neljän tunnin ajan innovatiivisella maalilla käsitellyt pinnat olivat 5–20 °C lämpimämpiä kuin tavallisilla maaleilla käsitellyt pinnat. Tämä lämpötilaero riittää vähentämään ilmastointilaitteiden käyttöä korkean lämpötilan tiloissa.
Potentiaaliset energiansäästöt ovat huomattavat. Nelikerroksisen rakennuksen katon päällystäminen tällaisella pinnoitteella voi säästää noin 15 800 kilowattituntia vuodessa kaupungeissa kuten Bangkok tai Rio de Janeiro. Vertailun vuoksi, kotitalousilmastointilaite kuluttaa keskimäärin 1500 kilowattituntia vuodessa. Täten 1000 rakennuksen mittakaavassa tämä vastaa yli 10 000 ilmastointilaitteen virrankulutusta koko vuoden ajan.
Näiden materiaalien tehokkuus perustuu niiden kykyyn toimia ”metatermisten säteilijöiden” tavoin. Ne heijastavat tehokkaasti auringon säteilyä ja säteilevät kertyneen lämmön infrapunasäteinä. Tämä kaksoistoiminta rajoittaa avoimien pintojen lämpenemistä ilman, että ilmakehä ylikuumenee.
Maali, jonka käyttö ulottuu planeetan ulkopuolelle
Tämän maalin mahdollisuudet eivät rajoitu rakennusten katoihin. Sen tehokas auringonvalon heijastaminen ja lämmönsiirto tekevät siitä lupaavan välineen kaupunkien lämpösaarekeilmiön torjumiseksi. Lisäksi tutkijat tarkastelevat sen käyttöä eri aloilla: autoteollisuudessa ajoneuvojen lämpötilan alentamiseksi tai tekstiiliteollisuudessa kuumalle ilmastolle sopivien vaatteiden valmistamiseksi.
Max Yang Umeån yliopistosta ehdottaa myös mahdollisuutta säätää satelliittien ja muiden avaruusaluksien lämpötilaa. Avaruudessa äärimmäiset lämpötilat voivat häiritä laitteiden toimintaa, ja nämä metamateriaaliset säteilijät voivat olla tehokas ratkaisu.
Tekoälyn tarjoama suunnittelun joustavuus on johtanut seitsemän erillisen metamateriaalisia säteilijöitä sisältävän tuoteperheen luomiseen, joista kukin on optimoitu tiettyjä tehtäviä varten. Tämä kehitys edellyttää näiden innovaatioiden asteittaista integrointia jokapäiväisiin tuotteisiin ja kriittisen tärkeään infrastruktuuriin.
Kohti uuden sukupolven älykkäitä materiaaleja
Imperial College Londonin tohtori Alex Ganouz mukaan materiaalitiede kehittyy nopeasti tekoälyn integroinnin ansiosta. Microsoft tutkii MatterGen-alustansa avulla myös uusia materiaalikombinaatioita erilaisiin teollisiin sovelluksiin. Tämäntyyppiset työkalut merkitsevät syvällistä muutosta tutkimuksessa, jossa kokeelliset testit korvataan osittain numeerisella mallinnuksella.
Metamitteriprojektissa työskentelevät tutkijat pitävät näitä teknologioita lupaavana yhdistelmänä. Tekoälyn käyttö voi nopeuttaa uusien materiaalien löytämistä ja teollistamista tarjoamalla konkreettisia ratkaisuja nykyisiin energiaongelmiin.
Jotkut asiantuntijat kehottavat kuitenkin varovaisuuteen. Vaikka tekoäly voi tuottaa tehokkaita teoreettisia malleja, kokeellinen testaus on edelleen välttämätöntä. Ilman tätä vaihetta on olemassa riski, että kehitetään materiaaleja, joita ei voida soveltaa laajamittaisesti tai joilla on rajoituksia, joita ei voida havaita mallinnuksen avulla.
Vaikka tämä innovatiivinen maali lupaa mullistaa lämmönsäätelyn, se herättää myös kysymyksiä älykkäiden materiaalien tulevaisuudesta. Miten nämä teknologiset saavutukset muuttavat kaupunkiympäristöämme ja jokapäiväistä elämäämme lähivuosina?
