Trang chủ Ý tưởng sáng tạo toàn cầu 24h Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2023 - Cửa sổ...

Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2023 – Cửa sổ lỏng giảm chi phí năng lượng

Các nhà nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Toronto ở Canada đã phát triển một hệ thống chất lỏng nhiều lớp có thể giảm chi phí năng lượng.
Việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà rất quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng.
Việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà rất quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Toronto ở Canada đã phát triển một hệ thống chất lỏng nhiều lớp có thể giảm chi phí năng lượng để sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng các tòa nhà. Họ làm điều này bằng cách tối ưu hóa bước sóng, cường độ và sự phân tán ánh sáng truyền qua cửa sổ.

Chi phí thấp, hiệu quả cao

So với các công nghệ hiện có, cửa sổ lỏng cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn nhiều trong khi vẫn giữ chi phí thấp do sử dụng các thành phần đơn giản và có sẵn.

“Các tòa nhà sử dụng rất nhiều năng lượng để sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng không gian bên trong chúng” – tác giả nghiên cứu Raphael Kay nói trong bài báo đăng trên tạp chí PNAS.

Ông cho rằng, nếu chúng ta có thể kiểm soát một cách có chiến lược đối với số lượng, loại và hướng của năng lượng mặt trời đi vào các tòa nhà của mình, chúng ta có thể giảm đáng kể khối lượng công việc cho máy sưởi, máy lạnh và đèn chiếu sáng.

Hiện tại, một số công nghệ xây dựng thông minh như rèm tự động hoặc cửa sổ điện sắc (electrochronic) vốn có khả năng thay đổi độ mờ của chúng để phản ứng với dòng điện, có thể được sử dụng để kiểm soát lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào phòng.

Tuy nhiên, ông Kay nói rằng, các hệ thống này bị hạn chế vì chúng không thể phân biệt giữa các bước sóng ánh sáng khác nhau, cũng như không thể kiểm soát sự phân bố của ánh sáng trong không gian.

Ông cho biết, ánh sáng mặt trời chứa ánh sáng nhìn thấy được, tác động đến sự chiếu sáng trong tòa nhà, nhưng nó cũng chứa các bước sóng vô hình khác, chẳng hạn như ánh sáng hồng ngoại, về cơ bản chúng ta có thể coi đó là nhiệt.

Vào mùa Đông, mọi người muốn cho cả 2 loại ánh sáng nhìn được và không nhìn được vào nhà nhưng mùa Hè thì chỉ muốn cho ánh sáng nhìn thấy vào. Các hệ thống hiện tại thường không thể làm điều này: Chúng chặn cả 2 hoặc không. Chúng cũng không có khả năng định hướng hoặc tán xạ ánh sáng theo những cách có lợi.

Hệ thống trên do Kay và nhóm do Giáo sư Ben Hatton đứng đầu, nó tận dụng sức mạnh của vi lưu (microfluidic) để đưa ra một giải pháp thay thế. Đây là việc xử lý và phân tích chất lỏng ở thang đo micromet.

Hệ thống của họ bao gồm các tấm nhựa phẳng với các rãnh dày hàng milimet để chất lỏng có thể được bơm qua đó. Chất lỏng này có thể được trộn các sắc tố, hạt hoặc phân tử khác để kiểm soát loại ánh sáng đi qua. Từ đây, nó có thể điều chỉnh hướng của ánh sáng theo từng loại.

Những tấm này có thể được kết hợp thành một chồng nhiều lớp, mỗi lớp chịu trách nhiệm cho một loại chức năng quang học khác nhau: Kiểm soát cường độ, lọc bước sóng hoặc điều chỉnh sự tán xạ của ánh sáng truyền vào trong nhà.

Hệ thống có thể tối ưu hóa khả năng truyền ánh sáng các máy bơm nhỏ, được điều khiển kỹ thuật số, để thêm hoặc loại bỏ chất lỏng khỏi mỗi lớp.

“Nó đơn giản và có chi phí thấp, nhưng cho phép sự kiểm soát đáng kinh ngạc” – ông Kay nói và cho rằng, điều này có thể áp dụng với quy mô lớn, ví như lắp cho mặt ngoài của một tòa nhà. Công trình trên được xây dựng dựa trên một hệ thống khác sử dụng sắc tố được bơm vào, được phát triển bởi cùng một nhóm vào đầu năm nay.

Cửa sổ lỏng giảm chi phí năng lượng ảnh 1

Mẫu thiết kế của Đại học Kỹ thuật Toronto mở ra khả năng tiết kiệm nhiên liệu cho các tòa nhà.

Áp dụng trí tuệ nhân tạo

Ông Kay cho biết, nếu chỉ dùng một lớp chất lỏng để điều chỉnh sự truyền ánh sáng cận hồng ngoại thì có thể tiết kiệm khoảng 25% năng lượng sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng hàng năm. Nếu có 2 lớp để kiểm soát tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được, năng lượng tiết kiệm được có thể tăng gấp đôi.

Mặc dù, nghiên cứu đó lấy cảm hứng từ khả năng thay đổi màu sắc của các loài động vật chân đốt ở biển, nhưng hệ thống hiện tại tương tự như lớp da nhiều lớp của mực ống.

Nhiều loài mực có lớp da chứa nhiều lớp cơ quan chuyên biệt xếp chồng lên nhau, bao gồm tế bào sắc tố kiểm soát sự hấp thụ ánh sáng và tế bào iridophore tác động đến phản xạ và ánh kim.

Chúng hoạt động cùng nhau để tạo ra các hành vi quang học độc đáo, chỉ có thể thực hiện được thông qua hoạt động kết hợp. Nhóm cũng đã mô phỏng các thuật toán điều khiển khác nhau để kích hoạt hoặc hủy kích hoạt các lớp chất lỏng để đáp ứng với các điều kiện xung quanh thay đổi.

Trong nghiên cứu này, các thuật toán điều khiển do con người thiết kế, nhưng Giáo sư Ben Hatton chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa chúng sẽ là một nhiệm vụ lý tưởng cho trí tuệ nhân tạo, một hướng nghiên cứu khả thi trong tương lai.

Ông cho rằng, ý tưởng về một tòa nhà có khả năng học và tự điều chỉnh hệ thống năng động này nhằm tối ưu hóa những thay đổi của năng lượng mặt trời theo mùa và hàng ngày là điều rất thú vị.

Nhóm của ông đang tìm cách mở rộng quy mô một cách hiệu quả để người sử dụng thực sự có thể bao phủ toàn bộ tòa nhà bằng hệ thống này. Điều đó sẽ tốn nhiều công sức nhưng xét đến việc dùng các vật liệu đơn giản, không độc hại, chi phí thấp, thì đó là một thách thức có thể giải quyết được.

Giáo sư Ben Hatton hy vọng nghiên cứu này sẽ khuyến khích các nhà khoa học khác suy nghĩ sáng tạo hơn về những cách mới để quản lý năng lượng trong các tòa nhà.

“Trên toàn cầu, lượng năng lượng mà các tòa nhà tiêu thụ là rất lớn, thậm chí lớn hơn những gì chúng ta tiêu tốn cho sản xuất hoặc vận chuyển. Chúng tôi nghĩ rằng, việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà là một thách thức đáng được quan tâm nhiều hơn” – ông nói.

Theo Giáo Dục Thời Đại

CÁC TIN KHÁC

Anh phát triển vaccine ngừa ung thư phổi đầu tiên trên thế giới

Theo phóng viên tại London, các nhà khoa học tại Anh đang sử dụng công nghệ tương tự đã tạo ra vaccine ngừa COVID-19 của AstraZeneca để phát triển một loại vaccine đầu tiên trên thế giới có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch để tiêu diệt tế bào ung thư và ngăn chặn ung thư phổi ở những người có nguy cơ cao.

Tạo ra loại “keo” mới giúp bịt kín màng não sau phẫu thuật

Một nhóm các bác sĩ phẫu thuật thần kinh học và kỹ sư sinh học Mỹ đã chế tạo ra loại "keo" đặc biệt dùng cho các ca phẫu thuật mở màng não.

Nhà máy điện đi dộng “đóng gói” hơn 240 tấm pin mặt trời

Solar Container trình làng hệ thống quang năng di động SolarCont chứa 240 tấm pin mặt trời xếp gọn thành khối hộp lớn tương đương container tiêu chuẩn.

Trung Quốc có tàu chay bằng hydro đầu tiên trên thế giới

Tập đoàn Đường sắt Trung Quốc vừa phát triển thành công một đoàn tàu chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới. Thành tựu này đánh dấu bước đột phá trong việc ứng dụng công nghệ mới vào việc nâng cấp, hiện đại hóa ngành vận tải đường sắt của quốc gia đông dân hàng đầu thế giới này.

Giao diện não – máy tính giúp người bị liệt

Công ty khởi nghiệp Neuralink của tỉ phú người Mỹ Elon Musk hôm 20-3 đã livestream cảnh một bệnh nhân được cấy chip vào não chơi cờ vua trực tuyến. Anh Noland Arbaugh, 29 tuổi, bị liệt từ vai trở xuống sau một tai nạn khi lặn và là người đầu tiên được cấy chip của Neuralink vào não hồi tháng 1-2024.

Các Tiểu vương quốc Ả Rập khiến thế giới ngỡ ngàng khi chi gần 500 tỷ đồng “gieo mây trên trời”

Đối mặt với một tương lai thiếu nước trầm trọng, các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất đã triển khai một dự án để tăng lượng mưa khu vực.

Bài viết nổi bật

Đại học Sư phạm TP.HCM ‘bắt tay’ doanh nghiệp công nghệ Việt thúc đẩy chuyển đổi số

Theo hợp tác mới ký kết với Viettel Solutions, Đại học Sư phạm TP.HCM sẽ cùng doanh nghiệp này xây dựng các giải pháp công nghệ trong giáo dục tập trung vào 4 nội dung chính.

Nhóm sinh viên trường ĐH Ngoại thương giành giải ‘Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng’

Ngày 12/6, tại Học viện Tài chính diễn ra Chung khảo Hội thi khoa học sinh viên toàn quốc 'Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng' lần thứ VII, năm 2022. Ban Giám khảo đã chọn ra nhóm sinh viên ĐH Ngoại thương TP. Hồ Chí Minh giành giải Đặc biệt.

Bài viết mới nhất

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.26) Cầu ngói chợ Lương (Nam Định): Biểu tượng lịch sử văn hóa xứ Thành Nam – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) “Ai qua Cầu Ngói Chợ Lương/Ghé thăm Mỹ nghệ Hải Minh làng nghề” Với hơn 500 năm tuổi, cầu ngói Chợ Lương vẫn giữ trọn vẹn được nét đẹp xưa cũ, với kiến trúc độc nhất vô nhị theo chiều dài lịch sử. Đây chính là niềm tự hào, tự tôn của người dân Hải Hậu nói riêng và cả mảnh đất Nam Định nói chung.

Kim cương có thực sự vĩnh cửu?

Kim cương luôn được quảng cáo là loại trang sức vĩnh cửu, tượng trưng cho tình yêu, nhưng thực tế những lời đó là sản phẩm của marketing từ thế kỷ trước.

Anh phát triển vaccine ngừa ung thư phổi đầu tiên trên thế giới

Theo phóng viên tại London, các nhà khoa học tại Anh đang sử dụng công nghệ tương tự đã tạo ra vaccine ngừa COVID-19 của AstraZeneca để phát triển một loại vaccine đầu tiên trên thế giới có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch để tiêu diệt tế bào ung thư và ngăn chặn ung thư phổi ở những người có nguy cơ cao.

Tỷ phú Ấn Độ xây nhà máy điện sạch lớn nhất thế giới

Một tỷ phú Ấn Độ đang xây nhà máy điện lớn nhất thế giới diện tích gấp 5 lần Paris, có thể nhìn thấy từ vũ trụ, đáp ứng nhu cầu điện của 16 triệu hộ gia đình.

Cáp treo Bà Nà (Đà Nẵng) – TOP 5 tuyến cáp treo hiện đại của Việt Nam thu hút nhiều khách du lịch (P.3) – [VIETKINGS-TOPPLUS – Hành trình TOP Việt Nam]

(kyluc.vn) Cáp treo Bà Nà đánh dấu một thập kỷ của một trong những khu du lịch hàng đầu Việt Nam, đánh thức vùng Núi Chúa vốn chìm trong quên lãng nhiều thập kỷ, đưa Bà Nà nói riêng, Đà Nẵng nói chung trở thành một trong những "điểm phải đến trên thế giới".

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.25) Tháp Nhạn (Phú Yên): Chứng tích cổ ngàn tuổi kết nối quá khứ và hiện tại – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Trải qua cả ngàn năm lịch sử, bất chấp thăng trầm thời gian, Tháp Nhạn vẫn sừng sững trên sườn núi Nhạn, tiếp tục kể câu chuyện về Bà Thiên Y A Na, về hành trình khai phá và phát triển mảnh đất Phú Yên của người Chăm cũng như người Việt.