این پوشش شیشه دمای اتاق را تا ۷ درجه افت می‌دهد_آفتاب شرق

پژوهشگران با پشتیبانی مکانیک کوانتومی و یادگیری ماشین یک پوشش شیشه شفاف گسترش داده‌اند که نور مرئی را عبور می‌دهد، اما نورهای گرم‌کننده فرابنفش و فروسرخ را مسدود می‌کند. این پوشش فارغ از موقعیت خورشید در آسمان، دمای اتاق را افت می‌دهد و علتصرفه‌جویی در انرژی مصرفی مربوط به وسایل خنک‌کننده می‌شود.

در روزهای گرم، بالغ بر ۸۷ درصد گرمای اتاق از پنجره‌ها می‌آید. تابش فرابنفش به‌سادگی از شیشه‌ها عبور می‌کند و اتاق را گرم می‌کند. در نتیجه نیاز به روشن کردن دستگاه تهویه یا مسدود کردن کامل نور (و در نتیجه منظره پنجره) تشکیل می‌شود.

پژوهشگران دانشگاه نوتردام آمریکا یک پوشش پنجره گسترش داده‌اند که نورهای فرابنفش و فروسرخ را مسدود می‌کند و تنها نور مرئی را داخل اتاق می‌کند. این پوشش همانند عینک‌های آفتابی پولاروید است، اما در زوایای گوناگون هم چنان شفاف می‌ماند.

یکی از معایب پوشش‌های جاری پنجره‌ها این است که برای تابش ۹۰ درجه‌ای نور بهینه شده‌اند. بعد توانایی آن‌ها برای مسدود کردن نور با حرکت خورشید در آسمان کم می‌شود. در ظهرهای گرم تابستانی، نور خورشید با زاویه مایل به این پوشش‌ها می‌تابد و هم چنان اتاق را به مقدار قابل‌توجهی گرم می‌کند.

ساخت پوشش شیشه کارآمد

پژوهشگران دانشگاه نوتردام شیشه خود را با منفعت گیری از ساختارهای فوتونیک چند لایه‌ای صفحه‌ای (PML) ساخته‌اند. این ساختار شامل لایه‌های فوق‌نازک است که ضریب‌های ناکامی متغیری دارند؛ در نتیجه نور با دقت به طول موج خود از شیشه عبور می‌کند یا منعکس می‌شود.

این پوشش تازه شامل لایه‌های سیلیکا، آلومینا و تیتانیم اکسید روی یک پایه شیشه‌ای است که روی آن‌ها یک لایه پلیمر سیلیسیم پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS) برای بازتاب تابش گرمایی می‌نشیند. این پوشش می‌تواند تابش‌های گرم‌کننده را با هر زاویه‌ای منعکس کند.

پژوهشگران به‌جای منفعت گیری از روش تلاش و اشتباه، پوشش تازه خود را با پشتیبانی یک مدل یادگیری ماشین برپایه رایانش کوانتومی ساختند. این مدل از نوع مدل یادگیری فعال است که الگوریتم آن به کاربر اجازه می‌دهد داده‌ها را میانه پردازش برچسب بزند، و از تبرید کوانتومی برای یافتن ترکیب بهینه اجزا منفعت گیری می‌کند.

این روش یادگیری ماشین به پژوهشگران پشتیبانی کرد تا ترکیب ساختارهای PML را بدون نیاز به تلاش و اشتباه و با مزیتی مطلق نسبت به الگوریتم‌های متداول، بهینه‌سازی کنند.

پژوهشگران با منفعت گیری از نتایج، یک پوشش شفاف ساختند که نورها را به‌صورت انتخابی عبور می‌دهد یا منعکس می‌کند. آن‌ها این پوشش را در اتاق‌هایی در فضای باز آزمایش و با شیشه‌های معمولی قیاس کردند. شیشه پوشیده‌شده عملکردی قابل‌دقت داشت و توانست در بازه بزرگی از زوایای تابش، دما را بین ۵٫۴ تا ۷٫۲ درجه سلسیوس افت دهد.

آن‌ها همچینن نشان دادند که همه شهرهای آمریکایی در صورت منفعت گیری از این پوشش‌ها می‌توانند سالانه بالغ بر ۹۷٫۵ مگاژول بر مترمربع انرژی صرفه‌جویی کنند.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که این پوشش کاربردهای بسیاری داشته باشد؛ از جمله در ساختمان‌های تجاری و مسکونی، و در خودروها. قدم بعدی آن‌ها این است که پوشش خود را برای تشکیل زیاد با قیمت ارزان آماده کنند.