AI navrhla barvy, která snižují teplotu budov až o 20 stupňů

Představte si, že natřete střechu svého domu speciální barvou a najednou ušetříte tisíce kilowatthodin elektřiny ročně, protože budova zůstane chladnější i v největším vedru. To není sci-fi, ale realita díky novému výzkumu, který využívá umělou inteligenci k designu pokročilých materiálů. Vědci z univerzit v USA, Číně, Singapuru a Švédsku, včetně Yuebinga Zhenga z University of Texas v Austinu, Han Zhoua ze Shanghai Jiao Tong University a Cheng-Wei Qiua z National University of Singapore, vyvinuli barvy, které odrážejí sluneční paprsky a vyzařují teplo efektivněji než běžné nátěry. Tento objev, publikovaný v prestižním časopise Nature, slibuje snížit spotřebu energie na klimatizaci a zmírnit efekt městských tepelných ostrovů, kde se teploty v centrech velkoměst šplhají o několik stupňů výš než na okraji.

Jak umělá inteligence změnila design materiálů

Tradiční metody vývoje materiálů byly založené na pokusu a omylu, což znamenalo nekonečné testování různých kombinací. To se teď mění díky strojovému učení, které automatizuje proces tzv. inverzního designu. Vědci vytvořili framework (rámec), který prozkoumává obrovské množství možných struktur a materiálů, včetně trojrozměrných metastruktur. Například použili metodu modelování tří rovin, která umožňuje navrhovat složité 3D tvary místo plochých 2D povrchů. Tento přístup umožnil vytvořit sedm prototypů meta-emitorů, které překonávají stávající technologie v optickém výkonu a chladicím efektu. Podle Yuebinga Zhenga trvá teď design nového materiálu jen několik dní místo měsíců, protože AI navádí na správné struktury a materiály bez zdlouhavého testování.

Výzkum ukázal, že tyto barvy mohou snížit teplotu budov o 5 až 20 stupňů Celsia po expozici polednímu slunci. Například na čtyřpatrové bytovce v horkém klimatu jako v Rio de Janeiru nebo Bangkoku by aplikace takové barvy ušetřila 15 800 kilowatthodin elektřiny ročně. Pokud by se to aplikovalo na tisíc takových budov, úspora by stačila na napájení více než 10 000 klimatizačních jednotek po celý rok. To je obrovský přínos pro energie, protože barvy nejen odrážejí sluneční záření, ale také vyzařují teplo v ultráširokopásmovém nebo pásmově selektivním režimu, což znamená, že lze přesně ladit, jak materiál interaguje se světlem na nanoúrovni.

Použití od budov po auta

Tyto nové barvy nejsou jen pro střechy domů. Vědci navrhují jejich použití na autech, vlacích, elektrickém zařízení nebo dokonce v leteckém průmyslu, kde je chlazení klíčové v době globálního oteplování. Například v termofotovoltaice (přeměna tepla na elektřinu), termálním maskování nebo v pokročilých optických zařízeních. Výzkum zdůrazňuje, jak AI umožňuje navrhovat materiály s přesně definovanými vlastnostmi – od širokopásmového vyzařování tepla po selektivní emise v určitých vlnových délkách. To otevírá dveře k barevným emitorům nebo zařízením pro kvantové technologie.

Podobné přístupy se objevují i v jiných oblastech. Například britská firma MatNex použila AI k vytvoření permanentních magnetů pro elektromotory bez vzácných zemin, což snižuje uhlíkovou stopu těžby. Microsoft zase vydal nástroje pro rychlý design anorganických materiálů pro solární panely nebo medicínské implantáty. Vědci jako Alex Ganose z Imperial College London poznamenávají, že AI umožňuje obrátit proces: místo testování vlastností materiálu nejdřív definujete, co chcete, a AI navrhne řešení. To zahrnuje výpočet milionů kombinací, což bylo dříve nemožné kvůli omezené výpočetní síle.

Výzvy a budoucnost technologie

Přestože výzkum překonal limity tradičních metod, jako jsou pasti lokální optimalizace nebo omezení na předdefinované geometrie, stále zůstávají výzvy. Například výroba těchto 3D metastruktur vyžaduje pokročilé technologie, ale vědci již získali patenty a software pro další vývoj. Tým plánuje rozšířit tuto platformu na širší oblast nanotechnologie se světlem, což by mohlo vést k lepším materiálům pro zachycování uhlíku nebo efektivnější baterie.

Tento objev není jen o chlazení – je to krok k udržitelnější budoucnosti. V době, kdy města trpí extrémními teplotami, mohou tyto AI-navržené barvy pomoci snížit spotřebu energie a zmírnit dopady klimatické změny. Pokud se technologie rozšíří, mohli bychom vidět chladnější ulice v Praze, Londýně nebo Šanghaji, a to vše díky chytrému spojení vědy a umělé inteligence.