Cửa sổ kiểm soát ánh sáng lấy cảm hứng từ da mực

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Toronto, Canada, phát triển “cửa sổ lỏng” với tiềm năng giảm chi phí năng lượng sử dụng cho việc sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng, Interesting Engineering hôm 4/2 đưa tin. Thiết bị mới đạt được điều này nhờ tối ưu hóa bước sóng, cường độ và sự phân tán ánh sáng truyền qua cửa sổ. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Nguyên mẫu gồm các tấm nhựa phẳng với những rãnh dày vài mm, có thể được bơm thêm chất lỏng. Chất lỏng cấu tạo từ các sắc tố, hạt hoặc phân tử khác tùy chỉnh để kiểm soát loại ánh sáng đi qua và hướng phân bố.

Các tấm nhựa có thể kết hợp thành một khối gồm nhiều lớp, mỗi lớp đảm nhiệm các chức năng khác nhau như kiểm soát cường độ, lọc bước sóng hoặc điều chỉnh sự tán xạ của ánh sáng truyền trong nhà.

Thiết kế này lấy cảm hứng trực tiếp từ một số loài mực có da chứa các lớp cơ quan chuyên biệt xếp chồng lên nhau, bao gồm tế bào sắc tố (chromatophore) – kiểm soát sự hấp thụ ánh sáng – và tế bào iridophore – ảnh hưởng đến sự phản xạ và độ óng ánh. Những yếu tố này kết hợp với nhau để tạo ra hành vi quang học độc đáo.

J. Alstan Jakubiec, thành viên nhóm nghiên cứu, xây dựng các mô hình máy tính chi tiết dựa trên những phép đo đạc của nguyên mẫu. Nhóm cũng xây dựng các thuật toán điều khiển khác nhau để kích hoạt hoặc dừng kích hoạt mỗi lớp, giúp đáp ứng với các điều kiện xung quanh thay đổi.

“Nếu chỉ có một lớp điều chỉnh sự truyền ánh sáng cận hồng ngoại, thậm chí chưa chạm đến phần ánh sáng khả kiến của quang phổ, chúng tôi đã tiết kiệm được khoảng 25% năng lượng sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng hàng năm. Nếu có hai lớp, hồng ngoại và khả kiến, thì tỷ lệ này gần đạt 50%. Đây là những khoản tiết kiệm đáng kể”, Raphael Kay, chuyên viên Đại học Toronto, nói.

“Chúng tôi cũng đang nghiên cứu cách mở rộng quy mô hệ thống hiệu quả để bao phủ được toàn bộ tòa nhà. Điều đó sẽ tốn nhiều công sức nhưng có thể thực hiện với các vật liệu đơn giản, không độc hại, chi phí thấp”, Benjamin D. Hatton, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết. Ông hy vọng nghiên cứu mới sẽ là bước đệm cho các phương pháp quản lý năng lượng sáng tạo hơn trong các tòa nhà tương lai.

Thu Thảo

(Theo Interesting Engineering)