Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng

“Trong thế giới phát triển, các tòa nhà chịu trách nhiệm cho 40% lượng khí thải của chúng ta, nhiều hơn bất kỳ khu vực riêng lẻ nào khác. Một phần lý do của việc này là do chúng tôi đã thiết kế tòa nhà trở nên linh hoạt. Tòa nhà năng động, thích ứng có thể làm giảm nhiệt độ và độ dốc ánh sáng ban ngày mà chúng ta phải chống lại và có khả năng tiết kiệm rất nhiều năng lượng. Chúng tôi hy vọng đóng góp của chúng tôi sẽ khơi dậy trí tưởng tượng của mọi người”, Giáo sư Ben Hatton, Đại học Toronto (Canada) nói.

Tòa nhà năng động lấy cảm hứng từ sinh vật biển

Raphael Kay, thạc sĩ khoa học và kỹ thuật vật liệu Đại học Toronto (Canada), người được giám sát bởi Giáo sư Ben Hatton, giải thích: “Sinh vật biển có sự trao đổi chất. Và chúng phải đáp ứng với các điều kiện môi trường thay đổi để duy trì nội tâm thoải mái và hoạt động tốt”. Trong khi tòa nhà dựa vào hệ thống cơ học như hệ thống sưởi và điều hòa không khí để duy trì nhiệt độ trong nhà thoải mái, Kay chỉ ra rằng nhiều loài động vật điều chỉnh việc truyền năng lượng trực tiếp trên bề mặt - tức là da của chúng.

Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng -0
Lượng ánh sáng và nhiệt lượng chiếu vào tòa nhà thường quá cao hoặc quá thấp buộc hệ thống sưởi, làm mát và chiếu sáng phải làm việc nhiều hơn bình thường.

Nhuyễn thể - sinh vật biển như mực hay sứa, phát triển với số lượng lớn ở một số khu vực nhất định của đại dương - trong suốt, có nghĩa là tia UV có thể làm hỏng cơ quan nội tạng của chúng. Đáp lại, chúng đã phát triển một hệ thống che bóng năng động, làm tắt các hạt sắc tố trong các tế bào bên dưới da để tự tối đi khi trời quá sáng và sáng trở lại khi mặt trời tắt dần. Tòa nhà cũng có một “lớp da” bao gồm mặt tiền và cửa sổ bên ngoài như thế. Nhưng ngày nay, lớp bên ngoài này chủ yếu là tĩnh và không thay đổi. Do đó, lượng ánh sáng và nhiệt lượng chiếu vào tòa nhà thường quá cao hoặc quá thấp; buộc hệ thống sưởi, làm mát và chiếu sáng phải làm việc nhiều hơn bình thường.

Kay phân tích: “Ví dụ đơn giản, hãy tưởng tượng mở rèm khi bạn cần nhiều ánh sáng ban ngày hoặc nhiệt mặt trời hơn, và đóng chúng lại khi bạn cần ít hơn. Điều đó tiết kiệm năng lượng, nhưng nó khá thô. Để đạt được đầy đủ lợi ích, bạn cần một hệ thống được tự động hóa và tối ưu hóa để cân bằng toàn bộ các yếu tố trong thời gian thực, từ những thay đổi về nhiệt độ, cường độ mặt trời, góc độ và hướng đến nhu cầu thay đổi của những người cư ngụ trong tòa nhà”.

Có một số công nghệ hiện tại có thể bắt đầu đạt được điều này: thêm động cơ được điều khiển bằng máy tính vào rèm cuốn truyền thống hoặc lắp đặt cửa sổ điện sắc, có thể thay đổi độ mờ của chúng theo điện áp đặt vào. Nhưng nhìn chung, Kay thấy bộ công cụ hiện tại vừa quá đắt vừa quá hạn chế. Kay bình luận: “Gần như tất cả các hệ thống này đều đắt tiền, dựa vào các quy trình sản xuất phức tạp hoặc chỉ có thể chuyển đổi giữa một số độ sáng giới hạn - ví dụ, từ rất tối sang chỉ hơi tối. Cũng khó đạt được sự chuyển màu không gian tốt, chẳng hạn như tô bóng một phần của khung cửa sổ nhưng không tô bóng phần khác”.

Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng -0
Raphael Kay, thạc sĩ khoa học và kỹ thuật vật liệu, Đại học Toronto (Canada).

Trong một bài báo xuất bản trên tạp chí Nature Communications; Kay, Hatton và nhóm nghiên cứu của họ mô tả mô hình mới khắc phục những hạn chế này. Các tế bào quang lỏng nguyên mẫu bao gồm một lớp dầu khoáng dày khoảng 1mm, được kẹp giữa hai tấm nhựa trong suốt, được phát triển bởi Tiến sĩ Charlie Katrycz. Thông qua một ống kết nối với trung tâm của tế bào, nhóm nhà nghiên cứu tiêm một lượng nhỏ nước có chứa chất màu hoặc thuốc nhuộm.

Việc tiêm “chất lỏng khách” vào nước này sẽ tạo ra màu sắc nở, được điều khiển thông qua một máy bơm kỹ thuật số chạy theo cả hai hướng. Thêm nhiều nước sẽ làm cho bông nở lớn hơn, trong khi loại bỏ một ít làm cho nó nhỏ lại. Hình dạng của sự “nở hoa” được kiểm soát bởi tốc độ dòng chảy của máy bơm: tốc độ dòng chảy thấp dẫn đến sự nở hoa gần như hình tròn, trong khi tốc độ dòng chảy cao hơn dẫn đến các kiểu phân nhánh phức tạp.

Hatton trình bày: “Chúng tôi quan tâm đến việc chất lỏng hạn chế của các chất hóa học bền vững, có màu xanh lục, có thể được sử dụng như thế nào để thay đổi các đặc tính của vật liệu. Nó rất linh hoạt: chúng tôi không chỉ có thể kiểm soát kích thước và hình dạng của nước trong mỗi ô, chúng tôi còn có thể điều chỉnh các đặc tính hóa học hoặc quang học của thuốc nhuộm trong nước. Nó có thể là bất kỳ màu sắc hoặc độ mờ nào mà chúng tôi muốn”. Ngoài các nguyên mẫu, nhóm hợp tác với Alstan Jakubiec, trợ lý giáo sư Khoa Kiến trúc, Cảnh quan và Thiết kế John H. Daniels, để xây dựng mô hình máy tính mô phỏng cách một hệ thống hoàn toàn tự động và được tối ưu hóa bằng cách sử dụng các ô này sẽ so sánh với một hệ thống sử dụng rèm có động cơ hoặc cửa sổ điện sắc.

Kay cho biết: “Những gì chúng tôi nhận thấy là hệ thống của chúng tôi có thể giảm năng lượng cần thiết cho hệ thống sưởi, làm mát và chiếu sáng lên đến 30% so với hai lựa chọn còn lại. Lý do chính cho điều này là chúng tôi có khả năng kiểm soát tốt hơn nhiều đối với phạm vi và thời gian che nắng. Hệ thống của chúng tôi tương tự như việc mở và đóng hàng trăm tấm rèm nhỏ ở các vị trí và thời gian khác nhau trên mặt tiền. Chúng tôi có thể đạt được tất cả những điều này bằng cách đơn giản, dòng chảy chất lỏng có thể mở rộng và rẻ tiền”.

Nhóm nghiên cứu cũng suy đoán về khả năng nghệ thuật. Các mảng lớn của các ô có thể hoạt động giống như các pixel, tạo ra các màn hình quang lỏng có khả năng tạo ra tác phẩm nghệ thuật theo phong cách pointillist. Trong các mô hình của mình, nhóm nghiên cứu thậm chí còn mô phỏng hình ảnh của Albert Einstein và Marilyn Monroe. Hatton hy vọng ý tưởng sử dụng mặt tiền năng động để tiết kiệm năng lượng sẽ thay đổi những cuộc bàn luận xung quanh cả thiết kế tòa nhà và biến đổi khí hậu.

Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng -0
Giáo sư Ben Hatton, Đại học Toronto (Canada).

Giảm tiêu thụ năng lượng bằng vật liệu làm mát thụ động

Làm mát thụ động là công nghệ đầy hứa hẹn để giảm tiêu thụ năng lượng một cách bền vững. Nó tránh sự nóng lên của tòa nhà bởi bức xạ mặt trời và làm tiêu tán nhiệt tích lũy mà không cần tiêu thụ năng lượng bên ngoài. Nhóm nhà nghiên cứu Đại học Bayreuth đã tạo ra một hệ thống thử nghiệm mà các vật liệu được sử dụng để làm mát thụ động có thể được xác định và so sánh một cách đáng tin cậy - bất kể điều kiện thời tiết và điều kiện môi trường. Đây là bước đầu tiên hướng tới hệ thống thử nghiệm được tiêu chuẩn hóa, có thể áp dụng trên toàn cầu để so sánh các vật liệu làm mát hiệu suất cao.

GS.TS Markus Retsch, trưởng dự án nghiên cứu và Chủ nhiệm Khoa Hóa lý I Đại học Bayreuth, bình luận: “Việc gia tăng tiêu thụ năng lượng hóa thạch trên toàn thế giới vẫn đang góp phần vào sự nóng lên toàn cầu và là nguyên nhân chính dẫn đến sự nóng lên của các thành phố. Làm mát tòa nhà vào ban ngày bằng cách sử dụng phương pháp làm mát thụ động có tiềm năng to lớn để tự thiết lập như một công cụ hiệu quả để bảo tồn năng lượng.

Do đó, nhiều vật liệu và lớp vật liệu thú vị về mặt công nghệ đã được phát triển để tản nhiệt, nhưng vẫn còn là một thách thức để xác định chính xác và so sánh hiệu suất của chúng. Việc thiết lập phòng thí nghiệm mà chúng tôi đã thiết kế giúp khắc phục khó khăn này. Đó là một hệ thống thử nghiệm đóng góp quan trọng vào việc xác định đặc tính vật liệu làm mát hiện có trước đây và thiết kế vật liệu mới, bất kể thời tiết như thế nào”.

Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng -0
Tiến sĩ Qimeng Song đang phát triển thiết bị đo lường mới.

Hệ thống kiểm tra dựa trên phòng thí nghiệm mô phỏng một số yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát thụ động. Do đó, những thành phần thiết yếu là bộ mô phỏng ánh sáng mặt trời, một mái vòm nhôm được làm mát bằng nitơ lỏng hấp thụ bức xạ nhiệt, một bộ lọc có thể thay đổi chỉ cho phép những tia sáng có bước sóng nhất định đi qua và một dòng khí có thể được sử dụng để thiết lập một môi trường cụ thể nhiệt độ.

Điều này cho phép cường độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ tác động lên vật liệu làm mát và các ảnh hưởng môi trường khác được mô phỏng trên quy mô thu nhỏ. Ngoài trời, những yếu tố này thay đổi nhanh chóng và không thể kiểm soát được, nhưng trong thiết lập đo lường mới từ Bayreuth, chúng có thể được thiết lập với độ đặc hiệu cao.

Do đó, kết quả thử nghiệm có thể lặp lại bất cứ lúc nào - bất kể thời gian, địa điểm hay thời tiết. Đây là cách duy nhất để mô tả các đặc tính và hành vi của vật liệu làm mát với độ chính xác cao và so sánh chúng trong những điều kiện giống hệt nhau. Thiết lập đo lường mạnh mẽ, tiết kiệm chi phí và cũng có lợi thế là có thể sao chép mà không cần nỗ lực kỹ thuật lớn.

Ứng dụng công nghệ giảm tiêu thụ năng lượng -0
Một hệ thống “quang lỏng” mới, chi phí thấp được thiết kế bởi nhóm nhà nghiên cứu Đại học Toronto - lấy cảm hứng từ các sinh vật biển như cá, cua và nhuyễn thể - có thể giúp tòa nhà tiết kiệm năng lượng bằng cách thay đổi diện mạo bên ngoài của chúng.

Nhóm nhà khoa học của Bayreuth đã chứng minh hiệu suất và độ tin cậy cao của hệ thống thử nghiệm trên 3 loại vật liệu khác nhau: gương bạc (Ag), màng polydimethylsiloxan (PDMS) phủ bạc và tấm silicon phủ graphite. Khi làm như vậy, họ không chỉ kiểm tra độ nóng và làm mát của vật liệu mà còn xác định hiệu suất làm mát của chúng.

Tiến sĩ Qimeng Song, tác giả đầu tiên của nghiên cứu và chuyên gia trong nhóm nghiên cứu do GS.TS Markus Retsch dẫn đầu, cho biết: “Thiết lập đo lường của chúng tôi là bước đầu tiên hướng tới việc so sánh hiệu suất tiêu chuẩn hóa giữa những vật liệu làm mát đã được phát triển trên khắp thế giới trong các điều kiện khí hậu và thời tiết rất khác nhau. Hệ thống thử nghiệm như vậy là tiền đề quan trọng để làm mát thụ động trở thành công nghệ được áp dụng toàn cầu nhằm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng”.

Duy Minh (Tổng hợp)

Các tin khác

AI và mặt trận an ninh phi truyền thống

AI và mặt trận an ninh phi truyền thống

Nếu động cơ hơi nước thúc đẩy cách mạng công nghiệp, Internet mở ra kỷ nguyên kết nối toàn cầu thì trí tuệ nhân tạo (AI) đang định hình nền văn minh số của thế kỷ XXI. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, công nghệ này cũng bị các tổ chức tội phạm, mạng lưới lừa đảo và các nhóm cực đoan lợi dụng để gia tăng quy mô, mức độ tinh vi của các cuộc tấn công mạng, gian lận tài chính hay thậm chí là khủng bố.

Cuộc chiến của niềm tin

Cuộc chiến của niềm tin

Có những thứ vũ khí không phát ra tiếng nổ. Nó không để lại hố bom, không làm rung cửa kính, cũng không hiện lên trên bản đồ quân sự. Nhưng, nó âm thầm đi vào điện thoại, bảng tin, nhóm chat, những cuộc tranh luận gia đình và cả lá phiếu của cử tri. Tin giả, trong hình hài mới của thời trí tuệ nhân tạo (AI), đang trở thành một thứ vũ khí như thế.

Phát động cao điểm thi đua 70 ngày đêm lập thành tích xuất sắc chào mừng kỉ niệm 70 năm Ngày truyền thống lực lượng Cảnh sát kinh tế

Những người gác cửa vùng kinh tế Đông bắc

Suốt hơn 45 năm xây dựng và trưởng thành, từ 14 cán bộ, chiến sĩ đầu tiên đến đơn vị Anh hùng Lực lượng vũ trang nhân dân thời kỳ đổi mới, Phòng Cảnh sát điều tra tội phạm về tham nhũng, kinh tế, buôn lậu và môi trường Công an tỉnh Quảng Ninh đã lặng lẽ giữ vững trận tuyến bảo vệ nền kinh tế, đấu tranh với tham nhũng, buôn lậu, hàng giả và tội phạm kinh tế, góp phần giữ gìn kỷ cương pháp luật, môi trường đầu tư và sự bình yên của nhân dân đất mỏ.

Kỳ I: Pháo đài “Mắt cáo” và “Tam giác vàng” hợp phì

Kỳ I: Pháo đài “Mắt cáo” và “Tam giác vàng” hợp phì

Trong thế giới lượng tử, luật chơi của các điệp viên truyền thống hoàn toàn bị phá sản. Hãy tưởng tượng một bức thư mật được viết bằng các hạt ánh sáng. Chỉ cần một cái nhìn lén lút của mật thám, bức thư sẽ ngay lập tức tự hủy và phát tín hiệu báo động về trung tâm đầu não. Đó không phải là phép thuật, đó là Phân phối khóa lượng tử (QKD) - thứ đang giúp Bắc Kinh xây dựng một hệ thống thông tin liên lạc quốc phòng mà không một siêu máy tính nào của phương Tây có thể giải mã.

Lần theo những “mắt xích tử thần”

Lần theo những “mắt xích tử thần”

Ma túy đá hay các chất ảo giác, muốn đưa vào cơ thể, người nghiện ngập luôn cần đến những “dụng cụ trung gian” - đó là những chiếc nỏ thủy tinh uốn lượn, những chiếc bình khò tinh vi. Lâu nay, dư luận thường chỉ chú ý đến các đường dây mua bán ma túy mà ít ai biết rằng, phía sau dòng chảy đen tối đó là một thị trường ngầm cung cấp “đồ chơi” cho việc sử dụng ma túy vô cùng béo bở. Những kẻ núp bóng sản xuất, cung cấp các vật dụng này đang trở thành nguồn tiếp tay cho làn sóng tội phạm ma túy biến tướng.

UAV Ukraine đã xuyên thủng phòng không của Moscow như thế nào?

UAV Ukraine đã xuyên thủng phòng không của Moscow như thế nào?

Hàng trăm UAV Ukraine tấn công Moscow đã khiến hệ thống phòng không Nga rơi vào tình thế quá tải. Đằng sau đó là một hệ sinh thái UAV tấn công tầm xa đang được Kiev phát triển, với chi phí thấp hơn tên lửa hành trình nhưng đủ sức buộc Moscow phải phân tán, tiêu hao và liên tục điều chỉnh năng lực phòng thủ.

Công nghệ “biến” những ông bố “vô tinh” thực hiện giấc mơ làm cha

Công nghệ “biến” những ông bố “vô tinh” thực hiện giấc mơ làm cha

Đi khám phát hiện không có tinh trùng (vô tinh) người đàn ông bật khóc ngay khi bước ra cửa phòng khám. Anh nghĩ rằng cuộc đời mình không thể có con được nữa. Thất vọng, hoang mang khiến anh sợ làm lỡ duyên của vợ. Trước đây, y học đã nghiên cứu và tìm ra phương pháp nuôi cấy tinh tử thành tinh trùng, mang lại hy vọng có con cho những người đàn ông vô tinh. Nhưng hiện nay, nhờ sự tiến bộ của y học, công nghệ đã “biến” những ông bố “vô tinh” thực hiện được giấc mơ làm cha bằng mổ vi phẫu tinh hoàn tìm tinh trùng.

Đại tá Ngô Thuận Lăng, Trưởng Phòng Cảnh sát kinh tế Công an TP Hồ Chí Minh chia sẻ về vụ án.

Điều gì đẩy người trẻ vào vòng lao lý?

Những cuộc gọi, những buổi tư vấn trong vụ án "hợp đồng kỳ nghỉ" không chỉ khiến hàng nghìn người mất tiền mà còn đẩy nhiều nhân viên telesale ngoài 20 tuổi vướng vào vòng lao lý. Đằng sau những bản án là áp lực kiếm tiền, sự thiếu định hướng và những ranh giới pháp lý, đạo đức bị xóa nhòa, khiến không ít người trẻ trở thành mắt xích trong các đường dây lừa đảo.

Chợ tương tác ảo và hệ lụy khôn lường

Chợ tương tác ảo và hệ lụy khôn lường

Phía sau những tài khoản viral (mức độ nổi tiếng) tạo sóng gây bão trên mạng xã hội, là đội quân đếm like, câu view thời vụ. Ít ai ngờ, chợ like “ảo” và view “ma” này đã tiếp tay cho những chiêu trò lừa đảo tinh vi của tội phạm trên không gian mạng...

Cảm biến lượng tử truy tìm tín hiệu vô tuyến

Cảm biến lượng tử truy tìm tín hiệu vô tuyến

Giữa môi trường tác chiến điện từ ngày càng phức tạp, nơi hàng trăm nguồn phát tín hiệu có thể xuất hiện đồng thời trên chiến trường, quân đội Mỹ đang tìm kiếm những công cụ mới để nâng cao năng lực nhận thức tình huống. Trong nỗ lực đó, các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Lục quân Mỹ (ARL) vừa trình diễn một cảm biến lượng tử thế hệ mới có khả năng xác định hướng của trường điện từ tần số vô tuyến trong không gian ba chiều.

UAV cải tiến có thể tự “săn mồi” trong vùng gây nhiễu

UAV cải tiến có thể tự “săn mồi” trong vùng gây nhiễu

Chiến trường tương lai có thể không còn được quyết định bởi số lượng UAV, mà bởi khả năng chúng tiếp tục chiến đấu khi bị "làm mù" và "cắt đứt liên lạc". Một công bố mới từ Trung Quốc về thuật toán AI HG-STR đang thu hút sự chú ý của giới quân sự khi tuyên bố giúp bầy UAV tự phối hợp truy tìm mục tiêu trong môi trường tác chiến điện tử phức tạp.

Bóng đen sau cánh cửa 37 quốc gia

Bóng đen sau cánh cửa 37 quốc gia

Tháng 2/2026, khi Palo Alto Networks công bố báo cáo về một chiến dịch gián điệp mạng quy mô toàn cầu, Pete Renals, Giám đốc Chương trình An ninh quốc gia của Unit 42, đã dùng một so sánh rất nặng. Ông nói với Recorded Future News rằng đây có thể là vụ xâm phạm hạ tầng chính phủ toàn cầu nghiêm trọng nhất do một nhóm được nhà nước hậu thuẫn thực hiện kể từ SolarWinds. So sánh ấy không ồn ào. Nhưng ai từng theo dõi SolarWinds năm 2020 đều hiểu nó nặng đến mức nào.

EU sẽ gia nhập “mặt trận” chip AI

EU sẽ gia nhập “mặt trận” chip AI

EU dự kiến tham gia sáng kiến chip AI do Mỹ khởi xướng, đánh dấu bước dịch chuyển đáng chú ý trong nỗ lực của phương Tây nhằm kiểm soát chuỗi cung ứng công nghệ chiến lược và kiềm chế tham vọng công nghệ của Trung Quốc.

Gián rít Madagascar - trinh sát toàn năng trong tương lai?

Gián rít Madagascar - trinh sát toàn năng trong tương lai?

Công nghệ điện tử - tự động hóa và trí tuệ nhân tạo phát triển, nhiều sản phẩm viễn tưởng bước ra khỏi phim ảnh để vào đời thực. Tiên phong có gián rít Madagascar “côn trùng người máy” đầu tiên của các nhà khoa học Đức.

Số phận của chiếc MQ1-Predator

Số phận của chiếc MQ1-Predator

Nhiệm vụ chính của máy bay không người lái MQ-1 Predator là ngăn chặn và tiến hành trinh sát vũ trang chống lại mục tiêu quan trọng, dễ bị phá hủy. Khi không thực hiện nhiệm vụ chính, MQ-1 sẽ cung cấp hoạt động trinh sát, giám sát và xác định mục tiêu để hỗ trợ chỉ huy Lực lượng Liên hợp.

Thế giới không thể lơ là trước cuộc chiến chống Ebola

Thế giới không thể lơ là trước cuộc chiến chống Ebola

Một “con bệnh” từ những cánh rừng châu Phi lại trỗi dậy, gióng lên hồi chuông cảnh báo về sự mong manh của an ninh y tế toàn cầu. Virus Ebola, với tỷ lệ tử vong cao và khả năng gieo rắc nỗi kinh hoàng đang bùng phát trở lại. Một cuộc chiến mới với ngành y tế thế giới lại bắt đầu.

Nhân tố con người trong kỷ nguyên AI quân sự

Nhân tố con người trong kỷ nguyên AI quân sự

Xu hướng đưa trí tuệ nhân tạo (AI) vào lĩnh vực quân sự ngày càng tăng, nhưng cơ chế quản lý vẫn chưa rõ ràng. Dù mang lại nhiều lợi ích cho ngành tình báo và hậu cần, việc quá phóng đại năng lực AI dễ đẩy cao căng thẳng toàn cầu và gây ra những sai sót hệ thống. Trước thực trạng đó, bà Jacquelyn Schneider, Giám đốc Sáng kiến Mô phỏng Chiến tranh và Khủng hoảng tại Viện Hoover (Đại học Stanford), nhận định rằng kiểm soát an toàn từ khâu phát triển và nâng cao tư duy phản biện cho quân nhân là giải pháp cốt lõi.