. Bu malzemelerin kullanım alanları arasında evler, giysiler ve uzay teknolojileri yer alıyor.
Teksas Üniversitesi’nden bilim insanları, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi, Singapur Ulusal Üniversitesi ve İsveç’teki Umea Üniversitesi ile iş birliği yaparak, karmaşık üç boyutlu termal meta-yayıcılar (meta-emitters) tasarlamak için bir makine öğrenmesi yöntemi geliştirdi. Bu sistemle, ısıyı kontrollü biçimde seçici olarak yayabilen 1.500’den fazla benzersiz malzeme üretildi. Böylece, ısıtma ve soğutmada daha hassas kontrol sağlanarak enerji verimliliği artırıldı.
Çalışmanın ortak liderlerinden ve Cockrell Mühendislik Okulu’na bağlı Makine Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Yuebing Zheng, “Makine öğrenmesi altyapımız, termal meta-yayıcıların tasarımında önemli bir sıçrama anlamına geliyor. Bu süreci otomatikleştirerek ve tasarım alanını genişleterek, daha önce hayal edilemeyen performanslara sahip malzemeler üretebiliyoruz,” dedi.
Tasarım sistemlerini değerlendirmek için araştırmacılar dört örnek malzeme üretti ve performanslarını test etti. Bu malzemelerden biri, bir maket evin çatısına uygulandı ve geleneksel beyaz ve gri ticari boyalarla karşılaştırıldı. Öğle saatlerinde dört saatlik doğrudan güneş ışığına maruz bırakılan çatı, meta-yayıcı malzeme sayesinde ortalama olarak diğer boyalarla kaplı çatılardan 5 ila 20 derece daha serin kaldı.
Bu performansa göre, böyle bir soğutma malzemesi Rio de Janeiro ya da Bangkok gibi sıcak şehirlerde bulunan bir apartman dairesinde yılda yaklaşık 15.800 kilovat-saat enerji tasarrufu sağlayabilir. Karşılaştırmak gerekirse, standart bir klima cihazı yılda yaklaşık 1.500 kilovat-saat tüketir. Bu malzemelerin kullanım potansiyeli konut ve ticari alanların ötesine geçiyor. Aynı makine öğrenmesi yöntemiyle yedi farklı kategoriye ayrılmış, her biri belirli işlevlere göre özelleştirilmiş meta-yayıcılar üretildi.
Bu malzemeler, şehirlerde güneş ışığını yansıtıp ısıyı belirli dalga boylarında yayarak kentsel ısı adası etkisini azaltabilir. Uzay teknolojilerinde de kullanılabilir; uzay araçlarının sıcaklığını kontrol etmek amacıyla gelen güneş radyasyonunu ve yayılan ısıyı verimli şekilde yönetebilirler.
Bu araştırmanın ötesinde, termal meta-yayıcılar günlük yaşantımızda kullandığımız birçok ürüne entegre edilebilir. Kumaş ve tekstil ürünlerine uygulanarak kıyafetlerde ve açık hava ekipmanlarında soğutma teknolojisi geliştirilebilir. Otomobillerin dış yüzeylerine kaplanarak ya da iç malzemelere entegre edilerek güneş altında oluşan ısının azaltılması sağlanabilir.
Bu malzemelerin geleneksel tasarım süreci, karmaşıklığı nedeniyle yaygın kullanımını zorlaştırıyordu. Diğer otomatikleştirilmiş sistemler, meta-yayıcıların üç boyutlu hiyerarşik yapısını yeterince iyi yönetemediği için genellikle basit geometrilerle sınırlı kalıyor, performans açısından yetersiz sonuçlar veriyordu.