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Através da aplicação dos princípios da física quântica e do aprendizado de máquina, os pesquisadores desenvolveram uma película de janelas transparente. Esse revestimento permite a passagem da luz visível enquanto bloqueia os raios ultravioleta e infravermelho responsáveis pela produção de calor.

Desse modo, além de reduzir a temperatura interna, a película de janelas também contribui para a economia de energia utilizada nos sistemas de refrigeração, independentemente da posição do sol no céu. O estudo foi publicado na revista Cell Reports Physical Science.

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Menor custo de energia e menos calor

Permitir a entrada de luz natural é benéfico, mas junto com ela vem o calor, especialmente durante os meses mais quentes do ano. Nos dias de alta temperatura, uma parcela significativa do calor que entra em nossas residências é proveniente das janelas.

A radiação ultravioleta do sol atravessa facilmente o vidro, aquecendo o ambiente e aumentando a necessidade de recorrer ao ar-condicionado ou de bloquear a luz e a vista ao fechar as cortinas ou persianas.

Entretanto, pesquisadores da Universidade de Notre Dame desenvolveram uma película de janelas que soluciona esse problema. O revestimento bloqueia a luz UV e infravermelha, responsáveis pelo aumento da temperatura, ao mesmo tempo em que permite a entrada da luz visível. Isso resulta em uma redução da temperatura interna e do consumo de energia necessário para resfriamento.

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Tengfei Luo, que lidera o Laboratório de Pesquisa de Transporte e Energia em Notre Dame e autor do estudo que descreve o trabalho dos pesquisadores, disse que “Tal como os óculos de sol polarizados, o nosso revestimento diminui a intensidade da luz que entra, mas, ao contrário dos óculos de sol, o nosso revestimento permanece transparente e eficaz mesmo quando o inclinamos em ângulos diferentes.”

Aprendizado de máquina assistido por computação quântica

Devido à instalação vertical padrão das janelas, a exposição direta à luz solar ao longo do dia varia conforme o movimento do sol. Os revestimentos convencionais para janelas são geralmente projetados para bloquear a luz que incide num ângulo de 90 graus, o que significa que sua eficácia está relacionada ao ângulo de incidência solar.

Durante o meio-dia, momento mais quente do dia, a luz do sol atinge as janelas em um ângulo mais oblíquo, tornando a maioria dos revestimentos menos eficientes em seu bloqueio.

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Para resolver esse problema, os pesquisadores adotaram uma abordagem inovadora, combinando aprendizado de máquina assistido por computação quântica. Especificamente, utilizaram a técnica de aprendizagem ativa, um subconjunto da aprendizagem de máquina que permite que um algoritmo consulte interativamente um usuário para rotular dados, juntamente com o recozimento quântico, que explora a física quântica para encontrar as melhores combinações de elementos.

EnergyPlus

O revestimento transparente permite visão completa enquanto reduz os raios UV e infravermelhos produtores de calor. Kim et al.

Para avaliar o potencial de economia de energia proporcionado pelo uso de sua estrutura fotônica como película de janelas, os pesquisadores empregaram o software EnergyPlus. Esse programa foi utilizado para simular o consumo de energia em escritórios padrão localizados em diversas cidades, permitindo uma análise abrangente.

Os resultados dessas simulações indicaram que todas as cidades dos Estados Unidos poderiam economizar até 97,5 MJ/m² anualmente ao adotar esse revestimento. Essa economia de energia não se limita apenas às cidades norte-americanas, estendendo-se a locais em todo o mundo, inclusive em regiões de clima tropical.

Luo explica que “Não posso dizer se são mais baratos, mas à medida que trabalhamos para a sua expansão, podem ser baratos. O revestimento pode ser fabricado utilizando processos de revestimento em escala industrial. Os materiais do revestimento são materiais muito comuns.”

Diante das promissoras descobertas, os pesquisadores vislumbram diversas aplicações para sua nova película de janelas, abrangendo tanto edifícios comerciais quanto residenciais, além de veículos automotivos.