طلاء الذكاء الاصطناعي الخافض للحرارة
Dr. Eng. Anwar Al-Khafaje
في صيف يشتد فيه الحر، تخيل أن جدران بيتك وسطحه قادران على طرد الحرارة بدل امتصاصها.
هذا ما عمل عليه فريق من العلماء من جامعة تكساس في أوستن، وجامعة جياو تونغ–شنغهاي، والجامعة الوطنية في سنغافورة، وجامعة أوميو–السويد.
الدراسة نُشرت في مجلة Nature بتاريخ 2 تموز/يوليو 2025، وأظهرت أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يكون شريكًا أساسيًا في ابتكار طلاءات تقلل حرارة المباني بشكل ملحوظ.
الفكرة تقوم على استبدال التجربة والخطأ التقليدية بأسلوب ذكي. فالذكاء الاصطناعي يبدأ بجمع معلومات عن آلاف المواد: كيف تعكس الضوء، كيف تتعامل مع الحرارة، ما مدى مقاومتها للمطر والغبار، وحتى تكلفتها.
تُدخل هذه البيانات في نموذج حاسوبي، ومعها أهداف محددة:
- عكس أغلب أشعة الشمس.
- إطلاق الحرارة بعيدًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
- الحفاظ على المتانة لسنوات طويلة.
- تقليل التكلفة.
بعدها يبدأ الذكاء الاصطناعي بتجربة ملايين التركيبات الافتراضية على الورق، ويختار أفضلها من حيث الأداء والسعر. هذه التركيبات فقط يتم تصنيعها واختبارها على أرض الواقع، ما يوفر وقتًا وجهدًا ومالًا هائلًا.
النتيجة كانت طلاءات تبريد إشعاعي عالية الانعكاسية، فيها بنى نانوية متطورة تعكس معظم أشعة الشمس وتطلق الحرارة بعيدًا، مما يقلل حرارة الأسطح من 5 إلى 20 درجة مئوية.
المكونات الرئيسية للطلاء:
1. مصفوفة بوليمرية أو سيراميكية:
- القاعدة التي تتماسك فيها جميع مكوّنات الطلاء، وتشبه الإسمنت الذي يربط الحصى في الخرسانة.
- البوليمرية: خفيفة الوزن، مرنة نسبيًا، تقاوم التشقق. أمثلة: راتنجات الأكريليك، البولي يوريثان، الإيبوكسي.
- السيراميكية: أكثر صلابة ومقاومة للحرارة والعوامل الجوية. أمثلة: ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃).
- دورها الأساسي: حماية الطلاء من الأمطار، الغبار، والأشعة فوق البنفسجية، والحفاظ على تماسك العناصر العاكسة والمُشعة.
2. عناصر عاكسة ومُشعة:
- تتحكم في سلوك الضوء والحرارة على سطح الطلاء.
- العاكسة: تمنع امتصاص أشعة الشمس عن طريق عكسها. أمثلة: ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، أكسيد الزنك (ZnO).
- المُشعة: تمتص الحرارة الزائدة وتطلقها على شكل أشعة تحت حمراء بعيدة تمر عبر الغلاف الجوي. أمثلة: أكسيد الكروم (Cr₂O₃)، وأكاسيد الأرض النادرة.
- يتم ترتيب هذه العناصر على المستوى النانوي لزيادة الكفاءة.
3. هياكل ثلاثية الأبعاد:
- تصميمات دقيقة جدًا على المستوى النانوي، أشبه بشبكات أو أنماط مجهرية تُصمم بالحاسوب باستخدام الهندسة العكسية.
- الهدف: توزيع الجزيئات بشكل مثالي لتحقيق أقصى عكس للضوء وأفضل تبديد للحرارة.
- أمثلة: شبكات نانوية من أكسيد الألومنيوم، أو طبقات متناوبة من السيليكا والتيتانيوم بسماكات محسوبة بدقة.
- هذه الأنماط لا تُرى بالعين لكنها تحدث فرقًا كبيرًا في الأداء الحراري.
كيف قام الذكاء الاصطناعي بتصميم الطلاء:
- جمع قاعدة بيانات ضخمة لخصائص المواد (انعكاسية، حرارية، متانة، تكلفة).
- تدريب خوارزميات تعلم آلي على العلاقة بين تركيب المادة وأدائها.
- استخدام التصميم العكسي لوضع الأهداف المطلوبة ثم البحث عن التركيبات التي تحققها.
- تطبيق التحسين متعدد الأهداف لموازنة الأداء مع التكلفة وسهولة التصنيع.
- إجراء محاكاة بصرية وحرارية لكل تركيبة مقترحة قبل تصنيعها فعليًا.
منصات وبرامج يمكنها تنفيذ هذه الفكرة:
Materials Project – قاعدة بيانات مواد مفتوحة من جامعة بيركلي .
AFLOW – مكتبة مواد محسوبة نظريًا للبحث العلمي .
Exabyte.io – منصة سحابية لمحاكاة خصائص المواد .
Citrine Informatics – منصة ذكاء اصطناعي لتطوير المواد الجديدة .
COMSOL Multiphysics – برنامج محاكاة متعددة الفيزياء .
Lumerical – لمحاكاة البصريات والنانو فوتونيات .
تطبيق مثل هذا الطلاء في مناخ حار يمكن أن يقلل استهلاك الكهرباء لأجهزة التبريد بنسبة كبيرة، ويحافظ على راحة المباني حتى في ذروة الصيف.
بقلم: د.م. أنور عبد العالي الخفاجي
How to Cite This Article
Citation format: APA
Link copied ✔
Official Publication & Indexing Records
This article represents the personal opinions and perspectives of the author and does not necessarily reflect the official position of the Catholic Open University Research & Study Center. Authors are given the academic freedom to share their insights and expertise in order to promote dialogue and the dissemination of knowledge within their respective fields.
The Research and Publishing Program at Catholic Open University provides a formal, university-governed pathway for publishing original scholarly work. Approved publications receive academic recognition, global visibility, a DOI, and permanent archiving in the Catholic Open University Digital Library and recognized international repositories.
From Research to Global Academic Recognition
Published research is permanently archived in the Catholic Open University Digital Library as an official academic record.