Багатошарове “скло” з заповненими рідиною капілярами імітує природні структури шкіри восьминогів. Це дозволяє гнучко контролювати його прозорість, пропускаючи всередину одні промені, але затримуючи інші, в залежності від часу доби, сезону і погоди на вулиці.
Люди придумали будувати будинки і будівлі, щоб менше залежати від погоди і навколишнього середовища. Однак підтримка комфортних умов всередині вимагає безперервних витрат на освітлення, підігрів або охолодження. За даними за 2021 рік, на них припадає 30 відсотків усієї споживаної у світі енергії, що створює близько чверті всіх викидів парникових газів. А триваюче глобальне потепління лише збільшує ці показники.
Основними каналами, через які будівлі нагріваються в спеку і охолоджуються на холоді, служать вікна. Вони пропускають промені різних діапазонів хвиль, і разом зі світлом тепло неминуче проникає всередину — або втрачається даремно, йдучи на вулицю. Тому вчені та інженери намагаються створити більш технологічні скла, які не заважали б природному освітленню, але разом з тим блокували б інші види випромінювання. Наприклад, вони можуть автоматично затемнюватися на яскравому світлі.
Однак такі рішення недостатньо гнучкі, і в ідеалі вікно має гнучко змінювати пропускну здатність. Таке вікно може ставати прозорим лише для певних хвиль, підлаштовуючись під умови, щоб забезпечити і потрібну освітленість, і мінімальні втрати енергії. Саме таке рішення продемонструвала нещодавно команда з канадського університету Торонто, стаття яких опублікована в журналі PNAS.
Бенджамін Хаттон (Benjamin Hatton) і його колеги продемонстрували прототип з прозорого пластика, між шарами якого укладена мережа трубочок діаметром близько міліметра. Крізь них прокачується рідина з пігментами, що роблять «скло» непрозорим для певного діапазону випромінювання. У “вікні” використовуються кілька таких шарів, в кожному з яких — свій пігментний розчин з власними характеристиками. Контролюючи перебіг рідини в них, можна змінювати пропускні здатності всієї системи.
За словами вчених, таке рішення запозичене у природи. Точніше кажучи, у шкіри восьминогів, знаменитих своєю здатністю змінювати забарвлення. Це досягається внаслідок багатошарової структури, що містить заповнені пігментом клітини-хроматофори. Їх “налаштування” дозволяє змінювати характеристики поглинання і відбиття випромінювання, гнучко змінюючи вид і забарвлення тварини.
Виходячи з характеристик, отриманих за результатами випробування прототипу, автори підрахували потенційний економічний ефект від використання таких «вікон». За цими оцінками, навіть одношарова система, яка контролює проходження хвиль ближнього ІЧ-діапазону, дозволить знизити витрати на опалення та охолодження на 25 відсотків. А якщо до неї додати шар, що відповідає за випромінювання видимого діапазону, то економія може досягти вже 50 відсотків.