Các tòa nhà dân sinh tiêu thụ đến 40 % năng lượng chung và xả thải đến 36 % tổng lượng khí CO2. Đây là một trong những nguồn cung cấp khí thải CO2 gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, mực nước biển dâng và những thay đổi sâu sắc trong hệ sinh thái đại dương.

Thay các khu vực lắp kính thông thường của các tòa nhà bằng những khung cửa lắp kính thông minh tiết kiệm năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng chiếu sáng và kiểm soát nhiệt độ khu vực sinh hoạt.

Hệ thống micro-quang-điện-cơ (MOEMS), micromirror (kính phản quang siêu nhỏ) và mảng màn trập đã thu hút được sự quan tâm rất lớn trong nghiên cứu và ứng dụng trong ngành xây dựng.

Các hệ thống cơ điện tử vi quang (MOEMS) để xử lý ánh sáng đã được chế tạo và nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau. Các phần tử gương MOEMS này phẳng và được truyền động bằng tĩnh điện. Gương chiếu sáng lái cho kính của thông minh được làm bằng kim loại và gần như phẳng.

Harmut Hillmer và đông nghiệp thuộc trường Đại học Kassel ở Đức chứng minh được khả năng chế tạo các kính thông minh đó trong báo cáo khoa học "Các mảng micromirror MOEMS trong cửa sổ thông minh điều khiển ánh sáng ban ngày" mới được xuất bản gần đây trên tạp chí Journal of Optical Microsystems.

Trong bản báo cáo khoa học, Hillmer cho biết: “Kính thông minh của chúng tôi phát triển trên cơ sở các mảng hàng triệu micromirror, không thể nhìn thấy bằng mắt thường, phản chiếu ánh sáng mặt trời tới theo hoạt động của người dùng, vị trí mặt trời, ban ngày và theo mùa, cung cấp hệ thống điều chỉnh ánh sáng được cá nhân hóa bên trong tòa nhà.

Mảng micromirror không thể bị tác động ngoại lực như gió, lau cửa sổ hoặc bất kỳ điều kiện thời tiết nào do nằm trong không gian giữa các tấm kính chứa đầy khí hiếm như argon hoặc krypton.

Kinh cửa kính cung cấp nhiệt mặt trời vào mùa đông và ngăn ngừa hơi nóng ánh sáng mặt trời vào mùa hè, cung cấp đầy đủ ánh sáng tự nhiên ban ngày lành mạnh, tiết kiệm năng lượng lớn (lên đến 35 %), giảm lượng khí CO2 (lên đến 30 phần trăm) và giảm đến 10 % thép và bê tông trong những tòa nhà cao tầng.

Như đã biết, ánh sáng nhân tạo tiêu thụ rất nhiều năng lượng, ngoài ra còn gây ra những ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe và tinh thần. Nhiều nghiên cứu cho thấy, nguồn ánh sáng nhân tạo nếu thiếu tập trung dễ khiến người dùng mắc bệnh mắt, rối loạn nhịp sinh học và khó ngủ. Kính thông minh có thể giảm sự phụ thuộc vào ánh sáng nhân tạo bằng giải pháp tối ưu hóa ánh sáng ban ngày tự nhiên trong phòng.

Kính thông minh hiện đại hiện nay tối ưu hóa cho mùa đông hoặc mùa hè nhưng không thể đảm bảo hiệu suất tiết kiệm năng lượng quanh năm. Trên thế giới hiện nay, ngành xây dựng có nhu cầu rất cao về công nghệ kính cửa sổ thông minh có thể tự động phản ứng với thời gian, khí hậu địa phương (ban ngày, theo mùa), sử dụng ánh sáng mặt trời sẵn có, điều chỉnh ánh sáng và nhiệt độ trong phòng, đồng thời tiết kiệm đáng kể năng lượng.

Phần chính của nghiên cứu giới thiệu công nghệ mảng vi mô MOEMS cho hệ thống lái ánh sáng của kính thông minh cho các tòa nhà. Mảng gương được sơn tĩnh điện tích hợp nằm giữa các ô kính cách nhiệt. Tùy thuộc vào hoạt động của người dùng cũng như yêu cầu ban ngày và theo mùa, các mảng micromirror MOEMS cho phép điều khiển ánh sáng được cá nhân hóa, tiết kiệm năng lượng và giảm CO 2 khí thải.

 Kính cửa số thông minh trong thời gian thời tiết khác nhau. A - căn phòng mùa hè không người; B - Căn phòng mùa hè có người; C - Căn phòng mùa đông không người; D - Căn phòng mùa đông có người.

Bài viết nhấn mạnh: Các mảng vi mô MOEMS của các nhà nghiên cứu được tích hợp bên trong kính cách nhiệt và được vận hành bởi một hệ thống điều khiển điện tử, có thể được tự động hóa và tùy chỉnh. Sự định hướng của các gương được điều khiển bởi hiệu điện thế giữa các điện cực tương ứng. Cảm biến chuyển động trong phòng phát hiện số lượng, vị trí và chuyển động của người dùng trong phòng.

Các nhà khoa học đã chế tạo thử nghiệm một mẫu kính cửa sổ ứng dụng công nghệ địa phương, những thí nghiệm cho thấy: tốc độ truyền động cao hơn nhiều trong dải mini giây, tiêu thụ điện năng thấp hơn 40 lần so với các công nghệ kính tinh thể lỏng hoặc kính thay đổi màu sắc bằng điện. Ngoài ra, kính thông minh MOEMS phản xạ chứ không hấp thụ ánh sáng và cho màu sắc trong phòng trung tính.

Những kết quả thí nghiệm cũng xác nhận tuổi thọ ngoại suy cấu trúc micromirror trong các ứng dụng tương lai dưới dạng cửa sổ vượt xa 40 năm, đảm bảo độ bền cao trong quá trình vận chuyển, lắp đặt, không bị ảnh hưởng từ những rung động trong các tòa nhà.

Với kết quả khả quan như vậy, tính khả thi của kính thông minh này rất có tiềm năng trong ứng dụng thực tế của các công trình xây dựng.