النوافذ الذكية... لتوفير الطاقة والشعور بالراحة طوال العام
٢٧ نوفمبر ٢٠٢٠

نشهد في السنوات الأخيرة تطورًا تكنولوجيًّا هائلًا بمختلف المجالات، والذي ساهم في ظهور العديد من التقنيات الذكية المُستخدمة في تيسير حياتنا اليومية. وتُعد النوافذ الذكية إحدى هذه التقنيات، القادرة على التحكم وتنظيم الإشعاع الشمسي والضوء المرئي النافذ من خلالها، بشكلٍ تلقائيّ؛ مما يُساهم في ترشيد استهلاكنا للطاقة المستخدمة لتبريد وتدفئة المنازل والأبنية المختلفة. وتمتاز النوافذ الذكية بخاصية تغيير لونها؛ فيمكنها أن تتحول إلى الألوان الدافئة شتاءً، والباردة صيفًا؛ مما ينعكس على الجو العام داخل الأبنية، ويُحسّن من مزاجنا، ويُضفي علينا الشعور بالراحة طوال العام. وقد أثبتت الدراسات أن للألوان تأثيرًا كبيرًا على راحتنا النفسية؛ حيث نشعر بالنشاط والحيوية من خلال الألوان الدافئة، كالأحمر، والبرتقالي، والأصفر؛ أما الألوان الباردة، كالأخضر، والأزرق، والبنفسجي، فإنها تمنحنا الشعور بالهدوء والراحة.      

ركّزت الأبحاث سابقًا على دراسة موادٍ مختلفةٍ لصناعة النوافذ الضوئية الذكية، إلا أن معظمها لا يخلو من العيوب؛ فالنوافذ المصنوعة من مواد عضوية تكون أحادية الوظيفة على الأغلب، أي أنها تستطيع التحكم فقط في مدى نفاذية الطاقة الشمسية من خلالها. أما المصنوعة من مواد غير عضوية، والتي تعتمد غالبًا على مادة ثاني أوكسيد الفاناديوم، فإن أبرز عيوبها هو ارتفاع درجة الحرارة الانتقالية لهذه المواد، والتي تصل إلى (٦٨) درجة مئوية، بالإضافة إلى ضعف الانتقال الضوئي من خلالها، ولونها الداكن المائل إلى السواد. وعلى الرغم من تمكن بعض العلماء من تطوير موادٍ ضوئيةٍ معتمدةٍ على تفاعل تحويل الشحنات، إلا أنه لم تتم تجربتها في صناعة النوافذ الذكية، الأمر الذي قد يرجّح صعوبة التعامل معها.      

وفي محاولة للتغلب على هذا القصور، طور فريقٌ بحثيٌ في الصين مادةً هلاميةً شفافة، تُسمي (Fc-gel-EGP6)، والتي تمتاز بخصائص متعددة، تجعلها مناسبة لصناعة النوافذ الذكية؛ وذلك بدمج قوالب مصنوعة من مادة الفيروسين، مع شبكاتٍ من البوليمر (Fc-gel)، ومن ثم غمرها في محلول اثيلين كلايكول ((Pillar[6]arene (EGP6). وتتميز هذه المادة بشفافيتها، التي تُحسّن من مرور الضوء المرئي، ونفاذ حوالي (٧٩,٤٪) إلى (٨٩,٦٪) من الأشعة تحت الحمراء من خلالها. كما أثبتت التجارب أن مادة (Fc-gel-EGP6) قادرة على تغيير لونها وشفافيتها بتغير درجات الحرارة المحيطة بها؛ حيثُ تتحول المادة تلقائيًّا (بفعل أكسدة جزيئات الفيروسين) من اللون البرتقالي (في درجة حرارة تبلغ ٢٥ درجة مئوية) إلى الأخضر (في درجة حرارة تبلغ ٤٠ درجة مئوية)، والعكس خلال (٨) دقائق.

وبالرغم من توفر أهم الخصائص اللازمة لصناعة النوافذ الذكية في مادة (Fc-gel-EGP6)؛ فإن المجال ما يزال متاحًا لتحسين كفاءتها، حيث لم تُشر الدراسة إلى مدى قدرة هذه المادة على تحمل درجات الحرارة المتفاوتة؛ أي أقل من (٢٥) درجة مئوية، وأكثر من (٤٠) درجة مئوية.

اقتراح ومراجعة علمية
د/ رزان أبو الجدايل
جامعة Leeds
د/ إلهام فضالي
شركة Apple
هبة مجاهد
شركة ASML
د/ رنا هيكل
مدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا
د/ إياد نصر الله
جامعة كامبريدج
تدقيق ومراجعة لغوية
علا زيادة
جامعة القاهرة