Можно ли сделать «умное» окно без проводов, датчиков и электричества? Южнокорейские исследователи уверены, что да. Команды из Национального университета Ханбат и Национального университета Конгджу разработали прозрачное дерево — материал, который сам регулирует светопропускание, блокирует ультрафиолет и работает как эффективный теплоизолятор. И все это — исключительно за счет физических свойств материала, без внешнего питания.
Идея особенно актуальна на фоне растущих энергозатрат зданий: отопление, кондиционирование и освещение по-прежнему «съедают» значительную долю мировой энергии. Умные окна давно рассматриваются как часть решения, но большинство из них требуют электроэнергии, управляющей электроники и сложной интеграции. Новый подход предлагает более простой и экологичный путь.
Как это работает
В основе разработки — модифицированная древесина бальзы, объединенная с полимер-диспергированными жидкими кристаллами. Именно они и отвечают за «умное» поведение окна. Материал реагирует на температуру окружающей среды, меняя степень рассеивания света.
В лабораторных условиях ученые показали: при комнатной температуре окно пропускает около 28 % видимого света. Но стоит температуре подняться до 40 °C — и прозрачность резко возрастает, достигая примерно 78 % на длине волны 550 нанометров (зеленая область спектра, к которой чувствителен человеческий глаз). Проще говоря, в теплую погоду окно становится светлее и пропускает больше дневного света, а в прохладе — сильнее рассеивает его.
Такое поведение помогает естественным образом управлять освещением: снижать ослепляющие блики и перегрев днем и улучшать освещенность помещения, когда это необходимо. И все это — без батареек, проводов и электроники, только за счет свойств жидких кристаллов внутри древесной структуры.
Защита от ультрафиолета и тепло внутри
Контроль света — не единственное преимущество прозрачного дерева. Материал почти полностью блокирует ультрафиолетовое излучение диапазона UVA. По словам исследователей, защита достигает почти 100 % благодаря особой молекулярной организации — так называемому эффекту J-агрегации. В результате кожа человека и интерьер (мебель, ткани, покрытия) надежно защищены от вредного УФ-излучения, при этом видимый свет практически не страдает.
Не менее впечатляющие показатели у теплоизоляции. Теплопроводность нового биокомпозита составляет 0,197 Вт·м⁻¹·К⁻¹ — это почти в пять раз ниже, чем у обычного стекла. Иначе говоря, такое окно значительно медленнее пропускает тепло наружу зимой и внутрь летом, снижая нагрузку на системы отопления и кондиционирования.
Приватность без электроники
Обычные стеклянные окна имеют хорошо известную проблему: вечером, когда внутри включен свет, все происходящее становится видно снаружи. Прозрачное дерево решает и эту задачу. При более низких температурах материал сильнее рассеивает свет, что помогает сохранять приватность в темное время суток.
Как отмечает доктор Джин Ким из Национального университета Ханбат, разработка может стать прямой и экологичной заменой стеклу: днем она обеспечивает естественное освещение, а ночью — дополнительную защиту от посторонних взглядов, одновременно снижая энергозатраты на климат-контроль.
Зачем это нужно
Потенциальные области применения выходят далеко за рамки жилых и офисных зданий. В сельском хозяйстве прозрачное дерево может использоваться в «умных» теплицах, автоматически регулируя поступление солнечного света и помогая поддерживать стабильную температуру без затрат энергии. Это снижает риск ожогов растений и делает выращивание культур более предсказуемым.
Есть и более неожиданные сценарии. Например, материал можно применять как гибкий кожный пластырь, который становится прозрачным, когда температура тела превышает 38 °C. Такой простой визуальный сигнал может служить индикатором состояния здоровья — без электроники и источников питания.
Хотя перед массовым внедрением разработке еще предстоят дополнительные испытания, само исследование наглядно показывает: «умные» функции вовсе не обязательно должны быть энергоемкими. Инженерная древесина способна взять на себя часть задач, которые раньше требовали сложных и дорогих систем.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.
