控制合適的光照、溫度、水分對于植物進(jìn)行光合成非常重要。雖然溫室/暖房通過創(chuàng)造溫暖潮濕的環(huán)境有效的應(yīng)對寒冷或者干燥的氣候條件，但是如何在炎熱缺水的地區(qū)如何使用盡量少的能量和水資源提供冷卻環(huán)境仍未曾實現(xiàn)。
有鑒于此，南京大學(xué)朱嘉教授、朱斌助理研究員、美國東北大學(xué)劉詠民教授、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所李煒研究員等通過遺傳算法（genetic algorithm）和機器學(xué)習(xí)（machine learning）之間結(jié)合，提出并開發(fā)了一種冷卻膜，能夠不加額外能量或者水源的情況調(diào)節(jié)用于光合作用的溫度和水環(huán)境。
本文要點：
（1）
作者從數(shù)百種潛在的設(shè)計進(jìn)行篩選，開發(fā)了這種可規(guī)模化的薄膜，能夠選擇性且精確的讓光合作用所需的太陽光透過，同時反射多余的熱量，因此減少熱負(fù)荷以及蒸散（evapotranspiration，土壤水分蒸發(fā)蒸騰損失總量）。
（2）
光學(xué)性質(zhì)結(jié)果表現(xiàn)較弱的角度依賴性。在亞熱帶以及干旱區(qū)域，這種薄膜能夠?qū)囟冉档?-17 ℃，水的損失量減少了1半，生物產(chǎn)量和存活率能夠提高1倍。在溫室栽培應(yīng)用，能夠改善作物的耐熱性和抗寒性。通過機器學(xué)習(xí)和光子學(xué)之間的集成設(shè)計為設(shè)計可持續(xù)光子結(jié)構(gòu)和器件并且實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供工具。
參考文獻(xiàn)
Li, J., Jiang, Y., Li, B. et al. Accelerated photonic design of coolhouse film for photosynthesis via machine learning. Nat Commun 16, 1396 (2025).
DOI: 10.1038/s41467-024-54983-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-54983-8
