Учени създадоха вдъхновена от природата енергийно независима фасадна система за засенчване

28.02.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Изследователи от университетите в Щутгарт и Фрайбург съобщиха, че са създали нова, енергийно независима фасадна система, която се адаптира към климатичните условия и е вдъхновена от боровите шишарки и съцветията на белия трън.
 
"Повечето опити за постигане на реакция на климатичните условия в сферата на архитектурните фасади в голяма степен зависи от сложни технически устройства. Нашето проучване се опитва да установи как можем да използваме способността за реакция на самия материал чрез усъвършенстван компютърен дизайн и адитивно производство", обяснява проф. Аким Менгес, ръководител на Института по компютърен дизайн и строителство и представител на Клъстера за интегративен компютърен дизайн и строителство за архитектура (IntDCD) в Университета на Щутгарт. "Постигнахме система за засенчване, която се отваря и затваря автономно в отговор на промените във времето, без необходимост от енергийно захранване или мехатронни елементи. Самата структура от биоматериал е машината."
 
Използвайки вдъхновен от природата дизайн, естествени материали и общодостъпни технологии, изследователите в университетите в Щутгарт и Фрайбург създават фасадната система "Соларна порта" – първата реагираща на времето, адаптивна система за засенчване, която работи без електричество. Учените използват механизмите за движение на боровите шишарки като модел за "Соларната порта", които се отварят и затварят в резултат на промените във влажността и температурата, без да консумират метаболитна енергия. Екипът успява да възпроизведе специфичната структура на целулозата в растителните тъкани, използвайки 3D принтери.

Хидроморфни материали на био основа и 4D принтиране

Целулозата е естествен, широкодостъпен и възобновяем материал, който се разтяга и свива в зависимост от влажността. Това свойство, познато като хидроморфизъм, често се наблюдава в природата, например при отварянето и затварянето на люспите на боровите шишарки или съцветията на белия трън. Изследователският екип използва това хидроморфно свойство посредством изкуствени целулозни влакна на биооснова и изгражда от тях с помощта на 4D принтиране двуслойна структура, вдъхновена от люспите на боровите шишарки.
 
Системите, произведени с техниката на адитивно производство, наречена 4D принтиране, могат автономно да променят формата си в отговор на външни стимули. За "Соларната порта" изследователите създават компютърен метод на изработка, за да контролират екструзията на целулозните материали с помощта на стандартен 3D принтер, правейки възможно използването на самооформящото се и реверсивно поведение на системите, изработени с 4D принтиране. При висока влажност целулозните материали абсорбират влагата и се разширяват, карайки принтираните елементи да се извиват и разтварят. Обратното, при ниска влажност, целулозните материали освобождават влагата и се свиват, карайки принтираните елементи да се изправят и затварят.
 
"Вдъхновена от хидроскопичните движения на люспите на боровите шишарки и съцветията на белия трън, "Соларната порта" успява да трансформира не само високата функционалност и здравина на биологичните модели в биовдъхновена система за засенчване, но и естетиката на движенията на растенията", отбелязва проф. Томас Спек, ръководител на Групата по биомеханика на растенията във Фрайбург и представител на Клъстера за живи, адаптивни и енергийно автономни материални системи (livMatS) в Университета на Фрайбург.

Интеграция в архитектурата на самооформящите се елементи

Изследователският екип тества функционалността и издръжливостта на вдъхновената от природата адаптивна система за засенчване в реални условия повече от година. "Соларната порта" след това е инсталирана в демонстрационна сграда на двата клъстера, която се използва като изследователска сграда в Университета на Фрайбург. Системата за засенчване е монтирана на южната фасада на сградата, която спомага за регулиране на климатичните условия вътре в нея. През зимата засенчващите елементи, изработени с 4D принтиране, се отварят, за да може слънчевата светлина да се използва за естествено отопление. През лятото те се затварят, за да минимизират греенето на слънцето. Захранван единствено от дневните и сезонните времеви цикли, адаптивният процес работи без електрозахранване.
 
Така "Соларната порта" представлява енергийно автономна и ресурсно ефективна алтернатива на конвенционалните системи за засенчване. Тъй като сградите генерират голям дял от световните въглеродни емисии заради обикновено голямата нужда от енергия за поддържане на комфорта в тях, редуцирането на енергията, необходима за отопление, охлаждане и вентилация, е изключително важно. Соларната порта показва потенциала на достъпните, рентабилни технологии като адитивното производство и как целулозата, в качеството си на широкодостъпен, възобновяем материал, може да спомогне за създаването на устойчиви архитектурни решения, посочват изследователите.

Ключови думи: строителство   3D принтиране   адитивно производство  

Област: Технологии