ساختمانی الهام گرفته از کاج که بدون برق سایه‌ها را به طور خودکار باز و بسته می‌کند
به سیستمی برای سایه‌بانی ساختمان بیندیشید که هوشمندانه به شرایط متغیر آب‌وهوایی تطبیق می‌یابد و بدون نیاز به نیروی خارجی عمل می‌کند. این چشم‌انداز پشت سر "دروازه خورشید"، سیستمی جدید برای سایه‌بانی است که از طبیعت الهام گرفته شده است.
پژوهشگران دانشگاه‌های اشتوتگارت و فرایبورگ از جهان طبیعی برای الهام‌گیری بهره برده‌اند، به ویژه از حرکات کاج‌ها. این ساختارهای طبیعی با توجه به تغییرات رطوبت باز و بسته می‌شوند، به لطف خواص منحصر به فرد سلولز در درون فلس‌هایشان.
پژوهشگران بیان کرده‌اند که این توسعه اولین نمونه از سیستمی برای سایه‌بانی است که به شرایط آب‌وهوایی واکنش نشان می‌دهد و مستقل از انرژی عمل می‌کند.
"ما در حال دستیابی به سیستمی برای سایه‌بانی هستیم که به طور خودکار در پاسخ به تغییرات آب و هوا باز و بسته می‌شود، بدون نیاز به انرژی عملیاتی یا عناصر مکانیکی. ساختار زیستی خود ماشین است."، گفت آخیم منگس، رئیس انستیتو طراحی و ساخت محاسباتی (ICD) در دانشگاه اشتوتگارت.
به طور خودکار با توجه به آب و هوا تنظیم می‌شود
کاج‌ها قابلیت شگفت‌انگیزی در باز و بسته شدن در پاسخ به تغییرات رطوبت و دما دارند. آنها این کار را بدون نیاز به انرژی متابولیک انجام می‌دهند که مکانیزمی پسیو و کارآمد در مصرف انرژی را نشان می‌دهد.
پژوهشگران به طور موفقیت‌آمیزی جنبه کلیدی این رفتار - ساختار جهت‌دار سلولز در بافت‌های گیاهی - را با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تکرار کردند.
علاوه بر این، تیم الیاف سلولزی زیست‌بنیان را مهندسی کرده و آنها را به ساختاری دو لایه و الهام‌گرفته از کاج چاپ ۴ بعدی کرده است.
چاپ ۴ بعدی امکان ایجاد موادی را فراهم می‌کند که می‌توانند به طور خودکار شکل خود را در مواجهه با محرک‌های خارجی مانند دما یا رطوبت تغییر دهند.
این سیستم در زمستان به طور گسترده‌ای باز می‌شود تا آفتاب ساختمان را گرم کند و در تابستان محکم می‌بندد تا آن را خنک نگه دارد. جالب توجه است که این دستاورد نوآورانه به طور کامل از طریق نیروهای طبیعی هوا و بدون نیاز به انرژی خارجی انجام می‌شود.
"الهام‌گرفته از حرکات حرارتی فلس‌های کاج و برگ‌های خار نقره‌ای، دروازه خورشید موفق به ترجمه نه تنها کارکرد بالا و مقاوت زیستی مدل‌های بیولوژیکی به سیستمی برای سایه‌بانی الهام‌گرفته از طبیعت، بلکه به زیبایی حرکات گیاه نیز شده است"، گفت توماس اسپک، رئیس گروه بیومکانیک گیاهان فرایبورگ.
راه‌حل بالقوه برای ساختمان‌های پایدار
سیستم سایه‌بانی الهام‌گرفته از طبیعت تحت شرایط واقعی آب و هوایی برای بیش از یک سال آزمایش شد.
پس از این، تیم "دروازه خورشید" را در پوسته زیست‌الهامی livMatS، ساختمانی تحقیقاتی در دانشگاه فرایبورگ، یکپارچه کردند.
دروازه خورشید به صورت استراتژیک بر روی سقف نورگیر جنوبی نصب شده است، که نقشی کلیدی در تنظیم اقلیم داخلی ایفا می‌کند.
در زمستان، عناصر سایه‌بانی باز می‌شوند تا برای گرمایش طبیعی، نور خورشید را به حداکثر برسانند. سپس در ماه‌های تابستان، ساختارها بسته می‌شوند تا جاذبه حرارت خورشیدی کاهش یابد و دمای داخلی راحت حفظ شود.
"بیشتر تلاش‌ها برای واکنش به آب و هوا در نمای ساختمان به شدت وابسته به دستگاه‌های فنی پیچیده هستند. تحقیقات ما بررسی می‌کند چگونه می‌توانیم پاسخگویی مواد خود را از طریق طراحی محاسباتی پیشرفته و تولید افزایشی کاربردی کنیم."، منگس در بیانیه مطبوعاتی گفت.
ساختمان‌ها به دلیل نیاز زیاد به انرژی برای حفظ محیط داخلی راحت، از بزرگترین تولیدکنندگان انتشار کربن جهانی هستند. بنابراین، به حداقل رساندن مصرف انرژی برای گرمایش، سرمایش و تهویه برای کاهش تغییرات اقلیمی حیاتی است.
دروازه خورشید نوآورانه قابلیت راه‌حل‌های معماری پایدار را که هم کاربردی و هم زیبا باشند نشان می‌دهد.
یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شده است.
