Metamateriály inšpirované termitmi pre budovy regulujúce klímu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 1. 6. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Príroda môže často poskytnúť inšpiráciu, najmä v stavebníctve. Výskumníci pritom študovali, ako vietor prechádza zložitou vnútornou štruktúrou termitiska v nádeji, že jedného dňa by to mohlo viesť k výstavbe budovy, ktorá môže polopasívne regulovať svoju vlastnú klímu.
Druhy termitov stavajúcich svoje vysoké „mohyly“ sa nachádzajú v Afrike, Austrálii a v Južnej Amerike. Niektoré mohyly sú úžasnými príkladmi zložitej architektúry, dosahujú výšku až 8 metrov a môžu mať priemer až 30 metrov. Ich odolná konštrukcia znamená, že často prežijú kolónie termitov, ktoré ich obývajú.
Teraz sa výskumníci bližšie pozreli na kopce postavené namíbijskými termitmi Macrotermes michaelseni, v ktorých sa nachádza viac ako milión termitov. Zaujímali sa najmä o „výstupný komplex“, hustú sieť tunelov podobných mriežkam, ktorá zachytáva vietor okolo termitiska a vytvára vo vnútri turbulencie, ktoré riadia vnútornú klímu.
Pri budovaní svojich termitísk musia M. michaelseni zvážiť vnútorné a vonkajšie faktory, ktoré umožňujú prúdenie energie, hmoty a informácií oboma smermi. Výstupný komplex na severnej strane termitiska sa objavuje najmä v období dažďov, keď termitisko rastie. V tom čase je to jediný otvor medzi termitiskom a vonkajším prostredím. Predpokladá sa, že komplex uľahčuje odparovanie prebytočnej vlhkosti pri zachovaní dostatočného vetrania. Vedci však chceli lepšie pochopiť, ako to funguje.
Experimentovali preto s použitím 3D tlačeného modelu fragmentu výstupného komplexu a poháňali ním oscilujúcu zmes oxidu uhličitého a vzduchu. Pomocou senzorov na sledovanie vzduchu výskumníci zistili, že výstupné tunely interagovali s vetrom fúkajúcim na termitisko spôsobmi, ktoré zlepšili ventiláciu. Prúdenie vzduchu bolo najväčšie pri frekvenciách oscilácií medzi 30 Hz a 40 Hz, stredné medzi 10 Hz a 20 Hz a najmenšie pri frekvenciách medzi 50 Hz a 120 Hz.
Tím dospel k záveru, že turbulencie vytvorené výstupným komplexom umožnili vetranie termitísk poháňané vetrom.
„Pri vetraní budovy chcete zachovať jemnú rovnováhu teploty a vlhkosti vytvorenú vo vnútri, bez toho, aby ste bránili pohybu vydýchaného vzduchu von a čerstvého vzduchu dovnútra,“ povedal Rupert Soar, spoluautor štúdie. „Väčšina systémov vykurovania, ventilácie a klimatizácie s tým zápasí. Tu máme štruktúrované rozhranie, ktoré umožňuje výmenu plynov jednoducho poháňanú rozdielmi v koncentrácii medzi jednou a druhou stranou. Podmienky vo vnútri sú tak zachované“.
Výskumníci predpokladajú, že replikácia tunelových štruktúr termitov v ľudských budovách môže byť spôsobom semipasívnej regulácie ich klímy.
„Predstavujeme si, že stavebné steny v budúcnosti, vyrobené pomocou nových technológií, ako sú 3D tlačiarne, budú obsahovať siete podobné výstupnému komplexu,“ povedal David Andréen, hlavný autor štúdie. „Umožnia pohybovať vzduchom prostredníctvom zabudovaných senzorov a ovládačov, ktoré vyžadujú len malé množstvo energie“.
Výskumníci si uvedomujú, že môže chvíľu trvať, kým sa (a či sa) zložitá štruktúra týchto termitísk začlení do budov, ale zostávajú optimistickí.
„3D tlač v stavebnom rozsahu bude možná len vtedy, keď dokážeme navrhnúť také zložité štruktúry ako v prírode,“ povedal Soar. „Stojíme na pokraji prechodu k stavbe podobnej prírode: po prvý raz možno bude možné navrhnúť skutočnú živú, dýchajúcu budovu.“
Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Frontiers in Materials.
