Samostmievacie okná čerpajú inšpiráciu zo sily borovicovej šišky
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 20. 1. 2025
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Borovicové šišky sú na veci bez mozgu dosť inteligentné, a to natoľko, že ich vedci skopírovali, aby vytvorili jedinečný systém tienenia okien. Toto zariadenie v lete blokuje slnečné svetlo a v zime ho prepúšťa bez použitia elektrickej energie.
Ako ste si možno všimli, borovicové šišky zatvárajú svoje šupiny v chladnom a vlhkom počasí, ale rozprestierajú ich, keď je vonku horúco a sucho. Robia to preto, aby sa ich semená uvoľnili a rozptýlili len vtedy, keď je teplé, slnečné a pre ich rast najpriaznivejšie počasie.
Šišky sa dokážu otvárať a zatvárať prostredníctvom dvoch na sebe uložených vrstiev celulózových vlákien, ktoré tvoria každú šupinu. Tieto vlákna sú v jednej vrstve usporiadané jedným smerom a v druhej iným smerom. Keď sú obe vrstvy vystavené vlhkosti, napučia, pretože absorbujú vodnú paru, hoci smer usporiadania vlákien spôsobuje, že napučia v rôznych smeroch.
Výsledkom je, že jedna strana šupiny sa pozdĺžne rozširuje, zatiaľ čo druhá strana sa ohýba, čo umožňuje, aby sa šupiny vo vlhkých podmienkach k sebe priblížili. Keď sa počasie oteplí a vysuší, obe vrstvy sa stiahnu do štandardného stavu a šupiny sa opäť roztiahnu.
Inšpirovaní týmto mechanizmom vedci z nemeckých univerzít v Stuttgarte a Freiburgu vyvinuli takzvaný fasádny systém Solar Gate. Pozostáva pritom z mriežkovaného súboru samohybných prvkov inšpirovaných šiškami, ktoré sú umiestnené medzi dvoma sklami v okennej jednotke s hliníkovým rámom. Otvory v ráme umožňujú prúdenie vonkajšieho vzduchu cez jednotku medzi sklami.
Každý 3D vytlačený, technicky 4D vytlačený, prvok sa skladá z troch vrstiev. Spodnú vrstvu tvoria vedľa seba umiestnené vlákna zmesi celulózového prášku a termoplastu. Tieto vlákna sú umiestnené kolmo na smer ohybu a vďaka obsahu celulózy napučiavajú, keď sú vystavené vlhkosti.
Stredná vrstva je tvorená vedľa seba rozmiestnenými vláknami s medzerami, ktoré sú zložené výlučne z iného typu termoplastu, ktorý za mokra nenapučiava. Tieto vlákna sú usporiadané v smere ohybu, takže zvierajú pravý uhol s podkladovými celulózovými vláknami. Vrchná vrstva pozostáva zo siete pružných biokompozitných vlákien, ktoré ležia šikmo k smeru ohybu. Ich jediným účelom je držať celý prvok pohromade spojením s ostatnými dvoma vrstvami.
Keď je prvok vystavený vlhkému vzduchu, celulózové vlákna spodnej vrstvy reagujú napučaním / rozšírením. Pretože však spojené vlákna strednej vrstvy obmedzujú rozpínanie celulózových vlákien smerom nahor, môžu sa rozpínať len smerom nadol a na obe strany.
Výsledná asymetrická expanzia spôsobuje, že sa prvok stáča nahor. Keď neskôr vyschne, vráti sa do svojho splošteného stavu.
V rámci testovania technológie bolo v južne orientovanom strešnom okne výskumnej budovy v areáli Univerzity vo Freiburgu počas viac ako roka umiestnených celkovo 424 prvkov Solar Gate, ktoré boli obsiahnuté v ôsmich okenných jednotkách.
Prvky sa počas chladnej a vlhkej zimy skutočne stočili a prepúšťali slnečné svetlo, ktoré ohrievalo a osvetľovalo interiér budovy. A počas teplejších a suchších letných mesiacov sa prvky sploštili, aby blokovali slnečné svetlo a pomáhali udržiavať interiér chladný.
„Dosiahli sme systém tienenia, ktorý sa otvára a zatvára autonómne v reakcii na zmeny počasia bez potreby prevádzkovej energie alebo akýchkoľvek mechatronických prvkov,“ hovorí profesor Achim Menges z Univerzity v Stuttgarte. „Samotná štruktúra z biomateriálu je strojom.“
Výskum je opísaný v článku, ktorý bol nedávno uverejnený v magazíne Nature Communications.
