

Φανταστείτε ένα κτίριο με σύστημα σκίασης που να προσαρμόζεται στις αλλαγές του καιρού και να λειτουργεί χωρίς κατανάλωση εξωτερικής ενέργειας. Αυτό ήταν το έναυσμα για τη δημιουργία του Solar Gate, ενός πρωτοποριακού συστήματος σκίασης εμπνευσμένου από τη φύση.
Οι ερευνητές των Πανεπιστημίων της Στουτγκάρδης και του Φράιμπουργκ άντλησαν την ιδέα από τον φυσικό κόσμο και συγκεκριμένα από τις κινήσεις των κουκουναριών που ανοίγουν και κλείνουν ανάλογα με τις αλλαγές του επιπέδου υγρασίας, χάρη στις μοναδικές ιδιότητες της κυτταρίνης μέσα στα «λέπια» τους.
Σύμφωνα με τους ερευνητές πρόκειται για το πρώτο σύστημα σκίασης που ανταποκρίνεται στις καιρικές συνθήκες και είναι ανεξάρτητο από την ηλεκτρική ενέργεια.
Αυτόνομη προσαρμογή στις καιρικές συνθήκες
Τα κουκουνάρια του πεύκου παρουσιάζουν μια αξιοσημείωτη ικανότητα να ανοίγουν και να κλείνουν ανάλογα με τις μεταβολές της υγρασίας και της θερμοκρασίας. Αυτό γίνεται χωρίς να απαιτείται μεταβολική ενέργεια, γεγονός που αναδεικνύει έναν παθητικό μηχανισμό αποδοτικής χρήσης ενέργειας.
Οι ερευνητές αναπαρήγαγαν με επιτυχία τη βασική πτυχή αυτής της συμπεριφοράς – την εξαρτώμενη από την κατεύθυνση, δομή της κυτταρίνης εντός των φυτικών ιστών – χρησιμοποιώντας άμεσα διαθέσιμη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Επιπλέον, η ομάδα κατασκεύασε ίνες κυτταρίνης βιολογικής βάσης και τις εκτύπωσε 4D σε μια δομή διπλής στρώσης εμπνευσμένη από κουκουνάρι.
Η 4D (τετραδιάστατη) εκτύπωση επιτρέπει τη δημιουργία υλικών που μπορούν να αλλάζουν αυτόνομα το σχήμα τους όταν εκτίθενται σε εξωτερικά ερεθίσματα όπως η θερμοκρασία ή η υγρασία.
Έτσι, το σύστημα ανοίγει διάπλατα τον χειμώνα για να επιτρέπει στο ηλιακό φως να ζεσταίνει το κτίριο και κλείνει ερμητικά το καλοκαίρι για να το διατηρεί δροσερό. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό το καινοτόμο κατόρθωμα επιτυγχάνεται εξ ολοκλήρου μέσω των φυσικών δυνάμεων του καιρού, χωρίς να απαιτείται εξωτερική ενέργεια.
«Επιτυγχάνουμε ένα σύστημα σκίασης που ανοίγει και κλείνει αυτόνομα σε απόκριση των αλλαγών του καιρού, χωρίς την ανάγκη λειτουργικής ενέργειας ή οποιουδήποτε μηχατρονικού στοιχείου. Η ίδια η δομή του βιοϋλικού είναι η μηχανή», δήλωσε ο Achim Menges, επικεφαλής του Ινστιτούτου Υπολογιστικού Σχεδιασμού και Κατασκευών (ICD) του Πανεπιστημίου της Στουτγκάρδης, σύμφωνα με σχετική ανακοίνωση.

(Κείμενο: Εμπνευσμένη από τα κουκουνάρια, η διμερής δομή κατασκευάζεται με τη χρήση διαδικασίας εκτύπωσης 4D με κυτταρινικά υλικά. Πηγή: ICD/IntCDC University of Stuttgart/News )
«Εμπνευσμένη από τις κινήσεις των κουκουναριών και του ασημένιου γαϊδουράγκαθου, η Solar Gate κατάφερε να μεταφράσει όχι μόνο την υψηλή λειτουργικότητα και την ανθεκτικότητα των βιολογικών μοντέλων σε ένα βιολογικά εμπνευσμένο σύστημα σκίασης, αλλά και την αισθητική των κινήσεων των φυτών», ανέφερε από την πλευρά του ο Thomas Speck, επικεφαλής της Ομάδας Βιομηχανικής Φυτών του Φράιμπουργκ.
Πιθανή λύση για βιώσιμα κτίρια
Το βιολογικά εμπνευσμένο σύστημα σκίασης δοκιμάστηκε σε πραγματικές καιρικές συνθήκες για πάνω από ένα χρόνο.
Μετά από τη δοκιμαστική περίοδο, η ομάδα ενσωμάτωσε το Solar Gate στο βιομιμητικό κέλυφος livMatS, ένα ερευνητικό κτίριο στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ. Το Solar Gate είναι τοποθετημένο στον φεγγίτη με νότιο προσανατολισμό, ο οποίος παίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση του εσωτερικού κλίματος.
Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, τα στοιχεία σκίασης ανοίγουν για να μεγιστοποιήσουν το ηλιακό κέρδος για φυσική θέρμανση. Στη συνέχεια, κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, οι κατασκευές κλείνουν για να μειώσουν την ηλιακή θερμότητα και να διατηρήσουν μια άνετη εσωτερική θερμοκρασία.
«Οι περισσότερες προσπάθειες για την ανταπόκριση των αρχιτεκτονικών όψεων στις καιρικές συνθήκες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε περίπλοκες τεχνικές συσκευές. Η έρευνά μας διερευνά πώς μπορούμε να αξιοποιήσουμε την ανταπόκριση του ίδιου του υλικού μέσω προηγμένου υπολογιστικού σχεδιασμού και προσθετικής κατασκευής», σημείωσε ο Menges.
Τα κτίρια συμβάλλουν σημαντικά στις παγκόσμιες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα λόγω των υψηλών ενεργειακών απαιτήσεων για τη διατήρηση άνετων εσωτερικών χώρων. Ως εκ τούτου, η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση, ψύξη και αερισμό είναι ζωτικής σημασίας για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής.
Η καινοτόμος ηλιακή πύλη καταδεικνύει τις δυνατότητες για βιώσιμες αρχιτεκτονικές λύσεις που είναι τόσο λειτουργικές όσο και αισθητικά ευχάριστες.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications.
Δείτε το βίντεο με τη λειτουργία του πρωτοποριακού συστήματος Solar Gate.