إليترا: كيف ستشكل الطبيعة مستقبلنا

قضيت هذا الصيف كامل شهر يونيو في السفر إلى أوروبا. كانت التجربة حقًا مغامرة عاصفة ، غيرت وجهة نظري تقريبًا في كل جانب من جوانب الحالة البشرية. في كل مدينة ، من دبلن إلى أوسلو ومن درسدن إلى باريس ، أذهلتني باستمرار العجائب التاريخية التي يجب أن تقدمها كل مدينة - لكن ما لم أكن أتوقعه هو رؤية لمحة عن مستقبل الحياة الحضرية.

أثناء زيارتي لمتحف فيكتوريا وألبرت (المعروف على نطاق واسع باسم متحف فيكتوريا وألبرت) في يوم شديد الحرارة ، دخلت على مضض إلى الجناح المكشوف. هناك ، فوجئت برؤية معرض بعنوان ELYTRA ، وهو تناقض صارخ مع المعروضات التاريخية والأنثروبولوجية داخل متحف فيكتوريا وألبرت. ELYTRA هو ابتكار هندسي فعال ومستدام ومن المحتمل أن يشكل مستقبل المساحات الترفيهية العامة والهندسة المعمارية.

ما هي اليترا؟

الهيكل المسمى ELYTRA هو معرض روبوتات زائر تم تطويره من قبل المهندسين المعماريين Achim Menges و Moritz Dobelmann بالتعاون مع المهندس الإنشائي Jan Knippers بالإضافة إلى Thomas Auer ، مهندس المناخ. يوضح المعرض متعدد التخصصات التأثير المستقبلي للتصاميم المستوحاة من الطبيعة على التكنولوجيا والهندسة والعمارة (فيكتوريا وألبرت).

يتألف المعرض من روبوت معطل يجلس تحت مركز هيكل منسوج معقد كان قد شيده. القطع السداسية من المعرض خفيفة الوزن لكنها قوية ومتينة.

تقليد الطبيعة: ما تحتاج إلى معرفته

تم تطوير الهيكل السداسي لكل قطعة من ELYTRA وإتقانه من خلال الهندسة الحيوية ، أو التقليد الحيوي. تقليد الطبيعة هو مجال محدد بالتصاميم المستوحاة من الطبيعة والتكيفات المستمدة من الطبيعة.

تاريخ التقليد الحيوي واسع. في وقت مبكر من عام 1000 بعد الميلاد ، حاول الصينيون القدماء تطوير نسيج صناعي مستوحى من حرير العنكبوت. أخذ ليوناردو دافنشي إشارات من الطيور عند تصميم مخططاته الشهيرة لآلة الطيران.

اليوم ، يواصل المهندسون النظر إلى الطبيعة من أجل ابتكار تقنية جديدة. تلهم أصابع Geckos اللاصقة قدرة الروبوت على تسلق السلالم والجدران. يُلهم جلد سمك القرش المايوه الهوائية منخفضة السحب للرياضيين.

تقليد الطبيعة هو حقًا مجال متعدد التخصصات ورائع للعلوم والتكنولوجيا (بوشان). ال معهد تقليد الطبيعة يستكشف هذا المجال ويوفر طرقًا للمشاركة.

مصدر إلهام إليترا

استلهمت ELYTRA من صلابة ظهور الخنافس. تحمي elytra من الخنافس الأجنحة الرقيقة والجسم الضعيف للحشرة (موسوعة الحياة). حيرت هذه الدروع الواقية الصلبة المهندسين والفيزيائيين وعلماء الأحياء على حد سواء.

كيف يمكن أن تكون هذه الإيليترا قوية بما يكفي للسماح للخنفساء بالالتفاف حول الأرض دون إتلاف معداتها ، بينما تكون في نفس الوقت خفيفة بدرجة كافية للحفاظ على الطيران؟ تكمن الإجابة في التصميم الهيكلي لهذه المادة. يوضح المقطع العرضي لسطح elytra أن الأصداف تتكون من حزم ألياف صغيرة تربط الأسطح الخارجية والداخلية ، بينما تقلل التجاويف المفتوحة الوزن الإجمالي.

نشر البروفيسور سي جو من معهد الهياكل المستوحاة من الحيوية وهندسة الأسطح في جامعة نانجينغ للملاحة الجوية والملاحة الفضائية ورقة توضح بالتفصيل تطور هيكل قائم على الظواهر الطبيعية للإيليترا. أوجه التشابه بين عينة إليترا وبنية المادة المقترحة مذهلة.

فوائد تقليد الطبيعة

تمتلك إليترا "خواص ميكانيكية ممتازة ... مثل الشدة والصلابةفي الواقع ، هذه المقاومة للضرر هي أيضًا ما يجعل تصاميم المحاكاة الحيوية مثل ELYTRA مستدامة للغاية - لكل من بيئتنا واقتصادنا.

على سبيل المثال ، سيؤدي توفير رطل واحد فقط من الوزن على متن طائرة مدنية إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عن طريق تقليل استهلاك الوقود. ستؤدي إزالة نفس الرطل من المواد إلى خفض التكلفة على تلك الطائرة بمقدار 2 دولار. عند تطبيق هذه المادة الحيوية الموفرة للوزن على محطة فضائية ، فإن الجنيه الواحد يترجم إلى توفير أكثر من 300 دولار.

يمكن أن يتقدم العلم بشكل كبير عندما تتطور ابتكارات مثل المواد الحيوية في قوه يمكن تطبيقها لتوزيع الأموال بشكل أكثر كفاءة (Guo et.al). في الواقع ، السمة المميزة لمحاكاة الطبيعة هي جهودها نحو الاستدامة. تشمل أهداف المجال "البناء [من] القاعدة إلى القمة ، والتجميع الذاتي ، والتحسين بدلاً من التعظيم ، واستخدام الطاقة المجانية ، والتلقيح المتبادل ، واحتضان التنوع ، والتكيف والتطور ، واستخدام المواد والعمليات الصديقة للحياة ، والمشاركة في العلاقات التكافلية ، وتعزيز المحيط الحيوي ".

الانتباه إلى كيفية صياغة الطبيعة لموادها يمكن أن يسمح للتكنولوجيا بالتعايش بشكل طبيعي مع أرضنا ، ولفت الانتباه إلى مقدار الضرر الذي لحق بعالمنا بسبب التكنولوجيا "غير الطبيعية" (كروفورد).

بالإضافة إلى كفاءة واستدامة ELYTRA ، يُظهر المعرض إمكانات هائلة للهندسة المعمارية ومستقبل الفضاء الترفيهي العام ، نظرًا لقدرته على التطور. الهيكل هو ما يُعرف باسم "المأوى المتجاوب" ، مع العديد من أجهزة الاستشعار المتداخلة فيه.

تحتوي ELYTRA على نوعين متميزين من أجهزة الاستشعار التي تسمح لها بجمع البيانات حول العالم من حولها. النوع الأول هو كاميرات التصوير الحراري. تكتشف هذه المستشعرات بشكل مجهول حركة وأنشطة الأشخاص الذين يستمتعون بالظل.

النوع الثاني من أجهزة الاستشعار هو الألياف الضوئية التي تمر عبر كامل المعروضات. تجمع هذه الألياف المعلومات المتعلقة بالبيئة المحيطة بالهيكل وكذلك مراقبة المناخ الجزئي أسفل المعرض. استكشف خرائط البيانات للمعرض هنا.

الحقيقة المذهلة لهذا الهيكل هي أن "المظلة ستنمو وتغير تكوينها على مدار موسم هندسة فيكتوريا وألبرت في استجابة للبيانات التي تم جمعها. كيف سيمنع الزوار الجناح في النهاية أخبر كيف تنمو المظلة وشكل المكونات الجديدة (فيكتوريا وألبرت). "

بالوقوف داخل جناح متحف فيكتوريا وألبرت ، كان من الواضح أن الهيكل سوف يتوسع ليتبع منحنى البركة الصغيرة. كان المنطق البسيط للسماح للأشخاص الذين يستخدمون المساحة لتحديد هندستها العميقة بشكل مذهل.