ELYTRA: Jak příroda utváří naši budoucnost

Toto léto jsem strávil celý červen cestováním po Evropě. Zážitek byl skutečně bouřlivým dobrodružstvím, které změnilo můj pohled na téměř každý aspekt lidského stavu. V každém městě, od Dublinu po Oslo a Drážďany po Paříž, jsem byl neustále ohromen historickými zázraky, které každé město mohlo nabídnout – ale to, co jsem nečekal, bylo nahlédnout do budoucnosti městského života.

Během návštěvy Victoria and Albert Museum (známého široce jako V&A Museum) za horkého dne jsem neochotně vstoupil do pavilonu pod širým nebem. Tam mě překvapilo, že jsem viděl výstavu s názvem ELYTRA, což je v ostrém kontrastu k historickým a antropologickým exponátům ve V&A. ELYTRA je inženýrská inovace, která je efektivní, udržitelná a pravděpodobně by mohla utvářet budoucnost našich veřejných rekreačních prostor a architektury.

Co je ELYTRA?

Struktura nazvaná ELYTRA je návštěvní exponát robotiky, který vyvinuli architekti Achim Menges a Moritz Dobelmann ve spolupráci se statikem Janem Knippersem a Thomasem Auerem, klimatickým inženýrem. Interdisciplinární výstava demonstruje budoucí dopad přírodou inspirovaných návrhů na technologii, inženýrství a architekturu (Victoria & Albert).

Exponát sestával z deaktivovaného robota sedícího pod středem složité tkané konstrukce, kterou postavil. Šestihranné kusy exponátu jsou lehké, přesto pevné a odolné.

Biomimikry: Co potřebujete vědět

Šestiúhelníková struktura každého kusu ELYTRA byla vyvinuta a zdokonalena pomocí biomimetické techniky neboli biomimikry. Biomimikry je obor definovaný biologicky inspirovanými návrhy a adaptacemi odvozenými z přírody.

Historie biomimikry je rozsáhlá. Již v roce 1000 našeho letopočtu se staří Číňané pokoušeli vyvinout syntetickou látku inspirovanou pavoučím hedvábím. Leonardo da Vinci se při navrhování svých slavných plánů létajících strojů inspiroval ptáky.

Dnes se inženýři nadále zaměřují na přírodu, aby vytvořili nové technologie. Lepkavé prsty gekonů inspirují robotovu schopnost lézt po schodech a stěnách. Žraločí kůže inspiruje pro sportovce aerodynamické plavky s nízkým odporem.

Biomimikry je skutečně an interdisciplinární a fascinující oblast vědy a techniky (Bhushan). The Biomimicry Institute zkoumá tuto oblast a poskytuje způsoby, jak se zapojit.

Inspirace ELYTRA

ELYTRA se inspirovala tvrzenými hřbety brouků. Elytra brouků chrání jemná křídla a zranitelné tělo hmyzu (Encyklopedie života). Tyto tvrdé ochranné štíty zmátly inženýry, fyziky i biology.

Jak mohly být tyto elytry dostatečně silné, aby umožnily broukům pohybovat se kolem země, aniž by poškodily jejich vybavení, a zároveň byly dostatečně lehké, aby udržely let? Odpověď spočívala v konstrukčním řešení tohoto materiálu. Průřez povrchu elytra ukazuje, že skořepiny jsou složeny z malých svazků vláken spojujících vnější a vnitřní povrch, zatímco otevřené dutiny snižují celkovou hmotnost.

Profesor Ce Guo z Institutu bio-inspirovaných struktur a povrchového inženýrství na Univerzitě letectví a kosmonautiky v Nanjingu publikoval článek podrobně popisující vývoj struktury založené na přírodních jevech elytry. Podobnosti mezi vzorkem elytra a navrženou strukturou materiálu jsou nápadné.

Výhody biomimikry

Elytra má"vynikající mechanické vlastnosti...jako je vysoká intenzita a houževnatostTato odolnost proti poškození je ve skutečnosti také to, co dělá biomimetické designy jako ELYTRA tak udržitelné – jak pro naše životní prostředí, tak pro ekonomiku.

Pouhá libra hmotnosti ušetřená například na civilním letadle sníží emise CO2 snížením spotřeby paliva. Stejná libra odstraněného materiálu sníží náklady na toto letadlo o 300 USD. Při použití tohoto biomateriálu pro úsporu hmotnosti na vesmírné stanici se jedna libra překládá na úsporu více než 300,000 XNUMX dolarů.

Věda by mohla nesmírně pokročit, když inovace jako např Guův biomateriál lze použít k efektivnějšímu rozdělování finančních prostředků (Guo et.al.). Ve skutečnosti je charakteristickým znakem biomimikry její úsilí o udržitelnost. Mezi cíle tohoto oboru patří „budování [budování] zdola nahoru, samosestavování, optimalizace spíše než maximalizace, využívání volné energie, křížové opylování, přijímání rozmanitosti, přizpůsobování a vyvíjení, používání materiálů a procesů šetrných k životu, zapojení do symbiotické vztahy a posílení biosféry.

Pozornost na to, jak příroda vytvořila své materiály, může technologii umožnit přirozenější koexistenci s naší Zemí a upozornit na to, jak moc byl náš svět poškozen „nepřirozenou“ technologií (Crawford).

Kromě účinnosti a udržitelnosti ELYTRA výstava ukazuje obrovský potenciál pro architekturu a budoucnost veřejného rekreačního prostoru díky své schopnosti se vyvíjet. Struktura je to, čemu se říká „citlivý úkryt“ s mnoha senzory vetknutými do ní.

ELYTRA obsahuje dva odlišné typy senzorů, které jí umožňují sbírat data o okolním světě. Prvním typem jsou termovizní kamery. Tyto senzory anonymně detekují pohyb a aktivity lidí užívajících si stín.

Druhým typem senzoru jsou optická vlákna procházející celým exponátem. Tato vlákna shromažďují informace o prostředí kolem konstrukce a také monitorují mikroklima pod exponátem. Prozkoumejte datové mapy výstavy zde.

Neuvěřitelná realita této struktury je, že „kryt poroste a změní svou konfiguraci v průběhu V&A Engineering Season v reakci na shromážděná data. Jak budou návštěvníci pavilonu bránit v konečném důsledku informovat o tom, jak padák roste a tvar nových komponentů (Victoria & Albert).

Když jsme stáli uvnitř pavilonu Victoria and Albert Museum, bylo jasné, že stavba se rozšíří, aby sledovala křivku malého rybníka. Jednoduchá logika umožňující lidem využívajícím prostor určovat jeho architekturu byla úžasně hluboká.