ELYTRA: Wie die Natur unsere Zukunft gestalten wird

Diesen Sommer verbrachte ich den gesamten Juni damit, Europa zu bereisen. Die Erfahrung war wirklich ein Wirbelsturm-Abenteuer, das meine Perspektive auf fast jede Facette des menschlichen Daseins veränderte. In jeder Stadt, von Dublin bis Oslo und von Dresden bis Paris, war ich immer wieder beeindruckt von den historischen Wundern, die jede Stadt zu bieten hatte – aber was ich nicht erwartet hatte, war, einen Einblick in die Zukunft des urbanen Lebens zu bekommen.

Als ich an einem brütend heißen Tag das Victoria and Albert Museum (allgemein als V&A Museum bekannt) besuchte, betrat ich widerwillig den Open-Air-Pavillon. Dort war ich überrascht, eine Ausstellung mit dem Titel ELYTRA zu sehen, ein starker Kontrast zu den historischen und anthropologischen Exponaten im V&A. ELYTRA ist eine technische Innovation, die effizient und nachhaltig ist und wahrscheinlich die Zukunft unserer öffentlichen Erholungsräume und Architektur prägen könnte.

Was ist ELYTRA?

Die Struktur mit dem Namen ELYTRA ist eine Roboterausstellung, die von den Architekten Achim Menges und Moritz Dobelmann in Zusammenarbeit mit dem Bauingenieur Jan Knippers und dem Klimaingenieur Thomas Auer entwickelt wurde. Die interdisziplinäre Ausstellung demonstriert die zukünftigen Auswirkungen naturinspirierter Designs auf Technologie, Ingenieurwesen und Architektur (Viktoria & Albert).

Das Exponat bestand aus einem deaktivierten Roboter, der unter der Mitte einer komplexen gewebten Struktur saß, die er gebaut hatte. Die sechseckigen Teile des Exponats sind leicht, aber dennoch stark und langlebig.

Biomimikry: Was Sie wissen müssen

Die sechseckige Struktur jedes ELYTRA-Stücks wurde durch Biomimetic Engineering oder Biomimicry entwickelt und perfektioniert. Biomimikry ist ein Feld, das durch biologisch inspirierte Designs und Anpassungen aus der Natur definiert wird.

Die Geschichte der Biomimikry ist umfangreich. Bereits im Jahr 1000 n. Chr. versuchten die alten Chinesen, synthetische Stoffe zu entwickeln, die von Spinnenseide inspiriert waren. Leonardo da Vinci hat sich bei der Gestaltung seiner berühmten Flugmaschinen-Blaupausen von Vögeln inspirieren lassen.

Heute schauen Ingenieure weiterhin auf die Natur, um neue Technologien zu entwickeln. Die klebrigen Zehen von Geckos inspirieren die Fähigkeit eines Roboters, Treppen und Wände zu erklimmen. Haifischhaut inspiriert aerodynamische Badeanzüge mit geringem Luftwiderstand für Sportler.

Biomimikry ist wirklich ein interdisziplinäres und faszinierendes Gebiet von Wissenschaft und Technik (Bhuschan). Das Institut für Bionik erforscht dieses Feld und bietet Möglichkeiten, sich zu engagieren.

Die Inspiration von ELYTRA

ELYTRA wurde von den harten Käferrücken inspiriert. Die Flügeldecken der Käfer schützen die zarten Flügel und den verletzlichen Körper des Insekts (Enzyklopädie des Lebens). Diese harten Schutzschilde verwirrten Ingenieure, Physiker und Biologen gleichermaßen.

Wie könnten diese Flügeldecken stark genug sein, um es dem Käfer zu ermöglichen, über den Boden zu rasen, ohne seine Ausrüstung zu beschädigen, und gleichzeitig leicht genug sein, um den Flug aufrechtzuerhalten? Die Antwort lag in der strukturellen Gestaltung dieses Materials. Der Querschnitt der Elytra-Oberfläche zeigt, dass die Schalen aus kleinen Faserbündeln bestehen, die die Außen- und Innenflächen verbinden, während offene Hohlräume das Gesamtgewicht reduzieren.

Professor Ce Guo vom Institute of Bio-Inspired Structures and Surface Engineering an der Nanjing University of Aeronautics and Astronautics veröffentlichte ein Papier, in dem er die Entwicklung einer Struktur auf der Grundlage der natürlichen Phänomene der Flügeldecken detailliert beschreibt. Die Ähnlichkeiten zwischen der Elytra-Probe und der vorgeschlagenen Materialstruktur sind frappierend.

Die Vorteile der Bionik

Elytra besitzt "ausgezeichnete mechanische Eigenschaften ... wie hohe Intensität und Zähigkeit„Diese Schadensresistenz macht bionische Konstruktionen wie ELYTRA auch so nachhaltig – sowohl für unsere Umwelt als auch für die Wirtschaft.

Nur ein Pfund Gewichtsersparnis beispielsweise bei einem Zivilflugzeug reduziert den CO2-Ausstoß durch Senkung des Treibstoffverbrauchs. Das gleiche Pfund an entferntem Material wird die Kosten für dieses Flugzeug um 300 US-Dollar senken. Bei der Anwendung dieses gewichtssparenden Biomaterials auf einer Raumstation bedeutet ein Pfund Einsparungen von über 300,000 US-Dollar.

Die Wissenschaft könnte enorm vorankommen, wenn Innovationen wie z Guos Biomaterial kann angewendet werden, um Mittel effizienter zu verteilen (Guo et.al.). Tatsächlich ist ein Markenzeichen der Biomimikry ihr Streben nach Nachhaltigkeit. Zu den Zielen des Feldes gehören „von unten nach oben aufbauen, Selbstorganisation, optimieren statt maximieren, freie Energie nutzen, sich gegenseitig befruchten, Vielfalt annehmen, sich anpassen und weiterentwickeln, lebensfreundliche Materialien und Prozesse verwenden, sich engagieren symbiotische Beziehungen und bereichern die Biosphäre.“

Die Aufmerksamkeit dafür, wie die Natur ihre Materialien hergestellt hat, kann es der Technologie ermöglichen, auf natürlichere Weise mit unserer Erde zu koexistieren, und die Aufmerksamkeit darauf lenken, wie sehr unsere Welt durch „unnatürliche“ Technologie geschädigt wurde (Crawford).

Neben der Effizienz und Nachhaltigkeit von ELYTRA zeigt das Exponat aufgrund seiner Weiterentwicklungsfähigkeit ein immenses Potenzial für die Architektur und die Zukunft des öffentlichen Freizeitraums. Die Struktur ist ein sogenannter „Responsive Shelter“, in den viele Sensoren verwoben sind.

ELYTRA enthält zwei unterschiedliche Arten von Sensoren, die es ihm ermöglichen, Daten über die ihn umgebende Welt zu sammeln. Der erste Typ sind Wärmebildkameras. Diese Sensoren erfassen anonym die Bewegungen und Aktivitäten der Menschen, die den Schatten genießen.

Der zweite Sensortyp sind optische Fasern, die durch das gesamte Exponat verlaufen. Diese Fasern sammeln Informationen über die Umgebung der Struktur und überwachen das Mikroklima unter dem Exponat. Erkunden Sie Datenkarten der Ausstellung hier.

Die unglaubliche Realität dieser Struktur ist, dass „die Überdachung wachsen und ihre Konfiguration im Laufe der V&A-Engineering-Saison als Reaktion auf die gesammelten Daten ändern wird. Wie Besucher den Pavillon hemmen wird letztlich informieren, wie die Überdachung wächst und die Form neuer Komponenten (Victoria & Albert).“

Als man im Pavillon des Victoria and Albert Museums stand, war klar, dass sich die Struktur ausdehnen würde, um der Kurve des kleinen Teichs zu folgen. Die einfache Logik, den Menschen, die den Raum nutzen, zu erlauben, seine Architektur zu bestimmen, war verblüffend tiefgreifend.