ELYTRA: Bagaimana alam semula jadi akan membentuk masa depan kita

Musim panas ini saya menghabiskan keseluruhan bulan Jun mengembara ke Eropah. Pengalaman itu benar-benar pengembaraan angin puyuh, mengubah perspektif saya pada hampir setiap aspek keadaan manusia. Di setiap bandar, dari Dublin ke Oslo dan Dresden ke Paris, saya sentiasa terpegun dengan keajaiban sejarah yang ditawarkan oleh setiap bandar--tetapi apa yang saya tidak jangkakan ialah melihat sekilas masa depan kehidupan bandar.

Semasa melawat Muzium Victoria dan Albert (dikenali secara meluas sebagai Muzium V&A) pada hari yang panas terik, saya dengan berat hati memasuki pavilion terbuka. Di sana, saya terkejut melihat pameran bertajuk ELYTRA, sangat berbeza dengan pameran sejarah dan antropologi dalam V&A. ELYTRA ialah inovasi kejuruteraan yang cekap, mampan dan berkemungkinan membentuk masa depan ruang rekreasi dan seni bina awam kami.

Apa itu ELYTRA?

Struktur yang dipanggil ELYTRA ialah pameran robotik pelawat yang dibangunkan oleh arkitek Achim Menges dan Moritz Dobelmann dengan kerjasama jurutera struktur Jan Knippers serta Thomas Auer, seorang jurutera iklim. Pameran antara disiplin menunjukkan kesan masa depan reka bentuk yang diilhamkan oleh alam semula jadi terhadap teknologi, kejuruteraan dan seni bina (Victoria & Albert).

Pameran itu terdiri daripada robot yang dinyahaktifkan duduk di bawah pusat struktur tenunan kompleks yang telah dibinanya. Potongan heksagon pameran adalah ringan, namun kuat dan tahan lama.

Biomimikri: Apa yang anda perlu tahu

Struktur heksagon setiap bahagian ELYTRA telah dibangunkan dan disempurnakan melalui Kejuruteraan Biomimetik, atau Biomimikri. Biomimikri ialah bidang yang ditakrifkan oleh reka bentuk dan penyesuaian yang diilhamkan secara biologi yang diperoleh daripada alam semula jadi.

Sejarah biomimikri adalah luas. Seawal 1000 Masihi, orang Cina purba cuba menghasilkan fabrik sintetik yang diilhamkan oleh sutera labah-labah. Leonardo da Vinci mengambil petunjuk daripada burung apabila mereka bentuk pelan tindakan mesin terbangnya yang terkenal.

Hari ini, jurutera terus melihat kepada alam semula jadi untuk mencipta teknologi baharu. Jari kaki tokek yang melekit memberi inspirasi kepada keupayaan robot untuk memanjat tangga dan dinding. Kulit jerung memberi inspirasi kepada pakaian renang seret rendah aerodinamik untuk atlet.

Biomimikri benar-benar satu bidang antara disiplin dan sains dan teknologi yang menarik (Bhushan). The Institut Biomimikri meneroka bidang ini dan menyediakan cara untuk melibatkan diri.

Inspirasi ELYTRA

ELYTRA diilhamkan oleh punggung kumbang yang keras. Elytra kumbang melindungi sayap halus dan badan serangga yang mudah terdedah (Ensiklopedia Kehidupan). Perisai pelindung keras ini membingungkan jurutera, ahli fizik dan ahli biologi.

Bagaimanakah elytra ini cukup kuat untuk membolehkan kumbang meluncur di sekeliling tanah tanpa merosakkan peralatan mereka, pada masa yang sama cukup ringan untuk mengekalkan penerbangan? Jawapannya terletak pada reka bentuk struktur bahan ini. Keratan rentas permukaan elytra menunjukkan bahawa cangkerang terdiri daripada berkas gentian kecil yang menghubungkan permukaan luar dan dalam, manakala rongga terbuka mengurangkan berat keseluruhan.

Profesor Ce Guo dari Institut Bio-Inspired Structures and Surface Engineering di Universiti Aeronautik dan Astronautik Nanjing menerbitkan kertas kerja yang memperincikan pembangunan struktur berdasarkan fenomena semula jadi elytra. Persamaan antara sampel elytra dan struktur bahan yang dicadangkan adalah menarik.

Faedah biomimikri

Elytra memiliki "sifat mekanikal yang sangat baik...seperti keamatan tinggi dan keliatan". Malah, rintangan kerosakan ini juga yang menjadikan reka bentuk biomimetik seperti ELYTRA begitu mampan – baik untuk alam sekitar dan ekonomi kita.

Hanya satu paun berat yang disimpan pada pesawat awam, sebagai contoh, akan mengurangkan pelepasan CO2 dengan mengurangkan penggunaan bahan api. Paun bahan yang sama dikeluarkan akan mengurangkan kos pesawat itu sebanyak $300. Apabila menggunakan biomaterial penjimatan berat itu ke stesen angkasa, satu paun diterjemahkan kepada lebih $300,000 penjimatan.

Sains boleh maju dengan pesat apabila inovasi seperti biomaterial Guo boleh digunakan untuk mengagihkan dana dengan lebih cekap (Guo et.al). Malah, ciri biomimikri ialah usahanya ke arah kemampanan. Matlamat bidang termasuk "membina dari bawah ke atas, memasang sendiri, mengoptimumkan dan bukannya memaksimumkan, menggunakan tenaga bebas, pendebungaan silang, menerima kepelbagaian, menyesuaikan diri dan berkembang, menggunakan bahan dan proses mesra hidup, terlibat dalam hubungan simbiotik, dan meningkatkan biosfera."

Perhatian kepada bagaimana alam semula jadi mencipta bahan-bahannya boleh membolehkan teknologi wujud bersama dengan lebih semula jadi dengan bumi kita, dan menarik perhatian kepada betapa dunia kita telah dirosakkan oleh teknologi "tidak semulajadi" (Crawford).

Sebagai tambahan kepada kecekapan dan kemampanan ELYTRA, pameran itu menunjukkan potensi besar untuk seni bina dan masa depan ruang rekreasi awam, kerana keupayaannya untuk berkembang. Struktur ini dikenali sebagai "tempat perlindungan responsif", dengan banyak penderia terjalin ke dalamnya.

ELYTRA mengandungi dua jenis penderia berbeza yang membolehkannya mengumpul data tentang dunia di sekelilingnya. Jenis pertama ialah kamera pengimejan terma. Penderia ini secara awanama mengesan pergerakan dan aktiviti orang yang menikmati teduhan.

Jenis sensor kedua ialah gentian optik yang mengalir melalui keseluruhan pameran. Gentian ini mengumpul maklumat mengenai persekitaran di sekeliling struktur serta memantau iklim mikro di bawah pameran. Terokai peta data pameran disini.

Realiti luar biasa struktur ini ialah "kanopi akan berkembang dan mengubah konfigurasinya sepanjang Musim Kejuruteraan V&A sebagai tindak balas kepada data yang dikumpul. Bagaimana pelawat menghalang astaka akhirnya akan memaklumkan bagaimana kanopi tumbuh dan bentuk komponen baharu (Victoria & Albert).”

Berdiri di dalam pavilion Muzium Victoria dan Albert, jelas bahawa struktur itu akan berkembang mengikuti lengkungan kolam kecil. Logik mudah untuk membenarkan orang ramai menggunakan ruang untuk menentukan seni binanya adalah sangat mendalam.