ELYTRA: Hoe de natuur onze toekomst zal vormgeven

Deze zomer heb ik heel juni door Europa gereisd. De ervaring was echt een wervelend avontuur, dat mijn kijk op bijna elk facet van de menselijke conditie veranderde. In elke stad, van Dublin tot Oslo en van Dresden tot Parijs, werd ik continu getroffen door de historische wonderen die elke stad te bieden had - maar wat ik niet verwachtte, was een glimp opvangen van de toekomst van het stadsleven.

Tijdens een bezoek aan het Victoria and Albert Museum (algemeen bekend als het V&A Museum) op een bloedhete dag, ging ik met tegenzin het openluchtpaviljoen binnen. Daar was ik verrast een tentoonstelling te zien met de titel ELYTRA, een schril contrast met de historische en antropologische tentoonstellingen in de V&A. ELYTRA is een technische innovatie die efficiënt en duurzaam is en waarschijnlijk de toekomst van onze openbare recreatieruimtes en architectuur zal bepalen.

Wat is ELYTRA?

De structuur genaamd ELYTRA is een bezoekende robottentoonstelling ontwikkeld door architecten Achim Menges en Moritz Dobelmann in samenwerking met bouwkundig ingenieur Jan Knippers en Thomas Auer, een klimaatingenieur. De interdisciplinaire tentoonstelling toont de toekomstige impact van op de natuur geïnspireerde ontwerpen op technologie, techniek en architectuur (Victoria & Albert).

De tentoonstelling bestond uit een gedeactiveerde robot die onder het midden van een complexe geweven structuur zat die hij had gebouwd. De zeshoekige stukken van de tentoonstelling zijn lichtgewicht, maar toch sterk en duurzaam.

Biomimicry: wat u moet weten

De zeshoekige structuur van elk stuk ELYTRA is ontwikkeld en geperfectioneerd door Biomimetic Engineering of Biomimicry. Biomimicry is een veld dat wordt bepaald door biologisch geïnspireerde ontwerpen en aanpassingen die zijn afgeleid van de natuur.

De geschiedenis van biomimicry is enorm. Al in 1000 na Christus probeerden de oude Chinezen synthetische stoffen te ontwikkelen die waren geïnspireerd op spinnenzijde. Leonardo da Vinci liet zich inspireren door vogels bij het ontwerpen van zijn beroemde blauwdrukken voor vliegmachines.

Tegenwoordig blijven ingenieurs naar de natuur kijken om nieuwe technologie te creëren. De kleverige tenen van gekko's inspireren het vermogen van een robot om trappen en muren te beklimmen. Haaienhuid inspireert aerodynamische badpakken met lage luchtweerstand voor atleten.

Biomimicry is echt een interdisciplinair en fascinerend gebied van wetenschap en technologie (Bhushan). De Biomimicry Instituut verkent dit veld en biedt manieren om betrokken te raken.

De inspiratie van ELYTRA

ELYTRA is geïnspireerd op de verharde ruggen van kevers. De dekschilden van kevers beschermen de delicate vleugels en het kwetsbare lichaam van het insect (Encyclopedia of Life). Deze harde beschermende schilden verbijsterden zowel ingenieurs, natuurkundigen als biologen.

Hoe kunnen deze dekschilden sterk genoeg zijn om de kever over de grond te laten rennen zonder hun uitrusting te beschadigen, terwijl ze tegelijkertijd licht genoeg zijn om te blijven vliegen? Het antwoord lag in het structurele ontwerp van dit materiaal. De dwarsdoorsnede van het dekschildenoppervlak laat zien dat de schalen zijn samengesteld uit kleine vezelbundels die de buiten- en binnenoppervlakken met elkaar verbinden, terwijl open holtes het totale gewicht verminderen.

Professor Ce Guo van het Institute of Bio-Inspired Structures and Surface Engineering aan de Nanjing University of Aeronautics and Astronautics publiceerde een paper over de ontwikkeling van een structuur gebaseerd op de natuurlijke fenomenen van de dekschilden. De overeenkomsten tussen het dekschildenmonster en de voorgestelde materiaalstructuur zijn opvallend.

De voordelen van biomimicry

Elytra bezit "uitstekende mechanische eigenschappen... zoals hoge intensiteit en taaiheid". In feite is deze schadebestendigheid ook wat biomimetische ontwerpen zoals ELYTRA zo duurzaam maakt - zowel voor ons milieu als voor onze economie.

Slechts één pond gewichtsbesparing op een burgervliegtuig zal bijvoorbeeld de CO2-uitstoot verminderen door het brandstofverbruik te verminderen. Datzelfde pond verwijderd materiaal zal de kosten van dat vliegtuig met $ 300 verlagen. Bij het toepassen van dat gewichtsbesparende biomateriaal op een ruimtestation, vertaalt één pond zich in meer dan $ 300,000 aan besparingen.

De wetenschap zou enorm vooruit kunnen gaan als innovaties zoals Guo's biomateriaal kan worden toegepast om fondsen efficiënter te verdelen (Guo et.al). In feite is een kenmerk van biomimicry de inspanningen voor duurzaamheid. Doelen van het veld zijn onder meer "van onderop bouwen, zelf-assemblage, optimaliseren in plaats van maximaliseren, vrije energie gebruiken, kruisbestuiving, diversiteit omarmen, aanpassen en evolueren, levensvriendelijke materialen en processen gebruiken, deelnemen aan symbiotische relaties en versterken de biosfeer.”

Aandacht voor hoe de natuur haar materialen heeft gemaakt, kan ervoor zorgen dat technologie op een natuurlijkere manier naast onze aarde kan bestaan, en vestigt de aandacht op hoeveel onze wereld is beschadigd door "onnatuurlijke" technologie (Crawford).

Naast de efficiëntie en duurzaamheid van ELYTRA, toont de tentoonstelling een enorm potentieel voor architectuur en de toekomst van de openbare recreatieruimte, dankzij het vermogen om te evolueren. De structuur is wat bekend staat als een "responsive shelter", met veel sensoren erin verweven.

ELYTRA bevat twee verschillende soorten sensoren waarmee het gegevens kan verzamelen over de wereld eromheen. Het eerste type zijn warmtebeeldcamera's. Deze sensoren detecteren anoniem de bewegingen en activiteiten van de mensen die van de schaduw genieten.

Het tweede type sensor zijn optische vezels die door de hele tentoonstelling lopen. Deze vezels verzamelen informatie over de omgeving rondom de structuur en bewaken het microklimaat onder de tentoonstelling. Verken datakaarten van de tentoonstelling hier.

De ongelooflijke realiteit van deze structuur is dat “de luifel zal groeien en van configuratie zal veranderen in de loop van het V&A Engineering-seizoen als reactie op de verzamelde gegevens. Hoe bezoekers het paviljoen afremmen, zal uiteindelijk gebeuren informeer hoe het bladerdak groeit en de vorm van nieuwe componenten (Victoria & Albert).”

Toen we in het paviljoen van het Victoria and Albert Museum stonden, was het duidelijk dat de structuur zou uitzetten om de ronding van de kleine vijver te volgen. De eenvoudige logica om de mensen die de ruimte gebruikten de architectuur te laten bepalen, was verbluffend diepgaand.