ELYTRA: Jak natura ukształtuje naszą przyszłość

Tego lata spędziłem cały czerwiec podróżując po Europie. To doświadczenie było naprawdę wirującą przygodą, zmieniającą moją perspektywę na prawie każdy aspekt ludzkiej kondycji. W każdym mieście, od Dublina po Oslo i Drezno, aż po Paryż, nieustannie uderzały mnie historyczne cuda, które każde miasto miało do zaoferowania – ale nie spodziewałem się zobaczyć wglądu w przyszłość miejskiego życia.

Odwiedzając Victoria and Albert Museum (znane powszechnie jako V&A Museum) w upalny dzień, niechętnie weszłam do pawilonu na świeżym powietrzu. Tam byłem zaskoczony, widząc wystawę zatytułowaną ELYTRA, wyraźny kontrast z historycznymi i antropologicznymi eksponatami w V&A. ELYTRA to innowacja inżynierska, która jest wydajna, zrównoważona i prawdopodobnie może kształtować przyszłość naszych publicznych przestrzeni rekreacyjnych i architektury.

Co to jest ELYTRA?

Konstrukcja o nazwie ELYTRA to wizytująca wystawa robotyki opracowana przez architektów Achima Mengesa i Moritza Dobelmanna we współpracy z inżynierem budowlanym Janem Knippersem oraz Thomasem Auerem, inżynierem ds. klimatu. Interdyscyplinarna wystawa pokazuje przyszły wpływ inspirowanych naturą projektów na technologię, inżynierię i architekturę (Wiktoria i Albert).

Eksponat składał się z nieaktywnego robota siedzącego pod środkiem złożonej, tkanej struktury, którą zbudował. Sześciokątne elementy eksponatu są lekkie, a jednocześnie mocne i trwałe.

Biomimikra: co musisz wiedzieć

Heksagonalna struktura każdego elementu ELYTRA została opracowana i udoskonalona za pomocą inżynierii biomimetycznej lub biomimikry. Biomimikra to dziedzina zdefiniowana przez projekty i adaptacje inspirowane biologią pochodzące z natury.

Historia biomimikry jest rozległa. Już w 1000 rne starożytni Chińczycy próbowali opracować tkaninę syntetyczną inspirowaną jedwabiem pajęczym. Leonardo da Vinci wzorował się na ptakach, projektując swoje słynne plany latającej maszyny.

Dziś inżynierowie nadal patrzą na naturę, aby tworzyć nowe technologie. Lepkie palce gekonów inspirują robota do wchodzenia po schodach i ścianach. Skóra rekina inspiruje aerodynamiczne stroje kąpielowe o niskim oporze dla sportowców.

Biomimikra jest naprawdę interdyscyplinarna i fascynująca dziedzina nauki i techniki (Bhuszan). The Instytut Biomimiki bada tę dziedzinę i dostarcza sposobów na zaangażowanie.

Inspiracja ELYTRA

ELYTRA została zainspirowana utwardzonymi grzbietami chrząszczy. Elytra chrząszczy chroni delikatne skrzydła i wrażliwe ciało owada (Encyklopedia życia). Te twarde tarcze ochronne wprawiały w zakłopotanie inżynierów, fizyków i biologów.

W jaki sposób te elytry mogą być wystarczająco silne, aby umożliwić chrząszczowi kołysanie się po ziemi bez uszkadzania sprzętu, a jednocześnie są wystarczająco lekkie, aby utrzymać lot? Odpowiedź leżała w projekcie konstrukcyjnym tego materiału. Przekrój powierzchni elytry pokazuje, że skorupy składają się z małych wiązek włókien łączących powierzchnię zewnętrzną i wewnętrzną, podczas gdy otwarte wnęki zmniejszają całkowitą wagę.

Profesor Ce Guo z Instytutu Struktur Zainspirowanych Biologią i Inżynierii Powierzchni na Uniwersytecie Lotnictwa i Astronautyki w Nankinie opublikował artykuł szczegółowo opisujący rozwój struktury opartej na naturalnych zjawiskach elytry. Podobieństwa między próbką elytry a proponowaną strukturą materiału są uderzające.

Korzyści z biomimikry

Elytra posiada "doskonałe właściwości mechaniczne...takie jak wysoka intensywność i wytrzymałość„. W rzeczywistości ta odporność na uszkodzenia jest również tym, co sprawia, że ​​projekty biomimetyczne, takie jak ELYTRA, są tak zrównoważone – zarówno dla naszego środowiska, jak i gospodarki.

Na przykład tylko jeden funt wagi zaoszczędzony na cywilnym samolocie zmniejszy emisje CO2 poprzez zmniejszenie zużycia paliwa. Ten sam funt usuniętego materiału obniży koszt tego samolotu o 300 USD. Przy zastosowaniu tego biomateriału zmniejszającego wagę na stacji kosmicznej, jeden funt przekłada się na ponad 300,000 XNUMX USD oszczędności.

Nauka może ogromnie się rozwinąć dzięki takim innowacjom, jak: Biomateriał Guo można zastosować do bardziej efektywnej dystrybucji funduszy (Guo i in.). W rzeczywistości znakiem rozpoznawczym biomimikry są wysiłki na rzecz zrównoważonego rozwoju. Cele w tej dziedzinie obejmują „budowanie od podstaw, samodzielny montaż, raczej optymalizację niż maksymalizację, wykorzystanie darmowej energii, zapylanie krzyżowe, przyjęcie różnorodności, adaptację i ewolucję, wykorzystanie materiałów i procesów przyjaznych dla życia, zaangażowanie w symbiotyczne relacje i wzmacniają biosferę”.

Zwrócenie uwagi na to, w jaki sposób natura stworzyła swoje materiały, może pozwolić technologii na bardziej naturalne współistnienie z naszą ziemią i zwrócić uwagę na to, jak bardzo nasz świat został uszkodzony przez „nienaturalną” technologię (Crawford).

Oprócz wydajności i trwałości ELYTRA, eksponat pokazuje ogromny potencjał dla architektury i przyszłości publicznej przestrzeni rekreacyjnej, ze względu na jej zdolność do ewolucji. Struktura jest tak zwana „responsywnym schronieniem”, w którą wpleciono wiele czujników.

ELYTRA zawiera dwa różne typy czujników, które pozwalają na zbieranie danych o otaczającym ją świecie. Pierwszy typ to kamery termowizyjne. Czujniki te anonimowo wykrywają ruch i aktywność osób korzystających z cienia.

Drugim rodzajem sensora są światłowody biegnące przez cały eksponat. Włókna te zbierają informacje dotyczące środowiska otaczającego konstrukcję oraz monitorują mikroklimat pod eksponatem. Przeglądaj mapy danych wystawy tutaj.

Niesamowita rzeczywistość tej konstrukcji polega na tym, że „skrzydło będzie rosło i zmieniało swoją konfigurację w trakcie sezonu inżynieryjnego V&A w odpowiedzi na zebrane dane. W jaki sposób odwiedzający będą ostatecznie hamować pawilon poinformuj jak rośnie czasza i jaki jest kształt nowych elementów (Wiktoria i Albert).”

Stając w pawilonie Muzeum Wiktorii i Alberta, było jasne, że struktura rozszerzy się, podążając za krzywizną małego stawu. Prosta logika pozwalająca ludziom korzystającym z przestrzeni określić jej architekturę była oszałamiająco głęboka.