ELYTRA: Ako bude príroda formovať našu budúcnosť

Toto leto som strávil celý jún cestovaním po Európe. Táto skúsenosť bola skutočne vírom dobrodružstva, ktoré zmenilo môj pohľad na takmer každý aspekt ľudského stavu. V každom meste, od Dublinu po Oslo a Drážďany po Paríž, som bol neustále očarovaný historickými zázrakmi, ktoré každé mesto ponúkalo – ale čo som nečakal, bolo nahliadnuť do budúcnosti mestského života.

Počas návštevy Victoria and Albert Museum (známeho všeobecne ako V&A Museum) počas horúceho dňa som neochotne vstúpil do pavilónu pod holým nebom. Tam som bol prekvapený, keď som videl výstavu s názvom ELYTRA, čo je v ostrom kontraste s historickými a antropologickými exponátmi v rámci V&A. ELYTRA je inžinierska inovácia, ktorá je efektívna, udržateľná a pravdepodobne by mohla formovať budúcnosť našich verejných rekreačných priestorov a architektúry.

Čo je ELYTRA?

Štruktúra s názvom ELYTRA je návštevný exponát robotiky, ktorý vyvinuli architekti Achim Menges a Moritz Dobelmann v spolupráci so stavebným inžinierom Janom Knippersom a Thomasom Auerom, klimatickým inžinierom. Interdisciplinárna výstava demonštruje budúci vplyv dizajnov inšpirovaných prírodou na technológiu, inžinierstvo a architektúru (Victoria & Albert).

Exponát pozostával z deaktivovaného robota, ktorý sedel pod stredom komplexnej tkanej konštrukcie, ktorú postavil. Šesťhranné kusy exponátu sú ľahké, ale pevné a odolné.

Biomimikry: Čo potrebujete vedieť

Šesťuholníková štruktúra každého kusu ELYTRA bola vyvinutá a zdokonalená prostredníctvom biomimetického inžinierstva alebo biomimikry. Biomimikry je oblasť definovaná biologicky inšpirovanými návrhmi a úpravami odvodenými z prírody.

História biomimikry je rozsiahla. Už v roku 1000 nášho letopočtu sa starí Číňania pokúšali vyvinúť syntetickú tkaninu inšpirovanú pavúčím hodvábom. Leonardo da Vinci sa pri navrhovaní svojho slávneho lietajúceho stroja inšpiroval vtákmi.

Dnes inžinieri pokračujú v hľadaní prírody, aby vytvorili novú technológiu. Lepkavé prsty gekónov inšpirujú robotovu schopnosť liezť po schodoch a stenách. Žraločia koža inšpiruje športovcov k aerodynamickým plavkám s nízkym odporom.

Biomimikry je skutočne an interdisciplinárna a fascinujúca oblasť vedy a techniky (Bhushan). The Biomimikry inštitút skúma túto oblasť a poskytuje spôsoby, ako sa zapojiť.

Inšpirácia ELYTRA

ELYTRA bola inšpirovaná tvrdeným chrbtom chrobákov. Elytra chrobákov chráni jemné krídla a zraniteľné telo hmyzu (Encyklopédia života). Tieto tvrdé ochranné štíty zmiatli inžinierov, fyzikov aj biológov.

Ako by mohli byť tieto elytry dostatočne pevné, aby umožnili chrobákom pohybovať sa okolo zeme bez poškodenia ich vybavenia, a zároveň boli dostatočne ľahké na udržanie letu? Odpoveď spočívala v konštrukčnom riešení tohto materiálu. Prierez povrchu elytra ukazuje, že škrupiny sú zložené z malých zväzkov vlákien spájajúcich vonkajší a vnútorný povrch, zatiaľ čo otvorené dutiny znižujú celkovú hmotnosť.

Profesor Ce Guo z Inštitútu bio-inšpirovaných štruktúr a povrchového inžinierstva na Univerzite letectva a astronautiky Nanjing publikoval dokument podrobne o vývoji štruktúry založenej na prírodných javoch elytry. Podobnosti medzi vzorkou elytra a navrhovanou štruktúrou materiálu sú nápadné.

Výhody biomimikry

Elytra má "vynikajúce mechanické vlastnosti...ako vysoká intenzita a húževnatosťV skutočnosti je táto odolnosť voči poškodeniu tiež to, čo robí biomimetické dizajny ako ELYTRA také udržateľné – pre naše životné prostredie aj hospodárstvo.

Len jedna libra hmotnosti ušetrená napríklad na civilnom lietadle zníži emisie CO2 znížením spotreby paliva. Tá istá libra odstráneného materiálu zníži náklady na toto lietadlo o 300 dolárov. Pri použití tohto biomateriálu šetriaceho hmotnosť na vesmírnu stanicu sa jedna libra premieta do úspor viac ako 300,000 XNUMX dolárov.

Veda by mohla nesmierne napredovať, keď inovácie ako napr Guoov biomateriál možno použiť na efektívnejšie rozdeľovanie finančných prostriedkov (Guo a kol.). V skutočnosti je charakteristickým znakom biomimikry jej úsilie o udržateľnosť. Ciele tejto oblasti zahŕňajú „budovanie zdola nahor, samozostavovanie, optimalizáciu, nie maximalizáciu, využívanie voľnej energie, krížové opeľovanie, prijímanie rozmanitosti, prispôsobovanie sa a vývoj, používanie materiálov a procesov šetrných k životu, zapájanie sa do symbiotické vzťahy a posilňujú biosféru.

Pozornosť na to, ako príroda vytvorila svoje materiály, môže umožniť, aby technológia prirodzenejšie koexistovala s našou Zemou, a upozorniť na to, ako veľmi bol náš svet poškodený „neprirodzenou“ technológiou (Crawford).

Okrem efektívnosti a udržateľnosti ELYTRA výstava ukazuje obrovský potenciál pre architektúru a budúcnosť verejného rekreačného priestoru vďaka svojej schopnosti vyvíjať sa. Štruktúra je to, čo je známe ako „citlivý prístrešok“, do ktorého je zakomponovaných veľa senzorov.

ELYTRA obsahuje dva odlišné typy senzorov, ktoré jej umožňujú zbierať údaje o okolitom svete. Prvým typom sú termovízne kamery. Tieto senzory anonymne detegujú pohyb a aktivity ľudí, ktorí si užívajú tieň.

Druhým typom snímača sú optické vlákna prechádzajúce celým exponátom. Tieto vlákna zhromažďujú informácie o prostredí okolo konštrukcie, ako aj monitorujú mikroklímu pod exponátom. Preskúmajte dátové mapy výstavy tu.

Neuveriteľnou realitou tejto konštrukcie je, že „baldachýn bude rásť a meniť svoju konfiguráciu v priebehu inžinierskej sezóny V&A v reakcii na zozbierané údaje. Ako návštevníci inhibujú pavilón v konečnom dôsledku informovať o tom, ako vrchlík rastie a aký je tvar nových komponentov (Victoria & Albert).

Keď sme stáli v pavilóne Múzea Viktórie a Alberta, bolo jasné, že štruktúra sa rozšíri, aby sledovala krivku malého rybníka. Jednoduchá logika umožňujúca ľuďom, ktorí využívajú priestor určovať jeho architektúru, bola úžasne hlboká.