ELYTRA: Hur naturen kommer att forma vår framtid

Den här sommaren tillbringade jag hela juni med att resa Europa. Upplevelsen var verkligen ett virvelvindsäventyr, som förändrade mitt perspektiv på nästan alla aspekter av det mänskliga tillståndet. I varje stad, från Dublin till Oslo och Dresden till Paris, slogs jag ständigt av de historiska underverk som varje stad hade att erbjuda - men vad jag inte förväntade mig var att få se en glimt av framtiden för urban livsstil.

När jag besökte Victoria and Albert Museum (känd allmänt som V&A Museum) en blåsig varm dag gick jag motvilligt in i friluftspaviljongen. Där blev jag förvånad över att se en utställning med titeln ELYTRA, en stark kontrast till de historiska och antropologiska utställningarna inom V&A. ELYTRA är en teknisk innovation som är effektiv, hållbar och sannolikt kan forma framtiden för våra offentliga rekreationsutrymmen och arkitektur.

Vad är ELYTRA?

Strukturen som kallas ELYTRA är en besökande robotikutställning utvecklad av arkitekterna Achim Menges och Moritz Dobelmann i samarbete med konstruktionsingenjören Jan Knippers samt Thomas Auer, klimatingenjör. Den tvärvetenskapliga utställningen visar den framtida inverkan av naturinspirerad design på teknik, ingenjörskonst och arkitektur (Victoria & Albert).

Utställningen bestod av en avaktiverad robot som satt under mitten av en komplex vävd struktur som den hade byggt. De sexkantiga delarna av utställningen är lätta, men ändå starka och hållbara.

Biomimicry: Vad du behöver veta

Den hexagonala strukturen för varje del av ELYTRA utvecklades och fulländades genom Biomimetic Engineering, eller Biomimicry. Biomimicry är ett fält som definieras av biologiskt inspirerade design och anpassningar härledda från naturen.

Historien om biomimik är enorm. Redan år 1000 e.Kr. försökte de gamla kineserna utveckla syntetiskt tyg inspirerat av spindelsilke. Leonardo da Vinci tog ledtrådar från fåglar när han designade sina berömda flygmaskiner.

Idag fortsätter ingenjörer att se till naturen för att skapa ny teknik. Geckos klibbiga tår inspirerar en robots förmåga att klättra i trappor och väggar. Hajskinn inspirerar till aerodynamiska baddräkter med låg dragkraft för idrottare.

Biomimicry är verkligen en tvärvetenskapligt och fascinerande område inom vetenskap och teknik (Bhushan). De Biomimicry Institute utforskar detta område och ger sätt att engagera sig.

Inspirationen av ELYTRA

ELYTRA inspirerades av skalbaggarnas härdade ryggar. Skalbaggarnas elytra skyddar insektens ömtåliga vingar och sårbara kropp (Encyclopedia of Life). Dessa hårda skyddande sköldar förbryllade både ingenjörer, fysiker och biologer.

Hur kunde dessa elytra vara tillräckligt starka för att tillåta skalbaggen att röra sig runt marken utan att skada deras utrustning, samtidigt som de är tillräckligt lätta för att upprätthålla flygningen? Svaret låg i den strukturella utformningen av detta material. Tvärsnittet av elytra-ytan visar att skalen är sammansatta av små fiberknippen som förbinder de yttre och inre ytorna, medan öppna hålrum minskar den totala vikten.

Professor Ce Guo från Institute of Bio-Inspired Structures and Surface Engineering vid Nanjing University of Aeronautics and Astronautics publicerade en artikel som beskriver utvecklingen av en struktur baserad på elytrans naturfenomen. Likheterna mellan elytraprovet och den föreslagna materialstrukturen är slående.

Fördelarna med biomimik

Elytra besitter "utmärkta mekaniska egenskaper...såsom hög intensitet och seghet". Faktum är att denna skadebeständighet också är det som gör biomimetiska konstruktioner som ELYTRA så hållbara – både för vår miljö och ekonomi.

Bara ett kilo vikt sparas på ett civilt flygplan, till exempel, kommer att minska CO2-utsläppen genom att minska bränsleförbrukningen. Samma pund av material som tas bort kommer att minska kostnaderna på det flygplanet med 300 dollar. När man applicerar det viktbesparande biomaterialet på en rymdstation, översätts ett pund till över 300,000 XNUMX USD i besparingar.

Vetenskapen skulle kunna avancera oerhört när innovationer som t.ex Guos biomaterial kan användas för att mer effektivt fördela medel (Guo et.al). Faktum är att ett kännetecken för biomimik är dess ansträngningar för hållbarhet. Målen för fältet inkluderar "bygga [nedifrån och upp], självmontering, optimera snarare än maximera, använda gratis energi, korsbefrukta, omfamna mångfald, anpassa och utvecklas, använda livsvänliga material och processer, engagera sig i symbiotiska relationer och förbättra biosfären."

Uppmärksamhet på hur naturen har skapat sina material kan tillåta teknik att samexistera mer naturligt med vår jord, och uppmärksamma hur mycket vår värld har skadats av "onaturlig" teknik (Crawford).

Förutom effektiviteten och hållbarheten hos ELYTRA visar utställningen en enorm potential för arkitektur och framtiden för offentliga rekreationsutrymmen, på grund av dess förmåga att utvecklas. Strukturen är vad som kallas ett "responsivt skydd", med många sensorer invävda i den.

ELYTRA innehåller två distinkta typer av sensorer som gör att den kan samla in data om världen som omger den. Den första typen är värmekameror. Dessa sensorer upptäcker anonymt rörelser och aktiviteter för personer som njuter av skuggan.

Den andra typen av sensor är optiska fibrer som löper genom hela utställningen. Dessa fibrer samlar in information om miljön kring strukturen samt övervakar mikroklimatet under utställningen. Utforska datakartor över utställningen här..

Den otroliga verkligheten med denna struktur är att "höljet kommer att växa och ändra sin konfiguration under loppet av V&A Engineering Season som svar på insamlade data. Hur besökarna hämmar paviljongen kommer i slutändan informera om hur kapellet växer och formen på nya komponenter (Victoria & Albert)."

Stående inne i paviljongen på Victoria and Albert Museum stod det klart att strukturen skulle expandera för att följa kurvan för den lilla dammen. Den enkla logiken att låta människorna som använder utrymmet bestämma dess arkitektur var förbluffande djupgående.