ELYTRA: ธรรมชาติจะกำหนดอนาคตของเราอย่างไร

ฤดูร้อนนี้ฉันใช้เวลาตลอดเดือนมิถุนายนไปเที่ยวยุโรป ประสบการณ์นี้เป็นการผจญภัยในพายุหมุนอย่างแท้จริง ซึ่งเปลี่ยนมุมมองของฉันในเกือบทุกแง่มุมของสภาพมนุษย์ ในทุกเมือง ตั้งแต่ดับลินไปจนถึงออสโล และเดรสเดนไปจนถึงปารีส ฉันประทับใจกับสิ่งมหัศจรรย์ทางประวัติศาสตร์ที่แต่ละเมืองนำเสนออย่างต่อเนื่อง แต่สิ่งที่ฉันไม่คาดคิดก็คือการได้เห็นแวบหนึ่งเกี่ยวกับอนาคตของการใช้ชีวิตในเมือง

ขณะเยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์วิกตอเรียแอนด์อัลเบิร์ต (รู้จักกันในชื่อพิพิธภัณฑ์ V&A) ในวันที่อากาศร้อนจัด ฉันก็เข้าไปในศาลากลางแจ้งอย่างไม่เต็มใจ ที่นั่น ฉันรู้สึกประหลาดใจที่เห็นนิทรรศการชื่อ ELYTRA ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับการจัดแสดงทางประวัติศาสตร์และมานุษยวิทยาภายใน V&A ELYTRA เป็นนวัตกรรมทางวิศวกรรมที่มีประสิทธิภาพ ยั่งยืน และมีแนวโน้มที่จะกำหนดอนาคตของพื้นที่สันทนาการและสถาปัตยกรรมสาธารณะของเรา

ELYTRA คืออะไร?

โครงสร้างที่เรียกว่า ELYTRA เป็นการจัดแสดงหุ่นยนต์ที่พัฒนาโดยสถาปนิก Achim Menges และ Moritz Dobelmann โดยร่วมมือกับวิศวกรโครงสร้าง Jan Knippers และ Thomas Auer วิศวกรด้านสภาพอากาศ นิทรรศการสหวิทยาการแสดงให้เห็นถึงผลกระทบในอนาคตของการออกแบบที่ได้แรงบันดาลใจจากธรรมชาติในด้านเทคโนโลยี วิศวกรรม และสถาปัตยกรรม (วิคตอเรียและอัลเบิร์ต).

นิทรรศการประกอบด้วยหุ่นยนต์ที่ไม่ทำงานซึ่งอยู่ใต้ศูนย์กลางของโครงสร้างทอที่ซับซ้อนที่มันสร้างขึ้น ส่วนจัดแสดงหกเหลี่ยมมีน้ำหนักเบาแต่ก็แข็งแรงและทนทาน

การเลียนแบบทางชีวภาพ: สิ่งที่คุณต้องรู้

โครงสร้างหกเหลี่ยมของ ELYTRA แต่ละชิ้นได้รับการพัฒนาและปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบผ่านวิศวกรรมการเลียนแบบชีวภาพหรือ Biomimicry การเลียนแบบทางชีวภาพเป็นสาขาที่กำหนดโดยการออกแบบและการดัดแปลงที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพที่ได้มาจากธรรมชาติ

ประวัติความเป็นมาของการเลียนแบบทางชีวภาพนั้นมีมากมาย ในช่วงต้นปีคริสตศักราช 1000 ชาวจีนโบราณพยายามพัฒนาผ้าใยสังเคราะห์ที่ได้แรงบันดาลใจจากผ้าไหมแมงมุม เลโอนาร์โด ดาวินชีใช้สัญลักษณ์จากนกในการออกแบบพิมพ์เขียวเครื่องบินอันโด่งดังของเขา

ปัจจุบัน วิศวกรยังคงมองหาธรรมชาติเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ นิ้วเท้าเหนียวๆ ของตุ๊กแกเป็นแรงบันดาลใจให้หุ่นยนต์สามารถปีนบันไดและกำแพงได้ หนังฉลามเป็นแรงบันดาลใจให้กับนักกีฬาในชุดว่ายน้ำแบบ low-drag ตามหลักอากาศพลศาสตร์

การเลียนแบบทางชีวภาพเป็นสิ่งที่อย่างแท้จริง สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแบบสหวิทยาการและน่าสนใจ (ภูชาน). ที่ สถาบันชีวมิติ สำรวจสาขานี้และเสนอวิธีในการมีส่วนร่วม

แรงบันดาลใจของ ELYTRA

ELYTRA ได้รับแรงบันดาลใจจากด้านหลังที่แข็งกระด้างของแมลงปีกแข็ง ด้วงอีลีทราช่วยปกป้องปีกที่บอบบางและร่างกายที่อ่อนแอของแมลง (สารานุกรมแห่งชีวิต). เกราะป้องกันที่แข็งแกร่งเหล่านี้ทำให้วิศวกร นักฟิสิกส์ และนักชีววิทยาสับสน

อีลีตร้าเหล่านี้จะแข็งแกร่งพอที่จะให้แมลงปีกแข็งบินไปรอบๆ พื้นโดยไม่ทำลายอุปกรณ์ของมันได้อย่างไร ในขณะเดียวกันก็เบาพอที่จะบินต่อไปได้? คำตอบอยู่ที่การออกแบบโครงสร้างของวัสดุนี้ ภาพตัดขวางของพื้นผิว elytra แสดงให้เห็นว่าเปลือกประกอบด้วยมัดเส้นใยขนาดเล็กที่เชื่อมต่อพื้นผิวด้านนอกและด้านใน ในขณะที่โพรงเปิดจะช่วยลดน้ำหนักโดยรวม

ศาสตราจารย์ Ce Guo จากสถาบันโครงสร้างที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพและวิศวกรรมพื้นผิวที่มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศนานกิง ตีพิมพ์บทความที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการพัฒนาโครงสร้างตามปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของ elytra ความคล้ายคลึงกันระหว่างตัวอย่าง elytra และโครงสร้างวัสดุที่นำเสนอนั้นน่าทึ่งมาก

ประโยชน์ของการเลียนแบบชีวภาพ

เอลิตราครอบครอง”คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม...เช่น ความเข้มและความเหนียวสูง" ในความเป็นจริง การต้านทานความเสียหายนี้ยังเป็นสิ่งที่ทำให้การออกแบบการเลียนแบบทางชีวภาพอย่าง ELYTRA มีความยั่งยืนมาก ทั้งต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจของเรา

ตัวอย่างเช่น น้ำหนักที่ประหยัดได้เพียง 2 ปอนด์บนเครื่องบินพลเรือนจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยการลดการใช้เชื้อเพลิง วัสดุที่ถูกลบออกจำนวนปอนด์เดียวกันนั้นจะลดต้นทุนของเครื่องบินลำนั้นลง 300 ดอลลาร์ เมื่อใช้วัสดุชีวภาพที่ช่วยลดน้ำหนักนั้นกับสถานีอวกาศ หนึ่งปอนด์จะช่วยประหยัดเงินได้มากกว่า 300,000 ดอลลาร์

วิทยาศาสตร์สามารถก้าวหน้าไปได้ไกลเมื่อมีนวัตกรรมใหม่ๆ เช่น วัสดุชีวภาพของ Guo สามารถนำไปใช้เพื่อกระจายเงินทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น (Guo et.al) ที่จริงแล้ว จุดเด่นของการเลียนแบบทางชีวภาพก็คือความพยายามในการสร้างความยั่งยืน เป้าหมายของสาขานี้ ได้แก่ “การสร้างจากล่างขึ้นบน การประกอบตัวเอง เพิ่มประสิทธิภาพมากกว่าการขยายสูงสุด ใช้พลังงานฟรี ผสมเกสรข้าม ยอมรับความหลากหลาย ปรับตัวและพัฒนา ใช้วัสดุและกระบวนการที่เป็นมิตรต่อชีวิต มีส่วนร่วมใน ความสัมพันธ์ทางชีวภาพและเสริมสร้างชีวมณฑล”

การใส่ใจว่าธรรมชาติสร้างวัสดุขึ้นมาอย่างไรสามารถทำให้เทคโนโลยีอยู่ร่วมกับโลกของเราได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น และดึงความสนใจไปที่โลกของเราได้รับความเสียหายมากน้อยเพียงใดด้วยเทคโนโลยีที่ "ผิดธรรมชาติ" (Crawford).

นอกเหนือจากประสิทธิภาพและความยั่งยืนของ ELYTRA แล้ว การจัดแสดงยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันยิ่งใหญ่สำหรับสถาปัตยกรรมและอนาคตของพื้นที่สันทนาการสาธารณะ เนื่องจากความสามารถในการพัฒนา โครงสร้างนี้เรียกว่า "ที่พักพิงที่ตอบสนอง" โดยมีเซ็นเซอร์หลายตัวเชื่อมต่อกัน

ELYTRA มีเซ็นเซอร์สองประเภทที่แตกต่างกันซึ่งช่วยให้สามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับโลกรอบตัวได้ ประเภทแรกคือกล้องถ่ายภาพความร้อน เซ็นเซอร์เหล่านี้จะตรวจจับการเคลื่อนไหวและกิจกรรมของผู้คนที่เพลิดเพลินกับร่มเงาโดยไม่เปิดเผยตัวตน

เซ็นเซอร์ประเภทที่สองคือใยแก้วนำแสงที่วิ่งผ่านทั่วทั้งส่วนจัดแสดง เส้นใยเหล่านี้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมรอบๆ โครงสร้าง ตลอดจนการตรวจสอบสภาพอากาศขนาดเล็กใต้ส่วนจัดแสดง สำรวจแผนที่ข้อมูลของการจัดแสดง โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม.

ความเป็นจริงอันน่าทึ่งของโครงสร้างนี้คือ “ทรงพุ่มจะโตขึ้นและเปลี่ยนแปลงโครงร่างตลอดช่วงฤดูกาลวิศวกรรม V&A เพื่อตอบสนองต่อข้อมูลที่รวบรวมไว้ ผู้เข้าชมจะขัดขวางศาลาอย่างไรในที่สุด แจ้งให้ทราบถึงการเจริญเติบโตของทรงพุ่มและรูปร่างของส่วนประกอบใหม่ (วิคตอเรียและอัลเบิร์ต)”

เมื่อยืนอยู่ภายในศาลาของพิพิธภัณฑ์วิกตอเรียแอนด์อัลเบิร์ต เห็นได้ชัดว่าโครงสร้างจะขยายออกตามโค้งของสระน้ำเล็กๆ ตรรกะง่ายๆ ในการอนุญาตให้ผู้คนใช้พื้นที่เพื่อกำหนดสถาปัตยกรรมของตัวอาคารนั้นลึกซึ้งอย่างน่าทึ่ง