ELYTRA: Thiên nhiên sẽ định hình tương lai của chúng ta như thế nào

Mùa hè này tôi đã dành toàn bộ tháng Sáu để đi du lịch Châu Âu. Trải nghiệm này thực sự là một cuộc phiêu lưu đầy sóng gió, thay đổi quan điểm của tôi về hầu hết mọi khía cạnh của thân phận con người. Ở mọi thành phố, từ Dublin đến Oslo và Dresden đến Paris, tôi liên tục bị ấn tượng bởi những kỳ quan lịch sử mà mỗi thành phố mang lại - nhưng điều tôi không mong đợi là được nhìn thấy thoáng qua về tương lai của cuộc sống thành thị.

Khi đến thăm Bảo tàng Victoria và Albert (được nhiều người gọi là Bảo tàng V&A) vào một ngày nóng nực, tôi miễn cưỡng bước vào gian hàng ngoài trời. Ở đó, tôi rất ngạc nhiên khi thấy một cuộc triển lãm có tựa đề ELYTRA, một sự tương phản hoàn toàn với các cuộc triển lãm lịch sử và nhân học trong V&A. ELYTRA là một cải tiến kỹ thuật hiệu quả, bền vững và có khả năng định hình tương lai của kiến ​​trúc và không gian giải trí công cộng của chúng ta.

ELYTRA là gì?

Cấu trúc có tên ELYTRA là một triển lãm robot tham quan được phát triển bởi kiến ​​trúc sư Achim Menges và Moritz Dobelmann phối hợp với kỹ sư kết cấu Jan Knippers cũng như Thomas Auer, một kỹ sư khí hậu. Triển lãm liên ngành thể hiện tác động trong tương lai của các thiết kế lấy cảm hứng từ thiên nhiên đối với công nghệ, kỹ thuật và kiến ​​trúc (Victoria & Albert).

Cuộc triển lãm bao gồm một robot đã ngừng hoạt động nằm dưới trung tâm của một cấu trúc dệt phức tạp mà nó đã chế tạo. Các mảnh hình lục giác của vật trưng bày có trọng lượng nhẹ nhưng chắc chắn và bền.

Mô phỏng sinh học: Những điều bạn cần biết

Cấu trúc hình lục giác của mỗi bộ phận ELYTRA được phát triển và hoàn thiện thông qua Kỹ thuật mô phỏng sinh học hay còn gọi là Biomimicry. Phỏng sinh học là một lĩnh vực được xác định bằng các thiết kế và sự thích ứng lấy cảm hứng từ sinh học có nguồn gốc từ thiên nhiên.

Lịch sử của phỏng sinh học rất rộng lớn. Ngay từ năm 1000 sau Công nguyên, người Trung Quốc cổ đại đã cố gắng phát triển loại vải tổng hợp lấy cảm hứng từ tơ nhện. Leonardo da Vinci lấy ý tưởng từ loài chim khi thiết kế bản thiết kế máy bay nổi tiếng của mình.

Ngày nay, các kỹ sư tiếp tục hướng tới thiên nhiên để tạo ra công nghệ mới. Những ngón chân dính của tắc kè truyền cảm hứng cho robot khả năng leo cầu thang và leo tường. Da cá mập truyền cảm hứng cho đồ bơi có độ cản thấp khí động học cho các vận động viên.

Phỏng sinh học thực sự là một lĩnh vực khoa học và công nghệ liên ngành và hấp dẫn (Bhushan). Các Viện nghiên cứu sinh học khám phá lĩnh vực này và cung cấp các cách để tham gia.

Nguồn cảm hứng của ELYTRA

ELYTRA được lấy cảm hứng từ phần lưng cứng của bọ cánh cứng. Elytra của bọ cánh cứng bảo vệ đôi cánh mỏng manh và cơ thể dễ bị tổn thương của côn trùng (Bách khoa toàn thư về cuộc sống). Những lá chắn bảo vệ cứng rắn này khiến các kỹ sư, nhà vật lý và nhà sinh học bối rối.

Làm thế nào những chiếc elytra này có thể đủ mạnh để cho phép con bọ di chuyển quanh mặt đất mà không làm hỏng thiết bị của chúng, đồng thời đủ nhẹ để duy trì chuyến bay? Câu trả lời nằm ở thiết kế cấu trúc của vật liệu này. Mặt cắt ngang của bề mặt elytra cho thấy vỏ bao gồm các bó sợi nhỏ nối giữa bề mặt bên ngoài và bên trong, đồng thời các khoang hở làm giảm trọng lượng tổng thể.

Giáo sư Ce Guo từ Viện Cấu trúc lấy cảm hứng sinh học và Kỹ thuật bề mặt tại Đại học Hàng không và Du hành vũ trụ Nam Kinh đã xuất bản một bài báo mô tả chi tiết sự phát triển của cấu trúc dựa trên hiện tượng tự nhiên của elytra. Điểm tương đồng giữa mẫu elytra và cấu trúc vật liệu được đề xuất rất đáng chú ý.

Lợi ích của phỏng sinh học

Elytra sở hữu "tính chất cơ học tuyệt vời...chẳng hạn như cường độ cao và độ dẻo dai". Trên thực tế, khả năng chống hư hại này cũng là điều khiến các thiết kế mô phỏng sinh học như ELYTRA trở nên bền vững – cho cả môi trường và nền kinh tế của chúng ta.

Ví dụ, chỉ cần giảm một pound trọng lượng trên máy bay dân dụng sẽ làm giảm lượng khí thải CO2 bằng cách giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Cùng một pound vật liệu được loại bỏ sẽ giảm chi phí của chiếc máy bay đó xuống 300 USD. Khi áp dụng vật liệu sinh học tiết kiệm trọng lượng đó vào trạm vũ trụ, một pound sẽ tiết kiệm được hơn 300,000 USD.

Khoa học có thể tiến bộ vượt bậc khi những đổi mới như Vật liệu sinh học của Guo có thể được áp dụng để phân phối vốn hiệu quả hơn (Guo et.al). Trên thực tế, đặc điểm nổi bật của mô phỏng sinh học là nỗ lực hướng tới sự bền vững. Các mục tiêu của lĩnh vực này bao gồm “xây dựng [ing] từ dưới lên, tự lắp ráp, tối ưu hóa thay vì tối đa hóa, sử dụng năng lượng tự do, thụ phấn chéo, nắm bắt sự đa dạng, thích ứng và phát triển, sử dụng các vật liệu và quy trình thân thiện với cuộc sống, tham gia vào mối quan hệ cộng sinh và nâng cao sinh quyển.”

Việc chú ý đến cách thiên nhiên tạo ra vật liệu có thể cho phép công nghệ cùng tồn tại tự nhiên hơn với trái đất của chúng ta và thu hút sự chú ý đến mức độ thế giới của chúng ta đã bị hủy hoại bởi công nghệ “phi tự nhiên” (Crawford).

Ngoài tính hiệu quả và bền vững của ELYTRA, triển lãm còn cho thấy tiềm năng to lớn về kiến ​​trúc và tương lai của không gian giải trí công cộng nhờ khả năng phát triển của nó. Cấu trúc này được gọi là “nơi trú ẩn phản ứng nhanh”, với nhiều cảm biến được đan xen vào đó.

ELYTRA chứa hai loại cảm biến riêng biệt cho phép nó thu thập dữ liệu về thế giới xung quanh. Loại đầu tiên là camera chụp ảnh nhiệt. Những cảm biến này phát hiện ẩn danh chuyển động và hoạt động của những người đang tận hưởng bóng râm.

Loại cảm biến thứ hai là các sợi quang chạy khắp khu trưng bày. Những sợi này thu thập thông tin liên quan đến môi trường xung quanh cấu trúc cũng như theo dõi vi khí hậu bên dưới khu trưng bày. Khám phá bản đồ dữ liệu của triển lãm tại đây.

Thực tế đáng kinh ngạc của cấu trúc này là “tán cây sẽ phát triển và thay đổi cấu hình của nó trong suốt Mùa Kỹ thuật V&A để đáp ứng với dữ liệu được thu thập. Làm thế nào du khách ức chế gian hàng cuối cùng sẽ cho biết tán cây phát triển như thế nào và hình dạng của các bộ phận mới (Victoria & Albert).”

Đứng bên trong gian hàng của Bảo tàng Victoria và Albert, có thể thấy rõ cấu trúc sẽ mở rộng theo đường cong của ao nhỏ. Logic đơn giản của việc cho phép mọi người sử dụng không gian để xác định kiến ​​trúc của nó là vô cùng sâu sắc.