Szyszki sosny od dawna fascynują naukowców swoim unikalnym mechanizmem działania. Ich łuski zamykają się w chłodnych, wilgotnych warunkach, a otwierają, gdy jest ciepło i sucho. Ten proces pozwala szyszkom uwalniać nasiona tylko w sprzyjających warunkach, zapewniając optymalne warunki wzrostu młodym drzewom.
Czytaj też: Zapomnij o klimatyzacji. Te okna obniżą temperaturę o 22 stopnie Celsjusza
Za tym fenomenem kryje się niezwykła struktura: dwie warstwy włókien celulozowych, ułożonych w różnych kierunkach. Kiedy włókna wchłaniają wilgoć, rozszerzają się, ale każda warstwa robi to w innym kierunku, co powoduje zginanie się łusek. W cieplejszym, suchym powietrzu włókna kurczą się, a łuski wracają do pierwotnego kształtu.
Naukowcy z University of Stuttgart postanowili przenieść tę naturalną zasadę na grunt architektury, tworząc system Solar Gate. Ten innowacyjny mechanizm składa się z siatki elementów inspirowanych łuskami szyszek, umieszczonych pomiędzy dwiema szybami w aluminiowej ramie. Elementy te, wykonane w technologii druku 4D, reagują na zmiany wilgotności i temperatury.
Okna przyszłości, które automatycznie dostosują ilość światła i ciepła
Każdy z elementów Solar Gate składa się z trzech warstw, z których każda pełni określoną funkcję. Dolna warstwa wykonana jest z włókien celulozowych, które puchną, gdy są narażone na działanie wilgoci, co jest kluczowe dla mechanizmu działania systemu. Środkowa warstwa, złożona z włókien termoplastycznych, ogranicza kierunek rozszerzania się dolnej warstwy, nadając całej strukturze kontrolowany ruch. Górna warstwa, stworzona z elastycznych włókien biokompozytowych, odpowiada za stabilność elementu, scalając wszystkie warstwy w jedną funkcjonalną całość.
Czytaj też: Wieżowiec inspirowany tradycją. Dubaj pokazuje kolejny cud architektury
Kiedy element styka się z wilgotnym powietrzem, dolna warstwa rozszerza się, ale ograniczona przez środkową warstwę, wygina się w kontrolowany sposób. Po wyschnięciu cała struktura wraca do swojej pierwotnej formy.
System Solar Gate przeszedł roczne testy w budynku badawczym livMatS Biomimetic Shell na Uniwersytecie we Fryburgu. Osiem paneli, zawierających łącznie 424 elementy, zostało zamontowanych w południowej części świetlika. W zimnych i wilgotnych miesiącach panele otwierały się, wpuszczając światło i ciepło do wnętrza budynku. W upalne, suche lato elementy zamykały się, blokując nadmiar promieniowania słonecznego i zapobiegając przegrzewaniu się pomieszczeń.
Prof. Achim Menges z University of Stuttgart podkreśla:
Opracowaliśmy system zacieniania, który działa autonomicznie w odpowiedzi na warunki pogodowe, bez potrzeby energii operacyjnej czy skomplikowanych elementów mechanicznych. Sama struktura biomateriału pełni rolę maszyny.
Solar Gate otwiera nowe możliwości w dziedzinie ekologicznego projektowania budynków. Jego największą zaletą jest całkowita autonomia – system nie wymaga energii elektrycznej, co obniża emisję dwutlenku węgla i koszty eksploatacyjne. Dzięki temu idealnie wpisuje się w rosnący trend zrównoważonego budownictwa, które stawia na harmonię z naturą.