建物は – 今でも – 非常にエネルギーを大量に消費します。世界中で、建物の使用は総エネルギー消費量の 40 パーセントを占めています。このうち約半分がエアコンに費やされています。ブラインドやその他の可動ファサード要素は建物外壁の光と熱の透過性を最適化できますが、その電気モーターはこれらのシステムを動かすためにエネルギーを消費します。
松ぼっくりの原理に基づいた動き
ミュンヘン工科大学のコルト・ゾルフランク氏は、「持続可能な建築は、将来的にエネルギー効率と気候保護の高い要求に応えたいのであれば、早急に新しい素材を必要としている」と語る。フライブルク大学とシュトゥットガルト大学の建築家、土木技術者、植物学者と協力して、材料研究者は自然のメカニズムを利用して建物のエネルギーバランスを改善する方法を模索しました。
研究者の目標は、エネルギーを消費せずに信号を機械的な動きに変換する駆動要素とアクチュエーターを開発することです。熟した松や松ぼっくりは、雨が降ると鱗を閉じて種子を守ります。ただし、乾燥している場合は開いて放出します。
天然特許をモデルとして
「この動きの興味深い点は、これらの動きのエネルギーが代謝プロセスから来ているのではなく、物理的メカニズムと材料特性のみに基づいているということです」とゾルフランク氏は説明します。鱗の細胞壁は、内側はかなり固いリグニンで構成されていますが、外側はセルロースでできており、湿ると膨張します。この構造により、湿度が高いと鱗は内側に曲がり、乾燥すると外側に曲がります。
この天然の特許は、建物のファサードの技術コンポーネントにも使用できるでしょうか?ゾルフランクと彼の同僚の意見では、それは間違いありません。膨潤特性の異なる材料を組み合わせることで、アクチュエーターと呼ばれる生体模倣駆動要素の開発にすでに成功している。また、異なる量の液体を吸収し、自然モデルと同様に動作する 2 つの材料層で構成されています。
スケーリングは依然として問題です
しかし、建築がそのようなコンポーネントを大規模に使用できるようになる前に、科学者はまだ問題を解決する必要があります。細胞や組織が大きくなるほど、水がその細孔を通過するのに時間がかかるということです。松ぼっくりを作るのに 2 時間かかるものは、建物を建てるには数年かかります。したがって、松ぼっくりの水力学を建築用途に応用するには、物理的な限界を克服する必要があります。
この目的を達成するために、Zollfrank 氏は、材料レベルでの一種の再構築プロセスを提案しています。 「私たちは組織のサイズを切り離し、全体を個々の細胞のサイズにまで縮小します」と彼は説明します。巧妙な相互接続により、緩いセル構造が作成され、その個々のコンポーネントは依然として個々のセルのように動作し、水を非常に素早く吸収します。 「今の問題は、このような相互接続をどのようにしてできるだけ効率的に設計できるか、そしてどのようにしてそれらをどのような規模でも実現できるかということです」と Zollfrank 氏は言います。
研究者は、その後の実用化のために、細孔が非常に水を引き付ける液体、いわゆるヒドロゲルで満たされた多孔質ポリマー材料を想像することもできます。材料研究者はすでにこれに取り組んでいます。彼らの意見では、最終的にどのソリューションが将来のアーキテクチャに組み込まれるかは時間の問題です。
出典: ミュンヘン工科大学
