Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Publikoval: ejrick van newman
30. mája 2023

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr na svete. Prírodný výber pracuje na zlepšovaní „dizajnu“ ich kopcov už desiatky miliónov rokov. Čo by sa mohli ľudskí architekti a inžinieri naučiť, keby sa vybrali k termitom a zvážili ich spôsoby?

V novej štúdii Frontiers in Materials výskumníci ukázali, ako nás termitídy môžu naučiť vytvárať príjemné vnútorné prostredie pre naše budovy, ktoré nemajú uhlíkovú stopu ako klimatizácia. .

„Tu ukazujeme, že „výstupný komplex“, zložitá sieť prepojených tunelov, ktoré sa nachádzajú v termitiskách, možno použiť na podporu prúdenia vzduchu, tepla a vlhkosti novými spôsobmi v ľudskej architektúre,“ povedal Dr David Andréen, senior., ktorý prednáša vo výskumnej skupine bioDigital Matter Univerzity v Lunde a je prvým autorom štúdie.

Termity z Namíbie

Andréen a spoluautor Dr. Rupert Soar, docent na School of Architecture, Design and the Built Environment na Nottingham Trent University, študovali mohyly termitov Macrotermes michaelseni z Namíbie. Kolónie tohto druhu môžu pozostávať z viac ako milióna jedincov. V srdci kopcov ležia záhrady symbiotických húb, ktoré využívajú termity ako potravu.

Výskumníci sa zamerali na výstupný komplex: hustú mriežkovanú sieť tunelov so šírkou medzi 3 mm a 5 mm, ktorá spája širšie potrubia vo vnútri s exteriérom. Počas obdobia dažďov (november až apríl), keď mohyla rastie, sa rozprestiera na jej severne orientovanom povrchu a je priamo vystavená poludňajšiemu slnku. Mimo tejto sezóny udržiavajú pracovníci termitov výstupné tunely zablokované. Predpokladá sa, že komplex umožňuje odparovanie prebytočnej vlhkosti pri zachovaní dostatočného vetrania. Ale ako to funguje?

id63067 1

Andréen a Soar skúmali, ako usporiadanie výstupného komplexu umožňuje oscilačné alebo pulzné toky. Svoje experimenty založili na naskenovanej a 3D vytlačenej kópii fragmentu výstupného komplexu zozbieraného vo februári 2005 z voľnej prírody. Tento fragment mal hrúbku 4 cm s objemom 1,4 litra, z toho 16 % tvorili tunely.

Simulovali vietor pomocou reproduktora, ktorý poháňal oscilácie zmesi CO2 a vzduchu cez fragment, pričom sa sledoval prenos hmoty pomocou senzora. Zistili, že prúdenie vzduchu bolo najväčšie pri oscilačných frekvenciách medzi 30 Hz a 40 Hz; mierny pri frekvenciách medzi 10 Hz a 20 Hz; a najmenej pri frekvenciách medzi 50 Hz a 120 Hz.

Turbulencia pomáha vetraniu

Výskumníci dospeli k záveru, že tunely v komplexe interagujú s vetrom fúkajúcim na kopci spôsobom, ktorý zvyšuje hromadný prenos vzduchu na ventiláciu. Oscilácie vetra pri určitých frekvenciách vytvárajú vo vnútri turbulencie, ktorých účinkom je odvádzanie dýchacích plynov a prebytočnej vlhkosti preč zo srdca kopca.

„Pri vetraní budovy chcete zachovať jemnú rovnováhu teploty a vlhkosti vytvorenú vo vnútri, bez toho, aby ste bránili pohybu zatuchnutého vzduchu smerom von a čerstvého vzduchu dovnútra. Väčšina systémov HVAC s tým bojuje. Tu máme štruktúrované rozhranie, ktoré umožňuje výmenu dýchacích plynov jednoducho poháňanú rozdielmi v koncentrácii medzi jednou a druhou stranou. Podmienky vo vnútri sú tak zachované,“ vysvetlil Soar.

Autori potom simulovali výstupný komplex sériou 2D modelov, ktorých komplexnosť narástla z priamych tunelov na mriežku. Pomocou elektromotora poháňali cez tunely oscilujúce vodné teleso (zviditeľnené farbivom) a natáčali masový tok. Na svoje prekvapenie zistili, že motor potrebuje pohybovať vzduchom tam a späť len o niekoľko milimetrov (čo zodpovedá slabým osciláciám vetra), aby príliv a odliv prenikol celým komplexom. Dôležité je, že potrebné turbulencie vznikli len vtedy, ak bolo rozmiestnenie dostatočne mriežkované.

Živé a dýchajúce budovy

Autori dospeli k záveru, že výstupný komplex môže pri slabom vetre umožniť vetranie termitísk poháňané vetrom.

„Predstavujeme si, že stavebné steny v budúcnosti, vyrobené pomocou nových technológií, ako sú tlačiarne s práškovým lôžkom, budú obsahovať siete podobné výstupnému komplexu. Tie umožnia pohyb vzduchu cez zabudované senzory a ovládače, ktoré vyžadujú len malé množstvo energie,“ povedal Andréen.

Soar uzavrel: „3D tlač v stavebnom rozsahu bude možná len vtedy, keď dokážeme navrhnúť také zložité štruktúry ako v prírode. Výstupný komplex je príkladom komplikovanej konštrukcie, ktorá by mohla vyriešiť viacero problémov súčasne: udržať pohodlie v našich domovoch a zároveň regulovať prúdenie dýchacích plynov a vlhkosti cez plášť budovy.

„Stojíme na pokraji prechodu k stavbe podobnej prírode: po prvý raz možno bude možné navrhnúť skutočnú živú, dýchajúcu budovu.“

Zdroj: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63067.php

PREČÍTAJTE SI AJ

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

Inovatívna oblasť kozmetickej vedy nedávno upozornila na lignínové nanočastice (LNP) pre ich výnimočný potenciál pri posilňovaní opatrení na ochranu pred slnkom v rámci produktov starostlivosti o pleť. Tieto nanočastice sú oslavované pre ich vynikajúcu schopnosť...

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

Pre ľudí s poruchami hlasu, vrátane tých, ktorí majú patologické stavy hlasiviek alebo ktorí sa zotavujú po operáciách rakoviny hrtana, je často ťažké alebo nemožné hovoriť. To sa môže čoskoro zmeniť. Tím inžinierov z UCLA vynašiel mäkké, tenké a pružné zariadenie s...

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

V súčasnosti sa viskózové textílie vyrábajú z biomasy z lesa a úplne recyklovaná viskóza neexistuje. Vedcom z univerzity v Lunde vo Švédsku sa teraz podarilo vyrobiť novú viskózu – z opotrebovaných bavlnených obliečok. Staré textílie po celom svete končia na smetisku...

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

Prevratný vývoj v liečbe poranení miechy predstavuje nový prístup prostredníctvom použitia špecializovanej nanotechnológie. Tento dodávací systém, známy ako nanogél, je duchovným dieťaťom výskumníkov z Politecnico di Milano. Je dômyselne navrhnutý tak, aby sa...

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

Mäkká robotika je náuka o vytváraní robotov z mäkkých materiálov, ktorá má výhodu flexibility a bezpečnosti pri interakciách medzi ľuďmi. Tieto roboty sú vhodné pre aplikácie od zdravotníckych zariadení až po zvyšovanie efektivity pri rôznych úlohách. Okrem toho,...

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

Výskumníci z Empa a ETH Zurich predstavili inovatívnu chirurgickú techniku, ktorá prináša revolúciu v spôsobe hojenia rán. Táto nová metóda, ktorá sa líši od tradičného prístupu ihly a nite používaného viac ako 5000 rokov, využíva sofistikovaný proces laserového...

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra. Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú...

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách. Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody....

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

Približne polovica spotreby energie priemernej americkej budovy sa minie na vykurovanie a chladenie. To je veľa vynaložených peňazí, spálených fosílnych palív a záťaže na starnúcu energetickú infraštruktúru v čase vysokých teplôt. Vedci teraz predstavili adaptívnu...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón....

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF)....

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

  Keďže sa očakáva, že globálna populácia do roku 2050 vzrastie na 9,9 miliardy, je vyvíjaný tlak na prijatie efektívnejších a udržateľnejších poľnohospodárskych postupov. Nanotechnológia sa v tejto oblasti ukazuje ako kritický hráč, ktorý sľubuje zvýšenie...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov