Большие окна пропускают много света, но солнечный свет также создает нежелательное тепло внутри зданий. Для предотвращения чрезмерного нагрева помещений и экономии затрат на кондиционирование воздуха необходимо затемнение фасадов и оконных поверхностей. Бионика Профессор Др. Томас Шпек, руководитель группы биомеханики растений и Ботанического сада Фрайбургского университета, и доктор Дж. Саймон Поппинга вдохновляется живой природой и разрабатывает технические приложения. Текущим проектом является разработка бионического затенения фасада, которое работает более плавно, чем обычные рулонные шторы, а также может быть адаптировано к изогнутым фасадам.
Ткачиха весом птицы раскрывает цветы Стрелиции
Южноафриканская стрелиция была первым источником вдохновения. У нее каждые два лепестка образуют своеобразную лодочку. Он содержит пыльцу и сладкий нектар у основания, который привлекает птицу-ткача. Чтобы получить нектар, птица садится на лепестки, которые затем откидываются в стороны под ее тяжестью. Поппинга в своей докторской диссертации обнаружил, что каждый лепесток состоит из утолщенных ребер, соединенных тонкими перепонками. Ребра прогибаются под тяжестью птицы, после чего перепонки автоматически складываются в стороны.
Затенение без петель
Обычные плафоны обычно состоят из жестких элементов, которые механически соединяются друг с другом посредством шарниров. Чтобы регулировать поступление света, в зависимости от падения света, их необходимо полностью опустить или поднять, а затем снова свернуть. Такие обычные системы подвержены сильному износу и, следовательно, склонны к сбоям в работе. Заблокированные петли и подшипники, а также изношенные направляющие тросы или рельсы со временем приводят к высоким затратам на техническое обслуживание и ремонт. У бионического затенения фасада «Флектофин», разработанного исследователями Фрайбурга на примере цветения стрелиции, таких слабых мест нет. В ней множество стержней, происходящих из ребер стрелиции лепестка, стоят вертикально рядом друг с другом. Они несут с обеих сторон мембраны, которые в принципе служат ламелями: они складываются в промежутки между прутьями, чтобы затемнить помещение. Затенение закрывается, когда стержни гидравлически отклоняются, подобно тому, как вес птицы-ткача отклоняет лепестки Стрелиции. «Механизм обратим, потому что стержни и мембраны гибкие», - говорит Поппинга. Когда давление на решетку ослабевает, в комнаты снова проникает свет.
Группа биомеханики растений
Листья водопада (Aldrovanda vesiculosa) торчат, как спицы в колесе
Быстрые ловушки
Поскольку механизм складывания системы «Флектофин» требует относительно большого усилия, исследователи более внимательно изучили принцип действия плотоядного водного растения. Водяное колесо, также известное как водяное колесо, представляет собой растение из росянки, похожее на ловушку для венериных мух, но с защелкивающимися ловушками размером всего три миллиметра. Достаточно большой, чтобы ловить и есть водяных блох. Как только водяная блоха касается чувствительных волосков в листе водосборника, среднее ребро листа слегка загибается вниз, а боковые части листа загибаются внутрь. Исследователи обнаружили, что для создания движения требуется небольшое усилие. Ловушка закрывается быстро и уверенно.
ИТКЭ и ИТФТ
Фасадное затенение "Flectofold", в данном случае представляющее собой единый элемент, легче адаптируется к искривленным поверхностям, чем его предшественник "Flectofin". Элементы устанавливаются на опорную конструкцию и раскладываются и складываются на нижней стороне с помощью пневматических подушек
Фрайбургские ученые взяли за образец принцип действия механизма складывания водосборников при разработке бионического затенения фасада «Flectofold». Прототипы уже построены и, по словам Спека, находятся на завершающей стадии испытаний. По сравнению с предыдущей моделью «Флектофолд» имеет более длительный срок службы и улучшенный экологический баланс. Затенение более элегантное и может быть сформировано более свободно. «Еще легче адаптироваться к изогнутым поверхностям», - отмечает Спек, в рабочую группу которого входит около 45 человек, включая сотрудников ботанического сада. Вся система питается от давления воздуха. При надувании небольшая воздушная подушка давит на центральное ребро сзади и таким образом складывает элементы. Когда давление падает, «крылья» снова расправляются и затеняют фасад. Далее следуют другие бионические продукты, основанные на красоте природы для повседневного применения.