مخروط های کاج فلس های خود را در هوای خنک و مرطوب می بندند، اما وقتی هوا گرم و خشک است، آن ها را باز می نمایند. این کار جهت اطمینان از آن است که دانه ها تنها زمانی آزاد و پراکنده می شوند که هوا گرم، آفتابی و مساعدترین حالت برای رشد آنها باشد.
اکنون دانشمندان دانشگاه های Stuttgart و Freiburg آلمان با الهام از این مکانیسم، نوآوری را توسعه داده اند که به عنوان سیستم نمای پنجره دروازه خورشیدی شناخته می‌شود. این شامل یک آرایه شبکه ای از عناصر خود خم شونده، الهام گرفته از مخروط کاج است که بین دو صفحه شیشه ای در یک واحد پنجره با قاب آلومینیومی قرار گرفته اند. دریچه های موجود در قاب به هوای بیرون اجازه می دهد بین شیشه ها جریان یابد.
مخروط ها می توانند از طریق دو لایه انباشته الیاف سلولزی که هر فلس را تشکیل می دهند، باز و بسته شوند. این الیاف در یک جهت در یک لایه و در جهت دیگر در لایه دیگر تراز می شوند. هنگامی که در معرض رطوبت قرار می گیرند، هر دو لایه متورم شده و بخار آب را جذب می کنند. نتیجه این که یک طرف به صورت طولی امتداد می یابد در حالی که طرف دیگر خم می شود و به فلس ها اجازه می دهد در شرایط مرطوب روی یکدیگر بسته شوند. وقتی هوا گرم تر و خشک تر می شود، هر دو لایه به حالت پیش فرض خود منقبض می شوند و اجازه می دهند فلس ها دوباره باز شوند.
لایه زیرین از رشته های کنار هم از یک ترکیب پودر سلولز/ ترموپلاستیک تشکیل شده است. این رشته ها عمود بر جهت هم قرار دارند و به دلیل وجود مواد سلولزی در معرض رطوبت متورم می شوند. لایه میانی از رشته های کنار هم با فاصله تشکیل شده است که صرفا از نوع متفاوتی از ترموپلاستیک تشکیل شده است که هنگام خیس شدن متورم نمی شود. این رشته ها در زاویه ای قائم با رشته های سلولزی زیرین قرار دارند. لایه بالایی از شبکه ای از رشته های زیست کامپوزیت انعطاف پذیر تشکیل شده است که به صورت مورب قرار دارند. تنها هدف آنها این است که کل عناصر را در کنار هم نگه دارند.
هنگامی که سیستم در معرض هوای مرطوب قرار می گیرد، رشته های سلولزی لایه زیرین با متورم شدن/ انبساط پاسخ می دهند. رشته های لایه میانی متصل شده، رشته‌های سلولزی را از انبساط به سمت بالا محدود می‌کنند، اما می‌توانند فقط به سمت پایین و به هر طرف منبسط شوند. انبساط نامتقارن حاصل باعث می شود که آرایه ها به سمت بالا خم شوند و با خشک شدن سیستم به حالت مسطح خود برمی گردند.
در آزمایش این فناوری، در مجموع 424 آرایه دروازه خورشیدی (شامل هشت واحد پنجره) در نورگیر رو به جنوب یک ساختمان تحقیقاتی در پردیس دانشگاه Freiburg برای بیش از یک سال قرار گرفتند.
آرایه های این سیستم در طول زمستان خنک و مرطوب جمع می شوند و به نور خورشید اجازه می دهند تا فضای داخلی ساختمان را گرم و روشن کنددو در طول ماه های گرم تر و خشک تر تابستان، مسطح شده تا جلوی نور خورشید را بگیرند و به خنک نگه داشتن فضای داخلی کمک کنند.
پروفسور Achim Menges از دانشگاه اشتوتگارت می گوید: «ما در حال دستیابی به یک سیستم سایه زنی بیومتریال اتوماتیک هستیم که به طور مستقل در واکنش به تغییرات آب و هوا، بدون نیاز به انرژی عملیاتی یا هیچ عنصر مکاترونیک باز و بسته می شود».
این تحقیق اخیرا در مقاله ای در مجله Nature Communications منتشر شده است.
کد خبر: 14031019194
تاریخ انتشار: 29 دی ماه 1403
دسته بندی: نوآوری، تکنولوژی
تحریریه رسانه خبری توسعه اختراعات و نوآوری
منبع خبر: University of Stuttgart
