Сосновые шишки стали не просто предметом изучения, но и основой новой уникальной системы затенения окон. Установка блокирует солнечный свет летом и пропускает его зимой без использования электричества.
Как известно, сосновые шишки закрывают свои чешуйки в прохладную, влажную погоду, но раскрывают их, когда на улице жарко и сухо. Это происходит, благодаря двум сложенным слоям целлюлозных волокон, из которых состоит каждая чешуйка. Эти волокна в одном слое выровнены в одном направлении, а в другом слое — перпендикулярно первому. При воздействии влаги оба слоя набухают, поглощая водяной пар, но направление выравнивания волокон заставляет их набухать в разных направлениях. В результате одна сторона чешуи вытягивается продольно, а другая сгибается, что позволяет чешуйкам смыкаться друг с другом во влажных условиях. Вдохновленные этим механизмом, ученые из немецких университетов Штутгарта и Фрайбурга разработали то, что известно как система оконного фасада Solar Gate.
Система состоит из сетчатого массива самосгибающихся элементов, имитирующих чешую сосновых шишек и размещенных между двумя стеклянными панелями в оконном блоке с алюминиевой рамой. Вентиляционные отверстия в раме позволяют наружному воздуху проходить через блок между панелями. Каждый 3D-печатный элемент состоит из трех слоев. Нижний слой состоит из расположенных бок о бок нитей смеси целлюлозного порошка и термопластика. Эти нити расположены перпендикулярно направлению изгиба и разбухают при воздействии влаги благодаря содержанию целлюлозы.
Средний слой состоит из расположенных бок о бок нитей, которые состоят из другого типа термопластика, который не разбухает при намокании. Эти нити расположены в соответствии с направлением изгиба, располагаясь под прямым углом к нижележащим целлюлозным нитям. Верхний слой состоит из сетки гибких биокомпозитных нитей, которые лежат по диагонали к направлению изгиба. Их единственное назначение — удерживать весь элемент вместе, связываясь с двумя другими слоями.
Когда элемент подвергается воздействию влажного воздуха, целлюлозные нити нижнего слоя набухают и расширяются. Из-за того, что нити среднего слоя ограничивают расширение целлюлозных нитей, они они могут расширяться только вниз и в обе стороны. Результирующее асимметричное расширение заставляет элемент загибаться вверх. Когда он позже высыхает, он возвращается в свое исходное «сплющенное» состояние.
В ходе испытания технологии 424 элемента Solar Gate, содержащиеся в восьми оконных блоках, были размещены в южном световом люке исследовательского здания в кампусе Университета Фрайбурга более года назад. Наблюдения показали, что элементы скручивались во время прохладной влажной зимы, пропуская солнечный свет, чтобы согреть и осветить внутреннюю часть здания. А в более теплые и сухие летние месяцы элементы сплющивались, чтобы блокировать солнечный свет, помогая сохранять прохладу внутри.
Фотоматериал: newatlas.com
