Uma equipe de pesquisa da Technical University Munich, Universidade de Friburgo, e a Universidade de Stuttgart relatou o projeto de componentes móveis de construção, como persianas, com base em soluções naturais. O objetivo é equipá-los com elementos de acionamento que podem se mover sem entrada de energia. Pinhas, que têm respostas de inchaço, fazendo com que abram quando úmidos ou fechem quando secos, serviu de modelo.

No mundo todo, o uso de edifícios é responsável por 40 por cento do consumo total de energia. Cerca de metade do consumo de energia é usado para controle de temperatura. Embora persianas e outros elementos de fachada móveis possam ser usados ​​para otimizar a transparência da estrutura do edifício para calor e luz, seus motores elétricos também requerem energia.

"A arquitetura sustentável requer urgentemente novos materiais se quiser cumprir os elevados requisitos de eficiência energética e proteção climática, "diz o pesquisador Professor Cordt Zollfrank. Na cadeira de polímeros biogênicos no Campus Straubing de Biotecnologia e Sustentabilidade da TUM, ele está pesquisando os princípios básicos relacionados. Seu objetivo é desenvolver elementos de acionamento e atuadores capazes de converter sinais em movimentos mecânicos sem consumir energia.

Junto com arquitetos, engenheiros civis e botânicos, ele descobriu novos métodos usando mecanismos naturais para melhorar o equilíbrio de energia dos edifícios. Em um artigo conjunto na revista especializada Materiais avançados , a equipe relata o status da pesquisa nesta área, e demonstra as possibilidades dos modelos do mundo vegetal.

Material substitui motor

As pinhas e as pinhas maduras fecham as escamas quando chove para proteger as sementes. Contudo, quando está seco, eles se abrem para liberá-los. Durante este movimento, a composição das paredes celulares desempenha um papel crucial. Eles são compostos principalmente de lignina, que não incha muito, e celulose, o que faz. Devido à orientação diferente das fibrilas de celulose no tecido das escamas, eles se curvam para dentro quando a umidade é alta, e para fora quando está seco.

"O que é empolgante nisso tudo é que a energia para esses movimentos não vem de processos metabólicos, mas apenas de mecanismos físicos e propriedades materiais, "diz o professor Zollfrank. Por meio da combinação de materiais com diferentes propensões ao inchaço, ele desenvolveu elementos de acionamento biomimético chamados atuadores. Esses elementos são compostos por duas camadas de materiais que absorvem quantidades variáveis ​​de líquido e se comportam de forma semelhante aos seus modelos naturais.

Contudo, antes que possam ser usados ​​em grande escala na arquitetura, os pesquisadores de materiais ainda precisam resolver um problema que afeta a escalabilidade:quanto maior a célula ou o tecido, quanto maior o tempo necessário para a água penetrar em seus poros. Algo que leva duas horas em uma pinha leva vários anos em uma construção. Portanto, a fim de usar a dinâmica hidráulica de pinhas para aplicações em arquitetura, os pesquisadores devem superar um limite físico.

Para este propósito, Zollfrank propõe um tipo de processo de reestruturação ao nível dos materiais. "Nós desacoplamos o tamanho do tecido e levamos a coisa toda à magnitude de uma célula individual, "ele explica. Por meio de links cruzados habilmente escolhidos, um complexo de células soltas é criado, cujos componentes individuais ainda agem como células individuais e absorvem água com extrema rapidez.

"A questão agora é como esses links cruzados podem ser projetados da forma mais eficiente possível e como criá-los em qualquer tamanho, "diz Zollfrank. No entanto, para aplicações práticas posteriores, ele também pode imaginar materiais de biopolímero poroso cujos poros são preenchidos com um líquido extremamente hidrofílico (hidrogel). Pesquisadores de materiais já estão trabalhando nisso. É apenas uma questão de tempo antes que eles determinem qual solução finalmente entrará na arquitetura do futuro.