تكشف أكوام النمل الأبيض سر إنشاء مباني "حية وتتنفس" تستهلك طاقة أقل

تكشف أكوام النمل الأبيض سر إنشاء مباني "حية وتتنفس" تستهلك طاقة أقل

الطابع الزمني: 26 مايو 2023 ، 2:09 مساءً
عقدة المصدر: 2680880
26 مايو 2023 (أخبار Nanowerk) من بين ما يقرب من 2,000 نوع معروف من النمل الأبيض ، بعض من مهندسي النظام الإيكولوجي. تصل التلال التي بنتها بعض الأجناس ، على سبيل المثال Amitermes و Macrotermes و Nasutitermes و Odontotermes ، إلى ثمانية أمتار ، مما يجعلها من أكبر الهياكل البيولوجية في العالم. يعمل الانتقاء الطبيعي على تحسين "تصميم" تلالها على مدى عشرات الملايين من السنين. ما الذي يمكن أن يتعلمه المهندسون والمعماريون البشريون إذا ذهبوا إلى النمل الأبيض وفكروا في طرقهم؟ في دراسة جديدة في الحدود في المواد ("المواد الوصفية المستوحاة من النمل الأبيض لأغلفة المباني النشطة الانسيابية") ، أظهر الباحثون كيف يمكن لتلال النمل الأبيض أن تعلمنا خلق مناخات داخلية مريحة لمبانينا التي لا تحتوي على بصمة كربونية لتكييف الهواء. قال الدكتور ديفيد أندرين ، أحد كبار السن: "نظهر هنا أن" مجمع الخروج "، وهو شبكة معقدة من الأنفاق المترابطة الموجودة في أكوام النمل الأبيض ، يمكن استخدامها لتعزيز تدفقات الهواء والحرارة والرطوبة بطرق جديدة في العمارة البشرية". محاضر في مجموعة أبحاث bioDigital Matter بجامعة لوند ، والمؤلف الأول للدراسة.

النمل الأبيض من ناميبيا

درس أندرين والمؤلف المشارك الدكتور روبرت سور ، الأستاذ المشارك في كلية الهندسة المعمارية والتصميم والبيئة المبنية في جامعة نوتنغهام ترنت ، أكوام من النمل الأبيض Macrotermes michaelseni من ناميبيا. يمكن أن تتكون مستعمرات هذا النوع من أكثر من مليون فرد. في قلب التلال تقع حدائق الفطريات التكافلية التي يزرعها النمل الأبيض كغذاء. جزء من مجمع خروج تل من النمل الأبيض Macrotermes michaelseni من ناميبيا جزء من مجمع خروج تل من النمل الأبيض Macrotermes michaelseni من ناميبيا. (الصورة: D. Andréen) ركز الباحثون على مجمع الخروج: شبكة كثيفة تشبه الشبكة من الأنفاق ، يتراوح عرضها بين 3 مم و 5 مم ، وتربط قنوات أوسع بالداخل مع الخارج. خلال موسم الأمطار (من نوفمبر إلى أبريل) عندما تنمو الكومة ، يمتد هذا فوق سطحه المواجه للشمال ، ويتعرض مباشرة لشمس الظهيرة. خارج هذا الموسم ، يحافظ عمال النمل الأبيض على سد أنفاق الخروج. يُعتقد أن المجمع يسمح بتبخر الرطوبة الزائدة ، مع الحفاظ على التهوية الكافية. ولكن كيف يعمل؟ استكشف Andréen و Soar كيف يتيح تخطيط مجمع الخروج تدفقات متذبذبة أو شبيهة بالنبض. استندوا في تجاربهم إلى النسخة الممسوحة ضوئيًا والمطبوعة ثلاثية الأبعاد لجزء معقد للخروج تم جمعه في فبراير 3 من البرية. كانت هذه القطعة بسماكة 2005 سم وحجمها 4 لتر ، 1.4٪ منها عبارة عن أنفاق. لقد قاموا بمحاكاة الرياح باستخدام مكبر صوت يقود تذبذبات خليط هواء ثاني أكسيد الكربون عبر الجزء ، بينما يتتبعون انتقال الكتلة باستخدام جهاز استشعار. ووجدوا أن تدفق الهواء كان أكبر عند ترددات التذبذب بين 16 هرتز و 2 هرتز ؛ معتدلة على ترددات بين 30 هرتز و 40 هرتز ؛ وعلى الأقل بترددات بين 10 هرتز و 20 هرتز.

يساعد الاضطراب على التهوية

وخلص الباحثون إلى أن الأنفاق الموجودة في المجمع تتفاعل مع الرياح التي تهب على الكومة بطرق تعزز النقل الجماعي للهواء من أجل التهوية. تؤدي اهتزازات الرياح عند ترددات معينة إلى حدوث اضطراب في الداخل ، يتمثل تأثيره في نقل الغازات التنفسية والرطوبة الزائدة بعيدًا عن قلب الكومة. "عند تهوية مبنى ما ، فأنت تريد الحفاظ على التوازن الدقيق لدرجة الحرارة والرطوبة المتولدة في الداخل ، دون إعاقة حركة الهواء الفاسد إلى الخارج والهواء النقي إلى الداخل. تكافح معظم أنظمة HVAC مع هذا. لدينا هنا واجهة منظمة تسمح بتبادل الغازات التنفسية ، مدفوعة ببساطة بالاختلافات في التركيز بين جانب وآخر. وهكذا يتم الحفاظ على الظروف في الداخل "، أوضح سور. ثم قام المؤلفون بمحاكاة مجمع الخروج بسلسلة من النماذج ثنائية الأبعاد ، والتي زادت في التعقيد من الأنفاق المستقيمة إلى الشبكة. استخدموا محركًا كهربائيًا لقيادة جسم مائي متذبذب (أصبح مرئيًا بصبغة) عبر الأنفاق ، وقاموا بتصوير تدفق الكتلة. ووجدوا ، لدهشتهم ، أن المحرك يحتاج إلى تحريك الهواء ذهابًا وإيابًا بضعة مليمترات فقط (بما يتوافق مع تذبذبات الرياح الضعيفة) من أجل المد والجزر لاختراق المجمع بأكمله. الأهم من ذلك ، أن الاضطراب الضروري ينشأ فقط إذا كان التصميم يشبه الشبكة بشكل كافٍ.

مباني المعيشة والتنفس

استنتج المؤلفون أن مجمع الخروج يمكن أن يتيح التهوية بواسطة الرياح لتلال النمل الأبيض عند الرياح الضعيفة. "نتخيل أن بناء الجدران في المستقبل ، المصنوع بتقنيات ناشئة مثل طابعات المسحوق ، سيحتوي على شبكات مشابهة لمجمع الخروج. هذا سيجعل من الممكن تحريك الهواء ، من خلال أجهزة استشعار ومشغلات مدمجة لا تتطلب سوى كميات ضئيلة من الطاقة ، "قال أندرين. واختتم سور قائلاً: "لن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق البناء ممكنة إلا عندما نتمكن من تصميم هياكل معقدة مثل الطبيعة. مجمع الخروج هو مثال على هيكل معقد يمكن أن يحل مشاكل متعددة في وقت واحد: الحفاظ على الراحة داخل منازلنا ، مع تنظيم تدفق الغازات التنفسية والرطوبة من خلال غلاف المبنى ". "نحن على وشك الانتقال نحو البناء الشبيه بالطبيعة: لأول مرة ، قد يكون من الممكن تصميم مبنى حقيقي للمعيشة والتنفس."

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك