Gundukan rayap mengungkapkan rahasia untuk menciptakan bangunan 'hidup dan bernapas' yang menggunakan lebih sedikit energi

26 Mei 2023 (Berita Nanowerk) Di antara sekitar 2,000 spesies rayap yang diketahui, beberapa adalah insinyur ekosistem. Gundukan yang dibangun oleh beberapa genera, misalnya Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes, dan Odontotermes, tingginya mencapai delapan meter, menjadikannya beberapa struktur biologis terbesar di dunia. Seleksi alam telah bekerja memperbaiki 'desain' gundukan mereka selama puluhan juta tahun. Apa yang mungkin dipelajari oleh arsitek dan insinyur manusia jika mereka pergi ke rayap dan mempertimbangkan jalan mereka? Dalam sebuah studi baru di Perbatasan dalam Material (“Metamaterial yang terinspirasi rayap untuk selubung bangunan aktif aliran”), peneliti menunjukkan bagaimana sarang rayap dapat mengajarkan kita untuk menciptakan iklim interior yang nyaman untuk bangunan kita yang tidak memiliki jejak karbon dari AC. “Di sini kami menunjukkan bahwa 'kompleks jalan keluar', jaringan rumit terowongan yang saling berhubungan yang ditemukan di gundukan rayap, dapat digunakan untuk mendorong aliran udara, panas, dan kelembapan dengan cara baru dalam arsitektur manusia,” kata Dr David Andréen, seorang senior dosen di kelompok riset BioDigital Matter Universitas Lund, dan penulis pertama studi tersebut.

Rayap dari Namibia

Andréen dan rekan penulis Dr Rupert Soar, seorang profesor di Sekolah Arsitektur, Desain dan Lingkungan Buatan di Universitas Nottingham Trent, mempelajari gundukan rayap Macrotermes michaelseni dari Namibia. Koloni spesies ini dapat terdiri dari lebih dari satu juta individu. Di jantung gundukan terdapat taman jamur simbiotik, yang dibudidayakan oleh rayap untuk makanan. Bagian dari kompleks jalan keluar gundukan rayap Macrotermes michaelseni dari Namibia. (Gambar: D. Andréen) Para peneliti berfokus pada kompleks jalan keluar: jaringan terowongan yang padat seperti kisi, dengan lebar antara 3mm dan 5mm, yang menghubungkan saluran yang lebih luas di dalam dengan bagian luar. Selama musim hujan (November hingga April) saat gundukan tumbuh, ini meluas ke permukaan yang menghadap ke utara, langsung terkena matahari tengah hari. Di luar musim ini, pekerja rayap memblokir terowongan jalan keluar. Kompleks ini dianggap memungkinkan penguapan kelembaban berlebih, dengan tetap mempertahankan ventilasi yang memadai. Tapi bagaimana cara kerjanya? Andréen dan Soar mengeksplorasi bagaimana tata letak kompleks jalan keluar memungkinkan aliran berosilasi atau seperti aliran pulsa. Mereka mendasarkan eksperimen mereka pada salinan fragmen kompleks jalan keluar yang dipindai dan dicetak 3D yang dikumpulkan pada Februari 2005 dari alam liar. Fragmen ini setebal 4 cm dengan volume 1.4 liter, 16% di antaranya adalah terowongan. Mereka mensimulasikan angin dengan speaker yang menggerakkan osilasi campuran udara-CO2 melalui fragmen, sambil melacak perpindahan massa dengan sensor. Mereka menemukan bahwa aliran udara paling besar pada frekuensi osilasi antara 30Hz dan 40 Hz; sedang pada frekuensi antara 10Hz dan 20 Hz; dan setidaknya pada frekuensi antara 50Hz dan 120 Hz.

Turbulensi membantu ventilasi

Para peneliti menyimpulkan bahwa terowongan di kompleks tersebut berinteraksi dengan angin yang bertiup di atas gundukan dengan cara yang meningkatkan perpindahan massa udara untuk ventilasi. Osilasi angin pada frekuensi tertentu menghasilkan turbulensi di dalam, yang efeknya membawa gas pernapasan dan kelembapan berlebih dari jantung gundukan. “Saat ventilasi bangunan, Anda ingin menjaga keseimbangan halus suhu dan kelembapan yang tercipta di dalam, tanpa menghalangi pergerakan udara pengap ke luar dan udara segar ke dalam. Sebagian besar sistem HVAC bergumul dengan ini. Di sini kami memiliki antarmuka terstruktur yang memungkinkan pertukaran gas pernapasan, hanya didorong oleh perbedaan konsentrasi antara satu sisi dan sisi lainnya. Kondisi di dalam jadi terjaga,” jelas Soar. Para penulis kemudian mensimulasikan kompleks jalan keluar dengan serangkaian model 2D, yang kompleksitasnya meningkat dari terowongan lurus menjadi kisi-kisi. Mereka menggunakan motor listrik untuk menggerakkan badan air yang berosilasi (dibuat terlihat dengan pewarna) melalui terowongan, dan memfilmkan aliran massa. Mereka menemukan, yang mengejutkan mereka, bahwa motor hanya perlu menggerakkan udara bolak-balik beberapa milimeter (sesuai dengan osilasi angin yang lemah) agar pasang surut menembus seluruh kompleks. Yang penting, turbulensi yang diperlukan hanya muncul jika tata letaknya cukup seperti kisi.

Bangunan hidup dan bernafas

Para penulis menyimpulkan bahwa kompleks jalan keluar dapat memungkinkan ventilasi gundukan rayap bertenaga angin pada angin lemah. “Kami membayangkan dinding bangunan di masa depan, yang dibuat dengan teknologi baru seperti printer tempat tidur bedak, akan berisi jaringan yang mirip dengan kompleks jalan keluar. Ini akan memungkinkan untuk memindahkan udara, melalui sensor dan aktuator tertanam yang hanya membutuhkan energi dalam jumlah kecil, ”kata Andréen. Soar menyimpulkan: “Pencetakan 3D skala konstruksi hanya akan dimungkinkan jika kita dapat merancang struktur serumit di alam. Kompleks jalan keluar adalah contoh struktur rumit yang dapat menyelesaikan banyak masalah secara bersamaan: menjaga kenyamanan di dalam rumah kita, sembari mengatur aliran gas pernapasan dan kelembapan melalui selubung bangunan.” “Kami berada di ambang transisi menuju konstruksi seperti alam: untuk pertama kalinya, mungkin untuk merancang bangunan yang benar-benar hidup dan bernafas.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63067.php