תלוליות טרמיטים חושפות סוד ליצירת מבנים 'חיים ונושמים' שצורכים פחות אנרגיה

תלוליות טרמיטים חושפות סוד ליצירת מבנים 'חיים ונושמים' שצורכים פחות אנרגיה

חותמת זמן: 26 במאי 2023 2:09
צומת המקור: 2680880
26 במאי 2023 (חדשות Nanowerk) מבין כ-2,000 מינים ידועים של טרמיטים, חלקם מהנדסי מערכות אקולוגיות. התלים שנבנו על ידי כמה סוגים, למשל Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes ואודונטוטרמס, מגיעים לגובה של עד שמונה מטרים, מה שהופך אותם לכמה מהמבנים הביולוגיים הגדולים בעולם. הברירה הטבעית פועלת בשיפור ה'עיצוב' של התלוליות שלהם במשך עשרות מיליוני שנים. מה עשויים אדריכלים ומהנדסים אנושיים ללמוד אם ילכו אל הטרמיטים וישקלו את דרכיהם? במחקר חדש ב גבולות בחומרים ("מטה-חומרים בהשראת טרמיטים למעטפות בניין פעילות זרימה"), חוקרים הראו כיצד תלוליות טרמיטים יכולות ללמד אותנו ליצור אקלים פנימי נוח לבניינים שלנו שאין להם את טביעת הרגל הפחמנית של מיזוג אוויר. "כאן אנו מראים ש'מתחם היציאה', רשת סבוכה של מנהרות מחוברות שנמצאות בתלי טרמיטים, יכול לשמש לקידום זרימות של אוויר, חום ולחות בדרכים חדשות בארכיטקטורה האנושית", אמר ד"ר דיוויד אנדרן, בכיר. מרצה בקבוצת המחקר bioDigital Matter של אוניברסיטת לונד, והמחבר הראשון של המחקר.

טרמיטים מנמיביה

אנדריין והמחבר המשותף ד"ר רופרט סואר, פרופסור חבר בבית הספר לארכיטקטורה, עיצוב וסביבה בנויה באוניברסיטת נוטינגהאם טרנט, חקרו תלוליות של טרמיטים מקרוטרמס מיכלסני מנמיביה. מושבות ממין זה יכולות להיות מורכבות מיותר ממיליון פרטים. בלב התלים שוכנים גני הפטריות הסימביוטיים, המעובדים על ידי הטרמיטים למאכל. חלק ממכלול היציאה של תלולית טרמיטים מקרוטרמס מיכלסני מנמיביה חלק ממכלול היציאה של תלולית טרמיטים מקרוטרמס מיכלסני מנמיביה. (תמונה: D. Andréen) החוקרים התמקדו בקומפלקס היציאה: רשת צפופה דמוית סריג של מנהרות, ברוחב של בין 3 מ"מ ל-5 מ"מ, המחברת בין צינורות רחבים יותר פנימה עם החוץ. במהלך העונה הגשומה (נובמבר עד אפריל) כאשר התל צומח, זה משתרע על פני השטח הפונה לצפון, חשוף ישירות לשמש הצהריים. מחוץ לעונה זו, עובדי טרמיטים שומרים על מנהרות היציאה חסומות. המתחם נחשב כמאפשר אידוי של עודפי לחות, תוך שמירה על אוורור נאות. אבל איך זה עובד? אנדריין וסואר חקרו כיצד הפריסה של מתחם היציאה מאפשרת זרימות מתנודדות או דמויות דופק. הם ביססו את הניסויים שלהם על העותק הסרוק והמודפס בתלת-ממד של קטע קומפלקס יציאה שנאסף בפברואר 3 מהטבע. שבר זה היה בעובי 2005 ס"מ בנפח 4 ליטר, 1.4% מהם היו מנהרות. הם דימו רוח עם רמקול שהניע תנודות של תערובת CO16-אוויר דרך השבר, תוך מעקב אחר העברת המסה באמצעות חיישן. הם גילו שזרימת האוויר הייתה הגדולה ביותר בתדרי תנודה בין 2 הרץ ל-30 הרץ; מתון בתדרים שבין 40 הרץ ל-10 הרץ; ולפחות בתדרים שבין 20Hz ל-50Hz.

מערבולת עוזרת לאוורור

החוקרים הגיעו למסקנה כי מנהרות במתחם מקיימות אינטראקציה עם הרוח הנושבת על התל בדרכים המשפרות את העברת האוויר המונית לאוורור. תנודות רוח בתדרים מסוימים יוצרות מערבולות בפנים, שהשפעתה היא הובלת גזי נשימה ולחות עודפת הרחק מלב התל. "כשמאווררים בניין, רוצים לשמור על האיזון העדין של טמפרטורה ולחות שנוצר בפנים, מבלי להפריע לתנועת האוויר המעופש החוצה והאוויר הצח פנימה. רוב מערכות HVAC נאבקות עם זה. כאן יש לנו ממשק מובנה המאפשר החלפת גזים נשימתיים, פשוט מונעים על ידי הבדלי ריכוז בין צד אחד לשני. כך התנאים בפנים נשמרים", הסביר סואר. לאחר מכן, המחברים דימו את מתחם היציאה באמצעות סדרה של מודלים דו-ממדיים, אשר גדלו במורכבותם ממנהרות ישרות לסריג. הם השתמשו במנוע אלקטרו כדי להניע גוף מים מתנודד (שנראה לעין בעזרת צבע) דרך המנהרות, וצילמו את זרימת ההמונים. הם גילו, להפתעתם, שהמנוע צריך להזיז אוויר קדימה ואחורה רק כמה מילימטרים (המקבילים לתנודות רוח חלשות) כדי שהגאות והשפל יחדרו לכל המתחם. חשוב לציין, המערבולת הדרושה התעוררה רק אם הפריסה הייתה מספיק דמוית סריג.

מבנים חיים ונושמים

החוקרים מסכמים כי מתחם היציאה יכול לאפשר אוורור מופעל על ידי רוח של תלוליות טרמיטים ברוחות חלשות. "אנו מתארים לעצמנו שבניית קירות בעתיד, העשויה בטכנולוגיות מתפתחות כמו מדפסות אבקה, תכיל רשתות דומות למתחם היציאה. אלה יאפשרו להעביר אוויר, באמצעות חיישנים משובצים ומפעילים שדורשים רק כמויות זעירות של אנרגיה", אמר אנדרן. סואר סיכם: "הדפסת תלת מימד בקנה מידה בנייה תתאפשר רק כאשר נוכל לעצב מבנים מורכבים כמו בטבע. מתחם היציאה הוא דוגמה למבנה מסובך שיכול לפתור מספר בעיות בו-זמנית: שמירה על נוחות בתוך הבתים שלנו, תוך ויסות זרימת גזי הנשימה והלחות דרך מעטפת הבניין". "אנחנו על סף המעבר לבנייה דמוית טבע: בפעם הראשונה אולי אפשר יהיה לעצב בניין חי ונושם אמיתי".

בול זמן:

עוד מ ננוווק