シロアリ塚が明かす、より少ないエネルギーで「生きて呼吸する」建物を作る秘密

シロアリ塚が明かす、より少ないエネルギーで「生きて呼吸する」建物を作る秘密

タイムスタンプ：26年2023月2日09:XNUMX PM
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26年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース） 既知の約 2,000 種のシロアリの中には、生態系エンジニアであるシロアリもいます。 アミテルメス、マクロテルメス、ナスティテルメス、オドントテルメスなどの一部の属によって築かれた塚は、高さが最大 ​​XNUMX メートルに達し、世界最大の生物学的構造物の一部となっています。 自然選択は、何千万年にもわたって彼らの塚の「デザイン」を改善するために働いてきました。 人間の建築家やエンジニアがシロアリのところへ行き、シロアリのやり方を検討したら何を学べるでしょうか? での新しい研究では 材料のフロンティア (「フローアクティブな建物外皮用のシロアリにヒントを得たメタマテリアル」）、研究者らは、シロアリ塚が、空調による二酸化炭素排出量のない建物に快適な内部環境を作り出す方法をどのように教えてくれるかを示しました。 「ここで我々は、シロアリ塚で見られる相互接続されたトンネルの複雑なネットワークである『出口複合体』が、人間の建築における斬新な方法で空気、熱、湿気の流れを促進するために使用できることを示しました」と上級教授のデイビッド・アンドレン博士は述べた。ルンド大学のバイオデジタルマター研究グループの講師であり、この研究の筆頭著者。

ナミビア産のシロアリ

アンドリーンと共著者でノッティンガム・トレント大学建築・設計・建築環境学部准教授のルパート・ソアー博士は、ナミビアのマクロテルメス・マイケルセニシロアリの塚を研究した。 この種のコロニーは、XNUMX 万を超える個体で構成される場合があります。 マウンドの中心には、シロアリが餌として養殖する共生菌類の庭園があります。 ナミビア産の Macrotermes michaelseni シロアリの山の出口複合施設の一部 ナミビア産の Macrotermes michaelseni シロアリの山の出口複合体の一部。 (画像: D. Andréen) 研究者らは、出口複合体に焦点を当てました。出口複合体は、幅 3 mm から 5 mm の高密度で格子状のトンネルのネットワークであり、内部の幅広の導管と外部を接続しています。 マウンドが成長する雨季（3 月から 2005 月）の間、マウンドは北向きの表面に広がり、真昼の太陽が直接当たります。 この季節以外では、シロアリの働き手によって出口トンネルが封鎖されます。 この複合体は、適切な換気を維持しながら、過剰な水分の蒸発を可能にすると考えられています。 しかし、それはどのように機能するのでしょうか? Andréen と Soar は、出口複合施設のレイアウトによって振動またはパルス状の流れがどのように可能になるかを調査しました。 彼らは、4 年 1.4 月に野生から収集された出口複合体フラグメントのスキャンおよび 16D プリントされたコピーに基づいて実験を行いました。 この破片は厚さ 2 cm、容積 30 リットルで、そのうち 40% がトンネルでした。 彼らは、センサーで物質移動を追跡しながら、フラグメントを通過する CO10 と空気の混合物の振動を駆動するスピーカーで風をシミュレートしました。 彼らは、空気の流れが 20 Hz と 50 Hz の間の振動周波数で最大になることを発見しました。 120Hz～XNUMXHzの周波数では中程度。 少なくとも XNUMXHz ～ XNUMXHz の周波数では。

乱気流が換気を助ける

研究者らは、複合施設内のトンネルが、換気のための空気の物質移動を促進する形で、マウンドに吹く風と相互作用すると結論づけた。 特定の周波数の風の振動によって内部に乱流が発生し、その影響で呼吸ガスや過剰な水分がマウンドの中心部から運び去られます。 「建物を換気するときは、外側への古い空気と内側への新鮮な空気の移動を妨げることなく、内部に生じる温度と湿度の微妙なバランスを維持したいと考えます。 ほとんどの HVAC システムはこれに苦労しています。 ここには、単純に一方の側ともう一方の側の濃度差によって引き起こされる呼吸ガスの交換を可能にする構造化されたインターフェースがあります。 こうして内部の状態は維持されるのです」とソア氏は説明した。 次に、著者らは一連の 2D モデルを使用して出口複合体をシミュレートしました。直線のトンネルから格子まで複雑さが増しました。 彼らは、電気モーターを使用して振動する水域（染料で可視化）をトンネル内に駆動し、質量流を撮影しました。 彼らは驚いたことに、潮汐が複合施設全体に浸透するには、モーターが空気をわずか数ミリメートル（弱い風の振動に相当）前後に動かすだけで済むことがわかりました。 重要なのは、レイアウトが十分に格子状である場合にのみ、必要な乱流が発生するということです。

生きて呼吸する建物

著者らは、出口複合体により、弱い風でもシロアリ塚の風力発電による換気が可能になると結論付けています。 「将来、粉体床プリンターなどの新興技術を使って作られた建物の壁には、出口複合施設と同様のネットワークが組み込まれることになると想像しています。 これらにより、ほんの少量のエネルギーを必要とする埋め込みセンサーとアクチュエーターを通じて空気を移動させることが可能になります」とアンドレエン氏は述べています。 Soar 氏は次のように結論付けています。「建設規模の 3D プリンティングは、自然界と同じくらい複雑な構造を設計できる場合にのみ可能になります。 出口複合施設は、複数の問題を同時に解決できる複雑な構造の一例です。つまり、建物の外壁を通る呼吸ガスと湿気の流れを調整しながら、家の中の快適さを維持するということです。」 「私たちは自然のような建築への移行の瀬戸際にいます。初めて、真に生きて呼吸する建築を設計することが可能になるかもしれません。」

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