Componentes móviles en edificios como persianas, cuya estructura se basa en conos de madera de coníferas, que se abren o cierran en caso de sequedad debido al diferente comportamiento de hinchamiento de su tejido. Crédito:C. Zollfrank / TUM
Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich, Universidad de Friburgo, y la Universidad de Stuttgart ha informado sobre el diseño de componentes de construcción móviles, como persianas, basados en soluciones naturales. El objetivo es equiparlos con elementos de accionamiento que puedan moverse sin aporte de energía. Piñas, que tienen respuestas de hinchazón que hacen que se abran cuando están húmedas o se cierran cuando están secas, sirvió de modelo.
En todo el mundo, el uso de edificios representa el 40 por ciento del consumo total de energía. Aproximadamente la mitad del consumo de energía se utiliza para el control del clima. Aunque se pueden utilizar persianas y otros elementos de fachada móviles para optimizar la transparencia de la carcasa del edificio para el calor y la luz, sus motores eléctricos también requieren energía.
"La arquitectura sostenible requiere urgentemente nuevos materiales para cumplir con los requisitos de alta eficiencia energética y protección del clima, "dice el investigador Profesor Cordt Zollfrank. En la Cátedra de Polímeros Biogénicos en el Campus Straubing de Biotecnología y Sostenibilidad de la TUM, él está investigando los principios básicos relacionados. Su objetivo es desarrollar elementos de accionamiento y actuadores capaces de convertir señales en movimientos mecánicos sin consumir energía.
Junto con los arquitectos, ingenieros civiles y botánicos, ha encontrado métodos novedosos que utilizan mecanismos naturales para mejorar el balance energético de los edificios. En un artículo conjunto en la revista especializada Materiales avanzados , el equipo informa sobre el estado de la investigación en esta área, y demuestra las posibilidades de los modelos del mundo vegetal.
El modelo para los componentes móviles de los edificios son conos de madera de coníferas, que se abren (derecha) o se cierran en seco debido al diferente comportamiento de hinchamiento de su tejido. Crédito:C. Zollfrank / TUM
El material reemplaza al motor
Las piñas de pino y abeto maduros cierran sus escamas cuando llueve para proteger las semillas. Sin embargo, cuando está seco, se abren para liberarlos. Durante este movimiento, la composición de las paredes celulares juega un papel crucial. Están compuestos principalmente de lignina, que no se hincha mucho, y celulosa, que hace. Debido a la diferente orientación de las fibrillas de celulosa en el tejido de las escamas, se curvan hacia adentro cuando la humedad es alta, y hacia afuera cuando está seco.
"Lo emocionante de esto es que la energía para estos movimientos no proviene de procesos metabólicos, sino únicamente de los mecanismos físicos y las propiedades de los materiales, ", dice el profesor Zollfrank. A través de la combinación de materiales con diferentes propensiones a hincharse, ha desarrollado elementos de accionamiento biomiméticos denominados actuadores. Estos elementos están compuestos por dos capas de materiales que absorben cantidades variables de líquido y se comportan de manera similar a sus modelos naturales.
Conos de maderas blandas, que utilizan los diferentes comportamientos de hinchazón de su tejido para abrirse cuando están húmedos o cerrarse cuando están secos. Crédito:C. Zollfrank / TUM
Sin embargo, antes de que puedan utilizarse a gran escala en arquitectura, el material que los investigadores aún necesitan para resolver un problema que afecta la escalabilidad:cuanto más grande es la célula o el tejido, cuanto mayor sea el tiempo necesario para que el agua penetre en sus poros. Algo que tarda dos horas en una piña lleva varios años en un edificio. Por eso, para utilizar la dinámica hidráulica de las piñas para aplicaciones en arquitectura, los investigadores deben superar un límite físico.
Para este propósito, Zollfrank propone un tipo de proceso de reestructuración a nivel material. "Desacoplamos el tamaño del tejido y lo tomamos todo a la magnitud de una célula individual, ", explica. A través de enlaces cruzados elegidos inteligentemente, Se crea un complejo de células sueltas cuyos componentes individuales, sin embargo, aún actúan como células individuales y absorben agua con extrema rapidez.
"La pregunta ahora es cómo se pueden diseñar esos enlaces cruzados de la manera más eficiente posible y cómo crearlos en cualquier tamaño, "dice Zollfrank. Sin embargo, para aplicaciones prácticas posteriores, También puede imaginar materiales biopoliméricos porosos cuyos poros están llenos de un líquido extremadamente hidrófilo (hidrogel). Los investigadores de materiales ya están trabajando en esto. Es solo cuestión de tiempo antes de que determinen qué solución finalmente se abrirá camino en la arquitectura del futuro.
