Умные окна: как природа вдохновила на создание нового поколения оконных технологий

Вы когда-нибудь задумывались, как шишки на деревьях открываются и закрываются? Это не магия – это наука! Исследователи обратились к природе для создания инновационных оконных технологий, которые могут изменить нашу жизнь и сделать дома более комфортными, не потребляя при этом ни ватта электроэнергии.

Как шишки реагируют на климатические изменения

Шишки обладают удивительными чешуйками, которые реагируют на уровень влажности. При повышенной влажности они плотно закрываются, а в сухую и теплую погоду открываются, чтобы выпустить семена. Этот простой, но эффективный механизм вдохновил ученых на разработку системы умных окон, которые могут улучшить энергоэффективность зданий.

Инновационная система Solar Gate

Учёные из университетов Штутгарта и Фрайбурга в Германии создали систему оконного фасада под названием Solar Gate. Эта технология напоминает маленькие шишки, встроенные в окна. Умные окна оснащены специальными элементами, которые сворачиваются при холодной и влажной погоде, пропуская солнечный свет для обогрева дома, и разворачиваются в жару и сухость, блокируя солнечное излучение и поддерживая прохладу внутри.

Устройство системы Solar Gate

Система Solar Gate состоит из сетчатого массива самосгибаемых элементов, вдохновленных шишками, помещенных между двумя стеклами в алюминиевой рамке. Каждый элемент включает три различных слоя, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию:

1. **Нижний слой**: состоит из смеси целлюлозного порошка и термопластика, который увеличивается в объеме при увлажнении.
2. **Средний слой**: изготовлен из термопластика, который не реагирует на влажность.
3. **Верхний слой**: состоит из гибких биокомпозитных волокон, которые скрепляют всю конструкцию.

При воздействии влажного воздуха нижний слой расширяется, заставляя элемент изгибаться вверх. В сухих условиях он возвращается в плоское состояние. Такой механизм позволяет окнам автоматически реагировать на изменения погоды, обеспечивая оптимальное количество света и тени.

Результаты испытаний системы Solar Gate

Система Solar Gate прошла серьезные испытания в реальных условиях. В течение года исследователи установили 424 элемента Solar Gate на южной стороне крыши исследовательского здания в университете Фрайбурга. Результаты испытаний оказались впечатляющими.

В холодные и влажные зимние месяцы элементы изгибались, позволяя солнечному свету проникать в здание и эффективно обогревая его. Это значительно снизило потребность в искусственном отоплении и освещении. С наступлением теплых и сухих летних дней элементы автоматически расправлялись, блокируя лишний солнечный свет и поддерживая комфорт внутри здания без использования энергоемких кондиционеров.

Перспективы применения технологий

Этот инновационный подход к строительным технологиям имеет широкие перспективы. Исследователи уже начали изучать аналогичные биомиметические принципы для различных применений. Например, разрабатываются системы затенения из деревянных планок, которые могут открываться и закрываться в зависимости от условий окружающей среды.

В области текстиля ученые работают над «умными» тканями, которые адаптируются к температуре, обеспечивая максимальный комфорт для носителей. Принципы биомиметики также применяются в робототехнике, где разрабатываются миниатюрные мобильные роботы, реагирующие на окружающие стимулы, вдохновленные природными механизмами.

Заключение: вдохновение из природы

Природа никогда не перестает удивлять нас своими гениальными решениями, и система окон Solar Gate является блестящим примером того, как можно использовать эти естественные чудеса. Подражая шишкам, ученые создали технологию, способную революционизировать подход к энергоэффективности в зданиях. Представьте будущее, в котором наши дома адаптируются к окружающей среде, как живые организмы. Кто бы мог подумать, что ключ к более умным зданиям скрывается в наших лесах?

Ваше мнение о смарт-окнах

Как вы относитесь к идее окон, которые автоматически открываются и закрываются в зависимости от влажности и температуры? Поделитесь своим мнением с нами!