Шишки навчать дахи автоматично закриватися під час дощу

Німецькі вчені підглянули у соснових шишок механізм, що дозволяє рухомим елементам конструкцій (наприклад, на дахах або вікнах будівель) автоматично закриватися при підвищенні вологості без зовнішніх джерел енергії, йдеться в статті, опублікованій в.

Листя і квіти більшості рослин дуже чутливі до зміни зовнішніх умов. Вранці при збільшенні освітленості листя і квітки розкриваються і повертаються до джерела світла. Деякі хижі рослини схлопують своє листя при дотику. Під час дощу шишки хвойних дерев закриваються, знову розкриваючись при зменшенні вологості. Багато з цих механізмів люди намагаються відтворити штучно в різних матеріалах і конструкціях. Але зазвичай всі такі пристрої мають дуже невеликі розміри: або такі ж, як у біологічних прообразах, або навіть ще менше.

Група німецьких ботаніків, архітекторів та інженерів під керівництвом Сімона Поппінги (Simon Poppinga) з Фрайбурзького університету розробила теоретичну базу для створення рухомої конструкції для архітектурних цілей, яка функціонально повторює механізм закривання шишок, але має розміри приблизно в 10 - 20 разів більші. Як матеріал, чутливий до вологості, автори роботи пропонують використовувати органічні гідрогелі, які можуть збільшувати свій обсяг при підвищенні вологості на 30-50 відсотків.

Такий гідрогель дослідники пропонують наносити на поверхню гнучкого елемента з гуми. При підвищенні вологості буде розширюватися лише один з двох шарів, що призведе до викривлення всієї структури та її «згортання». З таких двошарових структур можна збирати складні системи, що складаються з величезного числа замкнутих комірок мікронного або міліметрового розміру з невеликими роздільниками між ними. В результаті при зміні вологості відбувається анізотропне стиснення, і вся система приходить в рух.

Можливість використання такого підходу визначається швидкістю реакції матеріалу на зміну зовнішніх умов. Виявилося, що ця швидкість досить велика, і один елемент розміром від 5 мікрон до декількох міліметрів може повністю змінити свою конфігурацію за час від 0,5 до 50 секунд.

Гідністю запропонованих матеріалів є те, що вони реагують безпосередньо на зміну зовнішніх умов: температури, вологості, освітленості або хімічного складу. Тому в якості одного з можливих застосувань автори роботи пропонують використовувати такі механізми на дахах стадіонів: складаються з великої кількості окремих елементів, такі дахи будуть автоматично закриватися, якщо, наприклад, почнеться дощ або сонце буде світити занадто яскраво.

За припущенням вчених, розроблені ними механізми дозволять значно скоротити споживання енергії.

Склад і структура природних об'єктів не тільки служить джерелом ідей для складних механізмів, але і в деяких випадках допомагає поліпшити властивості матеріалів, які використовуються для будівництва. Наприклад, структура морського їжака допомагає бетону значно збільшувати свої міцнісні характеристики. А відтворюючи хімічний склад бісуса мідій, вчені змогли розробити надміцні розтягувані нитки.