Mușuroaiele de termite dețin secretul pentru clădiri mai eficiente energetic
Dintre cele aproximativ 2.000 de specii de termite cunoscute, unele sunt ingineri de ecosistem. Mușuroaiele de termite construite de unele genuri, de exemplu Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes și Odontotermes, ating până la opt metri înălțime, ceea ce le face unele dintre cele mai mari structuri biologice din lume.
Mușuroaiele de termite au evoluat de-a lungul a zeci de milioane de ani, astfel că este de înțeles că cercetătorii și-au îndreptat atenția către aceste insecte uimitoare.
Într-un nou studiu din Frontiers in Materials, cercetătorii au arătat că mușuroaiele ne pot învăța să creăm climate interioare confortabile pentru clădiri fără amprenta de carbon a aerului condiționat.
„Aici arătăm că rețeaua complicată de tuneluri interconectate găsite în movilele termitelor poate fi folosită pentru a favoriza fluxurile de aer, de căldură și de umiditate în moduri noi în arhitectura umană”, a spus dr. David Andréen, lector în grupul de cercetare bioDigital Matter al Universității Lund (Suedia) și autor al studiului.
Andréen și coautorul dr. Rupert Soar, profesor asociat la Școala de Arhitectură, Design și Mediul Construit de la Universitatea Nottingham Trent (Anglia), au studiat movilele termitelor Macrotermes michaelseni din Namibia. Coloniile acestei specii pot conține mai bine de un milion de indivizi. În „inima” movilelor se află grădinile cu ciuperci simbiotice, cultivate de termite pentru hrană.
Mușuroaiele de termite, una dintre extraordinarele structuri create de natură
Cercetătorii s-au concentrat asupra rețelei dense de tuneluri, cu lățime între 3 și 5 mm, care conectează conducte mai largi din interior cu exteriorul, scrie Tech Xplore.
În timpul sezonului ploios (din noiembrie până în aprilie), când movila crește, aceasta se extinde pe suprafața sa orientată spre nord, expusă direct la soarele de amiază. În afara acestui sezon, termitele lucrătoare țin blocate tunelurile de ieșire. Se crede că complexul permite evaporarea excesului de umiditate, menținând în același timp o ventilație adecvată. Dar cum funcționează?
Cum funcționează mușuroaiele de termite?
Andréen și Soar au explorat modul în care aspectul complexului permite fluxuri oscilante sau asemănătoare impulsurilor. Ei și-au bazat experimentele pe copia scanată și imprimată 3D a unui fragment de complex colectat în februarie 2005 din sălbăticie. Acest fragment avea 4 cm grosime și un volum de 1,4 litri, dintre care 16% erau tuneluri.
Ei au simulat vântul folosind un difuzor care a condus oscilațiile unui amestec de CO2-aer prin fragment, în timp ce urmărea transferul de masă cu un senzor. Ei au descoperit că fluxul de aer era cel mai mare la frecvențele de oscilație între 30 Hz și 40 Hz; moderat la frecvente intre 10Hz si 20 Hz; și cel mai mic la frecvențe cuprinse între 50 Hz și 120 Hz.
Cercetătorii au ajuns la concluzia că tunelurile din complex interacționează cu vântul care suflă peste movilă în moduri care îmbunătățesc transferul de masă de aer pentru ventilație. Oscilațiile vântului la anumite frecvențe generează turbulențe în interior, al căror efect este de a transporta gazele și excesul de umiditate departe de mușuroaiele de termite.
Echilibrul dintre temperatură și umiditate
„Când aerisești o clădire, vrei să păstrezi echilibrul delicat dintre temperatură și umiditate creat în interior, fără a împiedica mișcarea aerului viciat către exterior și a aerului proaspăt spre interior. Majoritatea sistemelor de aer condiționat au probleme la acest capitol. Aici avem o interfață structurată care permite schimbul de gaze respiratorii, conduse pur și simplu de diferențele de concentrație dintre o parte și cealaltă. Condițiile din interior sunt astfel menținute”, a explicat Soar.
Autorii au simulat apoi complexul folosind o serie de modele 2D, care au crescut în complexitate de la tuneluri drepte la o rețea. Ei au folosit un electromotor pentru a conduce un corp de apă oscilant (făcut vizibil cu ajutorul unui colorant) prin tuneluri și au filmat fluxul de masă.
Oamenii de știință au descoperit, spre surprinderea lor, că motorul trebuia să miște aerul înainte și înapoi doar câțiva milimetri (corespunzând unor oscilații slabe ale vântului) pentru ca fluxul și refluxul să pătrundă în întregul complex. Important este că turbulența necesară a apărut numai dacă aspectul a fost suficient de asemănător cu o rețea.
Autorii au concluzionat că complexul poate permite ventilarea folosind vântul a movilelor de termite la vânturi slabe.
Cum vor arăta construcțiile viitorului?
„Ne imaginăm că construirea de pereți în viitor, realizată cu tehnologii emergente, cum ar fi imprimantele cu pat de pulbere, vor conține rețele similare cu complexul termitelor. Acest lucru va face posibilă mișcarea aerului prin intermediul senzorilor și actuatoarelor încorporate care necesită doar cantități mici de energie”, a spus Andréen.
„Imprimarea 3D la scară de construcție va fi posibilă numai atunci când vom putea proiecta structuri la fel de complexe ca ale naturii. Complexul termitelor este un exemplu de structură complicată care ar putea rezolva mai multe probleme simultan: păstrarea confortului în interiorul caselor, regulând în același timp fluxul de gaze respiratorii și de umiditate prin anvelopa clădirii”, a explicat Soar.
„Suntem în pragul tranziției către o construcție asemănătoare naturii: pentru prima dată, ar putea fi posibil să proiectăm o clădire adevărată vie, care respiră”, a concluzionat el.
Vă recomandăm să citiți și:
Surpriză! Reciclarea eliberează cantități uriașe de microplastice în mediu
Inginerii au reușit să producă energie „curată” din umiditatea din aer
Combustibili lichizi din energie solară? Cercetătorii spun că este posibil
Betonul făcut din scutece ar putea rezolva o parte din problema deșeurilor