Подражая божьей коровке: в Штутгарте построили адаптивный павильон, который меняет свою конфигурацию от прикосновения

12 Августа 2019

Новость Архитектура Образование

Студенты и преподаватели Штутгартского университета продолжают исследовать возможности применения биомиметики и робототехники в архитектуре. Они уже успели построить павильоны, которые внешне и по конструктиву напоминают экзоскелет жука, панцирь морского ежа и «домик» личинки моли. В этом году исследователи обратили свое внимание на божьих коровок, точнее – на строение их крыльев. В результате получился павильон с мобильными навесами, которые меняют свою конфигурацию по запросу пользователя. В этом году разработкой и реализацией проекта занимались сразу три подразделения Штутгартского университета: Институт вычислительного проектирования (ICD), Институт строительной конструкции и конструктивного проектирования (ITKE) и Институт текстильных и волоконных технологий (ITFT).

zooming — Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart

«У многих видов жуков тонкие и хрупкие крылья скрыты под более крепкими надкрыльями, – поясняет команда. – Чтобы компактно «упаковать» нижние крылья, насекомые складывают каждое вдоль четко выраженных гибких соединительных зон. Сложенная пара накапливает упругую энергию в местах сочленения, что позволяет [жукам] в случае опасности быстро их раскрыть [и улететь]». Исследователи говорят, что принцип, по которому складывается крыло, напоминает флексагоны – заготовки, которые используются в оригами.

Кстати, ученым долгое время не удавалось понять, как божьим коровкам удается так быстро отрываться от земли и не вредить при этом жизненно важным сосудам. Секрет удалось раскрыть только в 2017 исследователям из Токийского университета. Чтобы понаблюдать за механикой движения, им пришлось удалить часть жесткого надкрылья и заменить ее прозрачным аналогом.

Штутгартский павильон состоит из двух адаптивных складных элементов – тождественных крыльям божьей коровки. Ширина навесов – 1,70 м, высота одного из них – 2,50 м, а второй – на 50 см длиннее. Каждое «крыло» весит по 23 кг.

Многослойные «крылья» сделаны из полиамидной матрицы, углеродного и стеклянного волокон. Материалы уложены слоями, при этом количество лент и ориентация нитей были заранее просчитаны. Основу здесь составляет стекловолокно, а углеродное используется только там, где этого требует конструктив. Послойным распределением материала занимался промышленный робот KUKA. За его работой можно понаблюдать на видео ниже.

После этого многослойную заготовку сначала отправили под горячий пресс (240°C), а затем под холодный (30°C), чтобы скрепить волокна между собой. После пластину разрезали на детали, из которых собрали итоговую конструкцию.

1 / 5

Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart
2 / 5

Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart
3 / 5

Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart
4 / 5

Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart
5 / 5

Демонстрационная модель ITECH Research Demonstrator 2018-19

© ICD/ITKE/ITFT University of Stuttgart

Конфигурацию павильона можно менять двумя способами. Во-первых, прикосновением к сенсорным областям – контактное управление возможно благодаря электрической проводимости углеродных волокон. Во-вторых, через пользовательский веб-интерфейс на смартфоне или ПК.

В обоих случаях навесы способны быстро реагировать на требования пользователя. Угол между плоскостями одной детали меняется от 0° до 80°. Движение осуществляется за счет пневматического привода, а в конструкцию вмонтированы датчики, которые определяют текущее состояние навеса.