Биомиметические материалы и новые методы производства

Биомиметические материалы и новые методы производства

Творчество — уникальная черта человечества, выделяющая этот биологический вид из ряда других. Соответственно, творчество людей принципиально следует рассматривать биологической деятельностью. Если архитектуру, рождённую естественными явлениями, не считать чем-то новым, тогда биомиметические материалы и методы производства явно вносят существенный инновационный вклад в архитектуру и машиностроение.

От модифицированной древесины до ПЛА-пластиков

Биологически безопасные продукты и технологии, инспирированные живыми организмами, рисуют неотразимое и творческое будущее для созидания.

Биомиметический — созданный по образу и подобию природных аналогов. Либо представляющий точную копию структуры, в точности имитирующий свойства.

Уже появляются первые ростки инновационных технологий, за которыми просматривается экологически чистый горизонт. Рассмотрим некоторые из претендентов на замещение устаревших материальных вакансий.

Восстановленная (модифицированная) древесина

Нет в списке текущих тенденций биомиметического строительного материала, показывающего полное отсутствие дерева. В качестве примеров высокой значимости массово фигурируют конструкции именно древесные.

Биомиметический материал настойчиво манипулирует заголовками новостей, где архитекторы и дизайнеры стремятся изыскать продукты древесины по экологическим и эстетическим соображениям.

Модифицированная древесина Replex
Оригинальный и необычный вид восстановленной древесины «Replex». Внешне напоминает грузовые поддоны. Однако качество изделий реально высокое

Восстановленная или модифицированная древесина помогает достичь обе заявленные цели. Модифицированное дерево обеспечивает визуальным и тактильным теплом, исходящим от материала с более слабым экологическим следом, чем показывают другие продукты, включая девственную древесину.

Так, нидерландская компания «Houtmerk» производит модифицированную биомиметическую древесину «Replex» — панели массивного дерева, созданные из переработанного древесного материала.

Пластинчатые доски обеспечивают визуальное свидетельство их прежней жизни как бытовой мебели, включая профили декоративных молдингов.

Британский дизайнер и производитель в одном лице – Тристан Тите (Tristan Titeux), аналогичным образом производит деревянную биомиметическую мебель путем объединения полос, сделанных из отходов.

Мебель из восстановленной древесины
Вот такие оригинальные предметы мебели оказывается можно изготовить восстанавливая дерево, отслужившее свой первый срок. Пример возможностей от британского дизайнера Tristan Titeux

Изготовленная таким способом фирменная мебельная серия «Мило» состоит не только из регенерированной массивной древесины.

Часть продукции делается из вторично используемого сырья:

  • древесностружечной плиты,
  • фанеры,
  • древесноволокнистой плиты средней плотности,
  • других видов отслуживших пиломатериалов.

Несмотря на тот факт, что модифицированные деревянные изделия визуально приятны и качественно обработаны, оба производителя «Houtmerk» и «Titeux» дополнительно разработали уникальные средства агрегирования, позволяющие получить схожесть срезов старого дерева в эстетически необходимых местах.

Производство биопластика из водорослей

Интерес по отношению к биомассе отмечается стремительным ростом на рынке пластмасс. Биополимеры обещают улучшить энергоемкие и нерациональные качества пластика, изготовленного химическим способом. Около 12,7 млн. тонн этого явно не биомиметического материала ежегодно попадают  в океан.

Сырьё стройматериала биопластик
Из такого сырья отныне планируется получать экологически чистый пластик. Настоящий биомиметический материал вскоре должен заменить нерациональные полимеры

Между тем распространяются обобщённые формы биопластика, подобные PLA, полученные из кукурузы. Производится биомиметический материал, как минимум, двумя способами:

  1. Используется пищевое сырье, полученное переработкой остатков пищи.
  2. Специальным выращиванием с применением химических удобрений.

ПЛА-пластик (PLA) представлен материалом биоразлагаемым, биосовместимым, термопластичным. Технологически является алифатическим полиэфиром, где в качестве мономера выступает молочная кислота.

Изготовление подобных биопластиков из водорослей может быть налажено в рамках производства свежей рыбы. Примеры уже есть.

Продукт компании «Мередиан» называется «Solaplast» и представляет собой серию полимеров, содержащих от 10 до 50 процентов водорослей вместе с традиционным полимерным сырьём.

Чтобы изготовить такой биомиметический материал, сборочная машина водорослей сбрасывают биомассу из пресноводных плавучих тел в контейнер, откуда специальным насосом суспензия доставляется в промышленную сушильную установку.

Гранулированное сырьё из водорослей
Полученное гранулированное сырьё, добытое из водорослей, произрастающих в пресных водоёмах. Фундамент биомиметического материала — биопластика

Далее высушенный продукт объединяют с полимерами, подобными полиэтилену и полипропилену. Переработкой соединения получают гранулированное исходное сырьё, подходящее для литья под давлением, экструзии или для других типичных процессов производства пластика.

Изобретатели технологии утверждают: каждый килограмм водорослей, которые собираются, потребляют около двух килограммов углекислого газа.

Кроме того, разрабатывается технология искусственного пиломатериала для строительства, который будет базироваться на комбинации существующих ныне разных видов смол.

Фотогальваническое стекло (PV-стекло)

Компания «Onyx Solar», успешно реализующая бизнес в Испании и США, предлагает новый вид остекления PV-стеклом, в рамках различных строительных или инфраструктурных проектов. Ассортимент более чем обширный:

  • навесные стены,
  • световые кровельные люки,
  • своды,
  • навесы,
  • уличная мебель.

Остекление осуществляется посредством одного из двух видов фотогальванического стекла:

  1. Аморфного.
  2.  На кристаллах кремния.

Аморфное стекло делается на основе силикона с однородным оттенком или оснащается плёнкой с прерывистой интегральной проводкой.

Фотогальваническое стекло PV
Инновационное остекление фотогальваническим PV-стеклом предлагается уже сегодня для нужд строительных объектов разного уровня и назначения. Однако это только начало

Амфорное стекло обладает схожими механическими характеристиками с типичным архитектурным стеклом. Производство поддерживает различные размеры, цвета и толщину.

Уровень пропускания видимого света обеспечивается до 30%. По этому параметру амфорное стекло превосходит модификацию с кристаллическим кремнием.

Напротив, кристаллическое кремниевое стекло на прямом свете генерирует значительно больше энергии, чем аморфное (более чем в два раза).

Поэтому кристаллическое кремневое стекло видится оптимальным материалом для остекления фасадов, обращенных к солнцу.

Оба вида новых PV-стекол имеют интегрированные контрольные сетки из темных PV-квадратов. Такой материал идеально подходит для теневых навесов, сводов, сплошных стен, где не требуется активное пропускание света.

В условиях высокой активности солнечной энергии  (рост на 50% только в 2017 году), PV-стекло претендует на то, чтобы стать популярным строительным материалом на уровне биомиметических.

Биомиметический изоляционный материал

Достаточно многие существующие строительные изоляционные материалы обладают массой недостатков, связанных с высокими энергетическими затратами и негативными последствиями для здоровья человека.

Биомиметический изоляционный материал
Примерно такой обещает выглядеть новая биомиметическая изоляция — виртуальный прообраз биологической структуры шкуры белого медведя

Пенополистирол и экструдированный полистирол изготовлены из нефтепродуктов и содержат токсичные бромированные антипирены.

Изоляция на базе стекловолокна является энергоемкой для производства и характерна свойствами раздражителя кожи и глаз человека.

Исследования, связанные с поисками лучшей изоляции, привели голландских дизайнеров к нестандартному решению. Голландцы предложили в качестве изоляции использовать кожу белого медведя (естественно в качестве структурной модели).

Созданный по типу «медвежьей» структуры биомиметический материал «Plyskin», являет собой биомиметическую, нетоксичную изоляцию, которая состоит из трех разных слоёв:

  1. Внутренний слой (кожа) — это черный PLA, предназначенный для поглощения тепла.
  2. Средний слой (подшерсток) – плотные соты белого ПЭТ (полиэтиленгликольтерефталат), хранящие тепло.
  3. Внешний слой (волосяной) — синтетический мех, изготовленный из полупрозрачного многоразового полиамида, который захватывает неподвижный воздух.

Несмотря на то, что новая изоляция «Plyskin» еще коммерчески недоступна, предполагается, что биомиметический материал может стать удачным решением, своеобразной строительной кожей, которая приведёт к созданию пушистых зданий.

Структура биомиметической изоляции
Структура биомиметической изоляции: 1 — солнечная радиация; 2 — синтетический мех; 3 — полиэтиленгликольтерефталат; 4 — биопластик PLA; 5 — инфракрасное излучение; 6 — тепловое излучение

Немецкая компания «Sto» также разрабатывает систему наружной изоляции стен, структурно напоминающую мех медведя.

Биомиметический изоляционный материал «StoSolar» спроектирован для внешней обработки поверхности новых и существующих зданий. Отмечаются лучшие биомиметические свойства материала в условиях зимней эксплуатации, при солнечном свете под низким углом.

Летающие строительные роботы

Зоологическая био-мимикрия также вдохновила социум на быстрое развитие технологий. Реальный пример — строительство с помощью воздушных дронов. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) способны автоматически выполнять поставленные задачи.

Строительный дрон в работе
Строительный дрон в работе — транспортирует первый кирпич для укладки на уже созданный фундамент. За ним летят ещё сотни таких строительных дронов

Однако способность дронов к полету позволяет также решать дополнительные проблемы. Например, легко преодолевать сложный ландшафт или соединять между собой материалы, технологически размещаемые высоко в воздухе.

Первая полностью автоматизированная рабочая площадка с дронами, по мнению специалистов, должна появиться не ранее 2025 года. Такой прогноз обусловлен скоростью текущего технологического развития БПЛА.

Между тем дроны уже играют ключевую роль и один из примеров тому — создание исследовательского павильона ICD / ITKE 2016-17 в Штутгарте. Исследователи павильона ICD / ITKE предложили метод ткацкого производства с участием БПЛА.

Результат работы строительных дронов
Таким выглядит результат работы строительных дронов. Построить такое сооружение вручную за пару дней — невозможно в принципе

Вдохновила разработчиков работа натуральных мотыльков, создающих шёлковые гамаки между двумя точками на изогнутом листе. Однако вместо мотыльков предпочли к использованию беспилотные летательные аппараты.

Результатом стала легкая волокнистая структура пропитанного смолой волокна, общим объёмом 183 км. По словам исследователей, объединение необузданной свободы и адаптивности БПЛА с роботами, открывает новые возможности для создания структуры разных видов.

Новый строительный материал производств России

Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *