Immagina una facciata adattiva in grado di modificare la propria forma in base alle condizioni meteorologiche, in totale autonomia e senza la necessità di energia operativa o elementi meccatronici. Grazie all’innovativo design bioispirato alle pigne degli alberi sviluppato dal team congiunto dell’Università di Stoccarda e Friburgo l’idea si è trasformata in realtà.
La vittoria dell’Architettura biomimetica
“La maggior parte dei tentativi di risposta alle intemperie nelle facciate architettoniche si basano in gran parte su elaborati dispositivi tecnici. La nostra ricerca esplora come possiamo sfruttare la risposta del materiale stesso attraverso la progettazione computazionale avanzata e la produzione additiva”, sottolinea il professor Achim Menges, direttore dell’Institute for Computational Design and Construction (ICD) presso l’Università di Stoccarda.
Servendosi di un design ispirato alla natura, di materiali naturali e soprattutto di tecnologie ampiamente accessibili, i ricercatori delle due Facoltà hanno sviluppato il sistema “Solar Gate”, una facciata adattiva e reattiva autonoma, scollegata dalla rete elettrica, per l’ombreggiamento interno.
Il team si è ispirato ai meccanismi di movimento delle pigne, creando dei moduli singoli capaci di aprirsi o chiudersi in risposta alle variazioni di temperatura o umidità, senza consumare energia metabolica.
Stampare in 4D materiali igromorfici di origine naturale
Gli scienziati sono riusciti a replicare la struttura anisotropa della cellulosa nei tessuti vegetali utilizzando stampanti 3D standard. La cellulosa infatti è capace di gonfiarsi o restringersi con il variare dell’umidità, mettendo in atto il cosiddetto igromorfismo. Sfruttando una stampante in 4D, il team di ricerca è riuscito a replicare questo processo progettando, su misura, fibre di cellulosa di origine biologica inserite in una struttura a doppio strato ispirata alle “squame” della pigna.
In condizioni di elevata umidità, i materiali cellulosici la assorbono e si espandono, causando l’arricciamento e l’apertura degli elementi stampati. Al contrario, in condizioni di bassa umidità, i materiali cellulosici rilasciano l’acqua e si contraggono, causando l’appiattimento e la chiusura degli elementi stampati.
Ovviamente con la facciata adattiva ombreggiante Solar Gate guadagna non solo l’efficienza, ma anche l’estetica.
Un anno di test ha confermato il successo di Solar Gate
Per oltre un anno, la tecnologia Solar Gate è stata testata sul liv MatS Biomimetic Shell, un edificio dimostrativo costruito nel campus dell’Università di Friburgo.
L’ottima riuscita del progetto ha assicurato alla facciata adattiva la capacità di dilatare i moduli stampati in 4D in inverno per lasciare passare la luce naturale, chiudendosi invece durante le giornate più calde estive. Il tutto alimentato esclusivamente da cicli meteorologici giornalieri e stagionali senza alcuna fornitura di energia elettrica.
Il sistema ha tutte le carte in regola per inserirsi al meglio in un futuro decarbonizzato degli edifici, permettendo di regolare il comfort termico senza dispendio di energia.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista “Nature Communications”.
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