این سیستم سایبان پنجره نور خورشید را در تابستان و زمستان تنظیم می کند

سیستم سایبان پنجره “Solar Gate” با الهام از مخروط‌های کاج، بدون نیاز به انرژی، نور خورشید را در تابستان مسدود و در زمستان عبور می‌دهد.

به گزارش تک‌ناک، مخروط‌های کاج، با اینکه مغز ندارند، اما به شکل جالبی عملکرد هوشمندی ارائه می‌کنند، که باعث شده است دانشمندان از آنها برای ساخت یک سیستم خاص برای سایبان پنجره‌ها الهام بگیرند.

مخروط‌های کاج در شرایط مختلف آب‌وهوایی واکنش‌های جالبی نشان می‌دهند. در هوای سرد و مرطوب، فلس‌های مخروط‌های کاج بسته می‌شوند، اما در هوای گرم و خشک، فلس‌های آنها باز می‌شوند. مخروط‌های کاج این کار را می‌کنند تا بذرهای آنها فقط در شرایط مناسب برای رشد پخش شوند، یعنی وقتی که هوا گرم و آفتابی است.  

هر فلس مخروط کاج از دو لایه الیاف سلولزی تشکیل شده است، که باعث باز و بسته شدن فلس‌ها می‌شوند. این الیاف در دو جهت مختلف قرار دارند.

وقتی مخروط‌های کاج با رطوبت روبه‌رو می‌شوند، این الیاف رطوبت را جذب می‌کنند و متورم می‌شوند، اما چون هر لایه در جهات مختلف قرار دارد، به‌ صورت متفاوت متورم می‌شوند. این تفاوت در تورم باعث می‌شود که فلس‌ها بسته شوند. وقتی هوا دوباره خشک می‌شود، فلس‌ها به حالت اولیه خود برمی‌گردند و باز می‌شوند.

دانشمندان از این ویژگی‌های مخروط‌های کاج الهام گرفتند و سیستم Solar Gate را طراحی کرده‌اند. این سیستم سایبان پنجره شامل یک شبکه از عناصر خودخم‌شونده است، که شبیه فلس‌های مخروط کاج عمل می‌کنند.

این عناصر بین دو شیشه در یک پنجره قرار دارند و در یک قاب آلومینیومی نصب می‌شوند. هوای بیرون می‌تواند از طریق دریچه‌های موجود در قاب، از بین دو شیشه عبور کند.

ساختار این سیستم از سه لایه تشکیل شده:

1. لایه پایین: این لایه از فیبرهایی ساخته شده که مخلوطی از پودر سلولز و یک ماده ترموپلاستیک است. این فیبرها وقتی رطوبت را جذب می‌کنند، متورم می‌شوند.
2. لایه میانی: این لایه از فیبرهایی ساخته شده که از یک نوع ترموپلاستیک دیگر است و وقتی رطوبت به آنها می‌رسد، متورم نمی‌شوند. این فیبرها در جهت خم شدن لایه زیرین قرار دارند.
3. لایه بالایی: این لایه از فیبرهای بیوکامپوزیت انعطاف‌پذیر ساخته شده است، که وظیفه نگه‌داشتن کل ساختار را بر عهده دارند.

وقتی این سیستم سایبان پنجره در معرض رطوبت قرار می‌گیرد، لایه پایین به دلیل جذب رطوبت متورم می‌شود، اما لایه میانی اجازه نمی‌دهد که این تورم به سمت بالا برود، بنابراین این تورم به سمت پایین و اطراف گسترش می‌یابد. این اتفاق باعث خم شدن عنصر می‌شود. وقتی بعد از مدتی خشک شد، دوباره به حالت صاف خود برمی‌گردد.

این فناوری در یک آزمایش واقعی در دانشگاه فریبورگ امتحان شد. ۴۲۴ عنصر از سیستم Solar Gate در هشت واحد پنجره نصب شدند و بیش از یک سال در یک نورگیر جنوبی قرار گرفتند.

در طول زمستان‌های مرطوب و سرد، این عناصر خم شدند و اجازه دادند نور خورشید وارد ساختمان شود و آن را گرم کنند. در تابستان‌های گرم و خشک، این عناصر صاف شدند و از عبور نور خورشید جلوگیری کردند تا داخل ساختمان خنک بماند.

پروفسور آچیم منگس از دانشگاه اشتوتگارت گفت: «ما سیستمی طراحی کرده‌ایم که به طور خودکار و در پاسخ به تغییرات آب‌وهوا باز و بسته می‌شود و این سیستم بدون نیاز به انرژی اضافی یا مکانیسم‌های پیچیده می‌باشد. به عبارت دیگر، ساختار طبیعی سیستم، همانند یک ماشین عمل می‌کند.»

این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است. جالب است بدانید که اولین باری نیست که دانشمندان از ویژگی‌های مخروط کاج برای استفاده در تکنولوژی‌های مختلف بهره می‌برند.

پیش از این، سیستم‌های سایبانی با قابلیت باز و بسته شدن چوب‌ها، لباس‌های هوشمندی که به تغییرات دمای محیط واکنش نشان می‌دهند و حتی ربات‌های کوچکی که از مکانیسم مخروط‌های کاج الهام گرفته‌اند، طراحی و ساخته شده‌اند.