Trong khi con người đang xây dựng McMansions và các công trình kiến trúc khác không ưu tiên tính hiệu quả cũng như hiệu suất thì các thành viên khác của thế giới động vật đang nghiên cứu những thiết kế tuyệt vời được thiết kế để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của họ. Đúng là những người thực hành kiến trúc bản địa đã hình dung ra các tòa nhà của họ. Nhưng ở quá nhiều nơi, chúng ta có những cấu trúc không phù hợp với thiên nhiên và cuối cùng chúng ta phải dựa vào các thiết bị kiểm soát khí hậu ngốn tài nguyên để giữ cho ngôi nhà của chúng ta có thể sống được.
Hiện tại, 25% năng lượng sản xuất trên toàn thế giới được sử dụng để sưởi ấm và làm mát các ngôi nhà và tòa nhà thương mại. Theo Cổng thông tin Khí hậu của MIT: “Khi thu nhập tăng lên và hành tinh của chúng ta ấm lên, số lượng máy điều hòa không khí dự kiến sẽ tăng gấp ba từ 1,6 tỷ chiếc hiện nay lên 4,8 tỷ chiếc vào năm 2050”. “Quá trình này không chỉ sử dụng nhiều điện mà các thiết bị điều hòa còn có xu hướng rò rỉ chất làm lạnh, thường là hydrofluorocarbons: loại khí nhà kính mạnh hơn carbon dioxide hàng trăm lần.”
Câu hỏi đặt ra là: Làm cách nào để chúng ta chuyển sang những cách hợp lý, ít carbon hơn, không gây ô nhiễm để làm mát và sưởi ấm các tòa nhà của mình?
Rõ ràng là học hỏi từ mối!
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Frontiers for Materials, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ cách các ụ mối có thể hướng dẫn chúng ta tạo ra khí hậu bên trong thoải mái mà không có dấu chân carbon của điều hòa không khí, Mischa Dijkstra giải thích trên Frontiers Science News.
“Các nhà khoa học đã nghiên cứu ‘phức hợp đầu ra’ của Macrotermes michaelseni mối từ Namibia, dường như thúc đẩy quá trình điều chỉnh độ ẩm và trao đổi khí,” Dijkstra viết. “Họ đã chỉ ra rằng cách bố trí mạng lưới đường hầm giống như mạng lưới này có thể chặn gió xung quanh ụ mối để tạo ra sự hỗn loạn bên trong, có thể cung cấp năng lượng cho hệ thống thông gió và kiểm soát khí hậu bên trong.”
Ông cho biết thêm: “Những đặc tính này có thể được sao chép để tạo ra khí hậu thoải mái trong các tòa nhà của con người với ít năng lượng”.
Nhiều loài mối được coi là kỹ sư hệ sinh thái, loài tạo ra, phá hủy, sửa đổi hoặc duy trì môi trường sống theo những cách quan trọng. Và chúng ta không nói về những con mối có mùi vị trong nhà bạn. Chúng ta đang nói về những con mối xây dựng những tòa nhà chọc trời.
Một số loài mối xây dựng các gò đất cao tới 26 feet, khiến tòa tháp của chúng trở thành công trình kiến trúc do động vật xây dựng lớn nhất thế giới. (Có những báo cáo chưa được xác nhận về một gò đất cao 42 feet ở Cộng hòa Congo được xây dựng bởi một loài châu Phi được gọi là mối mọt chiến tranh!)
Trải qua hàng chục triệu năm, loài mối đã nỗ lực hoàn thiện các phương pháp xây dựng của chúng—và có những bài học cần rút ra.
Tiến sĩ David Andréen, sinh viên cấp cao cho biết: “Ở đây chúng tôi chứng minh rằng ‘khu phức hợp lối ra’, một mạng lưới phức tạp gồm các đường hầm liên kết với nhau được tìm thấy trong các ụ mối, có thể được sử dụng để thúc đẩy các luồng không khí, nhiệt và hơi ẩm theo những cách mới lạ trong kiến trúc của con người”. giảng viên tại Đại học Lund và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.
Nhìn vào mối ở Namibia
Đối với nghiên cứu này, Andréen và đồng tác giả Tiến sĩ Rupert Soar, phó giáo sư tại Trường Kiến trúc, Thiết kế và Môi trường Xây dựng tại Đại học Nottingham Trent, đã chuyển sang Macrotermes michaelseni. Còn được gọi là mối gò khổng lồ, hơn một triệu cá thể có thể tạo thành một đàn mối.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào khu phức hợp lối ra, một mạng lưới đường hầm dày đặc, giống như mạng lưới, như bạn có thể thấy trong bức ảnh trên cùng. Cấu trúc này kết nối các ống dẫn rộng hơn bên trong với bên ngoài. Dijkstra viết: “Trong mùa mưa (tháng 11 đến tháng 4) khi gò đất đang phát triển, phần này trải dài trên bề mặt hướng về phía bắc của nó, tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng giữa trưa”. “Bên ngoài mùa này, các công nhân mối luôn chặn các đường hầm thoát ra. Khu phức hợp được cho là cho phép thoát hơi ẩm dư thừa, đồng thời duy trì hệ thống thông gió đầy đủ.”
Andréen và Soar đã quét và in 3D bản sao của một mảnh của khu phức hợp đầu ra thực sự và khám phá cách bố trí cấu trúc tạo ra các dòng dao động giống như xung.
Sự nhiễu loạn giúp thông gió
Thông qua nhiều thí nghiệm khác nhau, họ phát hiện ra rằng các đường hầm trong khu phức hợp tương tác với gió thổi bên ngoài theo cách tăng cường sự truyền khối không khí để thông gió. Họ giải thích rằng dao động của gió ở những tần số nhất định sẽ tạo ra sự hỗn loạn bên trong. Tác dụng là đưa khí hô hấp và độ ẩm dư thừa ra khỏi trung tâm của gò đất.
Tổ mối ở Bangalore, Ấn Độ.
D. Andreen
“Khi thông gió cho một tòa nhà, bạn muốn duy trì sự cân bằng tinh tế giữa nhiệt độ và độ ẩm được tạo ra bên trong mà không cản trở sự di chuyển của không khí cũ ra bên ngoài và không khí trong lành vào bên trong. Hầu hết các hệ thống HVAC đều gặp khó khăn với điều này. Ở đây chúng ta có một giao diện có cấu trúc cho phép trao đổi khí hô hấp, đơn giản là do sự khác biệt về nồng độ giữa bên này và bên kia. Do đó, các điều kiện bên trong được duy trì,” Soar giải thích.
Cuộc sống đích thực, những tòa nhà mang hơi thở
Các tác giả kết luận rằng tổ hợp thoát ra có thể tạo ra hệ thống thông gió bằng sức gió của các ụ mối chỉ với gió yếu bên ngoài ụ mối—và khi áp dụng cho các cấu trúc của con người, có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát khí hậu và thông gió.
Quét 3D mảnh tổ hợp đầu ra của mối Macrotermes michaelseni.
D. Andreen và R. Bay lên
“Chúng tôi tưởng tượng rằng các bức tường xây dựng trong tương lai, được làm bằng các công nghệ mới nổi như máy in bột, sẽ chứa các mạng tương tự như khu phức hợp lối ra. Những thứ này sẽ giúp không khí có thể di chuyển xung quanh thông qua các cảm biến và bộ truyền động nhúng vốn chỉ cần một lượng năng lượng rất nhỏ,” Andréen nói.
Soar cho biết: “Việc in 3D ở quy mô xây dựng sẽ chỉ khả thi khi chúng ta có thể thiết kế các cấu trúc phức tạp như trong tự nhiên”. điều chỉnh luồng khí hô hấp và độ ẩm qua lớp vỏ của tòa nhà.”
“Chúng tôi đang trên đà chuyển đổi sang xây dựng giống như thiên nhiên: lần đầu tiên, có thể thiết kế một tòa nhà sống động thực sự.”
Và thế là kết thúc bài học này từ những người thầy mối của chúng ta. Bạn có thể tìm thấy toàn bộ nghiên cứu ở đây: Siêu vật liệu lấy cảm hứng từ mối dành cho vỏ bọc tòa nhà có dòng chảy hoạt động.