Чешуйки стеклянных шишек помогли создать самозатемняющиеся окна без затрат энергии

Ученые из университетов Штутгарта и Фрайбурга представили проект Solar Gate, который недавно завершил годовые испытания. Это пассивная система регулирования потока света через окна, которая чутко реагирует на изменения погоды. Для ее работы не требуется затрат энергии, а принцип действия скопирован с работы чешуек обычных шишек.

Шишка должна иметь способность сохранять семена целыми при плохой погоде, но высвобождать их при теплой и хорошей для рассеивания по округе. Для этого эволюция наделила ее чешуйки чувствительностью к влаге — они разбухают при повышении влажности. Но у каждой чешуйки два слоя, которые расширяются в противоположных направлениях. Поэтому когда снаружи сыро, их взаимное давление закупоривает камеру с семечком, а когда сухо, они сокращаются и раскрывают камеру.

Ученые напечатали на 3D-принтере три разных слоя материала. Нижний сделан из целлюлозного порошка и разбухает при попадании влаги. Средний из термопластика, он устойчив к влажности. Верхний изготовлен из биокомпозитных нитей, он удерживает все слои в виде единого целого. Взаимное расположение слоев таково, что при расширении нижний слой может двигаться только в одном направлении, поэтому он закручивает всю конструкцию вверх и вбок.

В ходе тестирования 424 элемента Solar Gate были установлены на восьми окнах, чьи двухслойные рамы имели отверстия. Через них воздух с улицы свободно попадал внутрь и циркулировал между рамами, поэтому влажность внутри окон менялась в соответствии с погодой снаружи. Стеклянные на вид чешуйки исправно скручивались влажной зимой, открывая доступ свету извне внутрь помещений. И оставались раскрытыми теплым летом, блокируя свет и сохраняя прохладу внутри здания.