向自然界尋求靈感往往可以提供靈感，特別是在建筑方面。研究人員已經(jīng)研究了風(fēng)如何穿過白蟻丘的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，希望有朝一日能夠?yàn)榻ㄔ炷軌虬氡粍?dòng)地調(diào)節(jié)自身氣候的建筑物提供參考。

在非洲、澳大利亞和南美洲都發(fā)現(xiàn)了建丘白蟻的物種。一些土丘是復(fù)雜建筑的驚人例子，高達(dá)26英尺（8米），直徑達(dá)98英尺（30米）。它們堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)意味著它們往往比居住在其中的白蟻群活得更長。

(資料圖片)

現(xiàn)在，研究人員仔細(xì)觀察了納米比亞Macrotermes michaelseni白蟻建造的土丘，這些土丘容納了超過一百萬只白蟻個(gè)體。他們對(duì)"出口復(fù)合體"特別感興趣，這是一個(gè)密集的、格子狀的隧道網(wǎng)絡(luò)，在土丘周圍捕風(fēng)，在內(nèi)部形成湍流，控制內(nèi)部氣候。

在建造他們的土丘時(shí)，M. michaelseni必須考慮內(nèi)部和外部因素，使能量、物質(zhì)和信息能夠雙向流動(dòng)。在土丘朝北的一面的出口復(fù)合體主要出現(xiàn)在土丘生長的雨季。在那個(gè)時(shí)候，它是土丘和外部環(huán)境之間的唯一開口。人們認(rèn)為，這個(gè)建筑群有利于蒸發(fā)多余的水分，同時(shí)保持足夠的通風(fēng)。但研究人員希望更好地了解它的工作原理。

他們使用一個(gè)3D打印的出口綜合體模型碎片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并驅(qū)動(dòng)二氧化碳和空氣的振蕩混合物通過它。研究人員使用傳感器跟蹤空氣，發(fā)現(xiàn)出口隧道與吹在土丘上的風(fēng)相互作用，增強(qiáng)了通風(fēng)。氣流在30赫茲和40赫茲之間的振蕩頻率下最大，10赫茲和20赫茲之間適中，50赫茲和120赫茲之間的頻率最小。

他們的結(jié)論是，由出口復(fù)合體產(chǎn)生的湍流使白蟻丘的風(fēng)力通風(fēng)成為可能。

該研究的共同作者Rupert Soar說："當(dāng)給建筑物通風(fēng)時(shí)，你想保持內(nèi)部產(chǎn)生的溫度和濕度的微妙平衡，而不妨礙陳舊空氣向外和新鮮空氣向內(nèi)流動(dòng)。大多數(shù)HVAC[供暖、通風(fēng)和空調(diào)]系統(tǒng)都在努力解決這個(gè)問題。在這里，我們有一個(gè)結(jié)構(gòu)化的界面，允許呼吸氣體的交換，只是由一側(cè)和另一側(cè)的濃度差異驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部的條件因此得到了維持。"

研究人員預(yù)見，在人類建筑中復(fù)制白蟻的隧道結(jié)構(gòu)可能是一種半被動(dòng)地調(diào)節(jié)氣候的方式。

該研究的主要作者David Andréen說："我們想象未來的建筑墻體，用粉末床打印機(jī)等新興技術(shù)制造，將包含類似于出口綜合體的網(wǎng)絡(luò)。這些將使空氣的移動(dòng)成為可能，通過嵌入的傳感器和執(zhí)行器，只需要極少量的能量。"

研究人員意識(shí)到，可能需要一些時(shí)間才能將這些昆蟲制造的房屋的復(fù)雜結(jié)構(gòu)納入建筑中，但他們?nèi)匀槐３謽酚^。Soar說："只有當(dāng)我們能夠設(shè)計(jì)出像自然界中那樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，建筑規(guī)模的3D打印才有可能。我們正處于向自然界一樣的建筑過渡的邊緣：第一次有可能設(shè)計(jì)出真正有生命的、會(huì)呼吸的建筑。"

這項(xiàng)研究發(fā)表在《材料前沿》（Frontiers in Materials）雜志上。