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在大约2000种已知的白蚁中，有些是生态系统工程师。由一些属建造的土丘，例如无肢白蚁、巨肢白蚁、细肢白蚁和齿白蚁，高达8米，使它们成为世界上最大的生物结构之一。数千万年来，自然选择一直在改善它们土丘的“设计”。如果人类建筑师和工程师去白蚁那里思考白蚁的生活方式，他们会学到什么呢?
在《材料前沿》杂志上的一项新研究中，研究人员展示了白蚁丘如何教会我们为没有空调碳足迹的建筑物创造舒适的室内气候。
隆德大学(Lund University)生物数字物质研究小组的高级讲师、该研究的第一作者戴维·安德里姆森(David andrsamen)博士说:“我们在这里展示了‘出口综合体’，即在白蚁丘中发现的一个错综复杂的相互连接的隧道网络，可以用来促进人类建筑中空气、热量和水分的流动。”
安德里姆森和合著者、诺丁汉特伦特大学建筑、设计和建筑环境学院副教授鲁珀特·萨伊博士研究了来自纳米比亚的巨白蚁丘。这个物种的群落可以由超过一百万的个体组成。在土丘的中心是共生真菌园，白蚁在这里种植食物。
研究人员把重点放在了出口复合体上:一个密集的、格子状的隧道网络，宽度在3毫米到5毫米之间连接更宽的co里面和外面是一体的。在雨季(11月至4月)，当土墩生长时，它延伸到其朝北的表面，直接暴露在正午的阳光下。在这个季节之外，白蚁工人封锁了出口隧道。该建筑群被认为可以蒸发多余的水分，同时保持足够的通风。但它是如何工作的呢?
andrsamen和Soar探索了出口复合体的布局如何使振荡或脉冲式流动成为可能。他们的实验基于2005年2月从野外收集的一个出口复杂片段的扫描和3d打印副本。这块碎片厚4厘米，体积为1.4升，其中16%是隧道。
他们用扬声器模拟风，驱动二氧化碳-空气混合物在碎片中振荡，同时用传感器跟踪质量传递。他们发现，当振荡频率在30赫兹到40赫兹之间时，空气流动最大;频率在10Hz至20hz之间适中;频率至少在50Hz到120hz之间。
研究人员说:包括复杂的隧道与吹在土堆上的风相互作用，以增强空气的质量传递来通风。特定频率的风振荡会在内部产生湍流，其效果是将呼吸气体和多余的水分从土丘的心脏带走。
“在给建筑通风时，你想要保持室内温度和湿度的微妙平衡，同时又不妨碍陈腐空气向外和新鲜空气向内的流动。大多数暖通空调系统都难以解决这个问题。这里我们有一个结构化的界面，允许呼吸气体的交换，仅仅是由两边的浓度差异驱动的。这样就维持了内部的条件，”Soar解释说。
然后，作者用一系列二维模型模拟了复杂的出口，这些模型的复杂性从直隧道增加到晶格。他们用一个电动机驱动一个振荡的水体(通过染料可见)通过隧道，并拍摄了质量流。他们惊奇地发现，马达需要来回移动空气只有几毫米(对应)除了微弱的风振荡外，潮落可以穿透整个建筑群。即时通讯重要的是，必要的湍流只有当布局足够像格子时才会出现。
作者得出结论，出口综合体可以在弱风条件下为白蚁丘提供风力通风。
“我们想象，未来用粉末床打印机等新兴技术制成的建筑墙，将包含类似于出口综合体的网络。这将使得通过嵌入式传感器和执行器移动空气成为可能，而这些传感器和执行器只需要很少的能量。
Soar总结道:“只有当我们能够设计出与自然界一样复杂的结构时，建筑规模的3D打印才有可能实现。出口综合体是一个复杂结构的例子，它可以同时解决多个问题:保持我们家中的舒适，同时调节通过建筑围护结构的呼吸气体和水分的流动。”
“我们正处于向自然建筑过渡的边缘:这是第一次有可能设计出真正有生命、有呼吸的建筑。”
更多信息:白蚁启发的流动活跃建筑围护结构的超材料，材料前沿(2023)。DOI: 10.3389 / fmats.2023.1126974。www.frontiersin.org/articles/1…ts.2023.1126974/full由Frontiers提供引文:白蚁丘揭示了创造“有生命和呼吸”的建筑的秘密，这些建筑使用更少的能源(2023,5月26日)除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
