ما هي المواد metamaterials؟ الابتكارات في الهندسة المعمارية من الخفاء الصوتي إلى الحماية الزلزالية
يحمل مستقبل صناعة الهندسة المعمارية إمكانيات لا حصر لها ، مع تقدم Reserach في المجال. أحد الابتكارات هو القدرة على أن تصبح الهياكل غير مرئية صوتية ، أو تمتص طاقة الزلازل ، أو حصاد الكهرباء من الأصوات المحيطة بها. يمكن أن تساعد صفات هذا الطبيعة في إعادة تعريف وظائف المباني واستدامتها. المهندسون المعماريون والعلماء في طليعة هذا الخلق. ما يجعل هذا ممكنًا هو المواد المماثلة التي يمكن أن توفر طرقًا بديلة لتصميم المباني الجيدة.
المواد الضارة هي مواد مركبة اصطناعية مع هياكل تظهر خصائص غير موجودة عادة في المواد التي تحدث بشكل طبيعي. على عكس المواد التقليدية التي تتميز بتكوينها الكيميائي ، تدين المواد metamaterials بخصائصها الفريدة لهيكلها الداخلي. تم تصميم هذه المواد المهندسة على المستوى المجهري لمعالجة الأمواج ، مما يسمح بتصميمها للتفاعلات المرغوبة مع الاهتزازات أو الصوت أو الموجات الخفيفة.
إن تطبيقه المتوقع يكمن في السيطرة الصوتية. يعتمد عزل الصوت التقليدي على مواد سميكة وثقيلة تمتص موجات الصوت. من ناحية أخرى ، يمكن أن تعيد مواد المواد الصوتية الصوتية إعادة توجيه موجات الصوت بالكامل ، مما يجعل المبنى “غير مرئي صوتيًا” بشكل فعال “. يمكن تطوير المواد لاستهداف الترددات الدقيقة لجعلها فعالة في القضاء على أنواع معينة من تلوث الضوضاء.
مقالة ذات صلة
هل الأخشاب الجماعية خيار جيد للمناطق الزلزالية؟
في البيئة المبنية ، قد تجد المواد الصوتية الصوتية استخدامات في أنواع متعددة للمساحات ، مثل مساحات المستشفيات للتخلص من ترددات ضوضاء المعدات الطبية ، أو المباني السكنية التي تمنع أصوات حركة المرور. مع نمو المدن أكثر كثافة ويصبح تلوث الضوضاء مصدر قلق للصحة العامة ، قد تمكن المواد المتينة من الطريق الواعد إلى الأمام. تشير الأبحاث إلى أن هذه المواد يمكن أن تحقق تقليلًا استثنائيًا للضوضاء مع ملفات تعريف أرق من الطرق التقليدية ، وبالتالي تحرير المساحة الداخلية مع تعزيز الراحة الصوتية.
تجد المواد المتعددة أيضًا حالة استخدام مع قدرتها على معالجة الموجات الزلزالية ، وتقديم طريقة للمباني للاستجابة للكوارث الطبيعية. يمكن أن تمتص مواد البناء المهندسة وتبديد طاقة الزلازل لحماية الهياكل من خلال ضبطها لمحاربة ترددات الزلازل المحددة.
يمكن أن يجعل الابتكار تصاميم مقاومة للزلزال يمكن الوصول إليها وفعالة من حيث التكلفة. تصبح الاختراعات في هذا المجال مربحة ، خاصة مع زيادة تغير المناخ من تواتر وشدة الكوارث الطبيعية. يمكن أن تجلب القدرة على تعديل المباني الحالية ذات مكونات metamaterial الابتكار إلى السلامة الزلزالية في المناطق الضعيفة في جميع أنحاء العالم.
قادرة على الاستجابة للأمواج الكهرومغناطيسية ، كما تتيح المواد الفنية السيطرة على الضوء والحرارة. وهي تقوم بتصفية الإشعاع الشمسي بشكل انتقائي ، وإعادة توجيه الضوء الطبيعي ، والتلاعب بالخصائص الحرارية في الوقت الحقيقي. بالنسبة للمهندسين المعماريين ، فإن هذا يجلب الفرص في استراتيجيات الصيفية المتقدمة التي تقلل من الاعتماد على أنظمة HVAC الميكانيكية مع تعزيز راحة الشاغلين.
قام باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير ألياف تغير الخصائص مع درجة الحرارة ، مما يحتمل أن يخلق الأقمشة التي تتكيف مع الظروف الجوية تلقائيًا. تشمل الابتكارات الأخرى مواد تتوهج أكثر إشراقًا تحت الضغط الميكانيكي لتوفير ردود فعل في الوقت الفعلي حول الصحة الهيكلية. هذه الميزات التكيفية يمكن أن تحول صيانة المباني من نهج تفاعلي إلى نهج تنبؤي. هذا التحول من مكونات البناء السلبية إلى الأنظمة النشطة يجلب التحكم والدقة في تصميم المباني.
حتى الآن ، تم فهم المواد الفنية على أنها مواد ؛ نريد أن نفكر فيها كآلات. – وفقا للباحثين في معهد هاسو بلاتنر
يكتسب الانتقال من المختبر إلى موقع البناء زخمًا حقيقيًا. يؤدي التقدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصميم الحسابي إلى فتح الباب أمام تطبيقات العالم الحقيقي للمواد المماثلة على نطاق واسع. في Tu Delft ، قام الباحثون بتطوير أدوات منظمة العفو الدولية التي يمكن أن تعمل للخلف من الخصائص المطلوبة لإنشاء الهياكل اللازمة ، وبالتالي تحقيق التوازن بين الابتكار في التصميم مع جدوى التصنيع. يشير نهج “التصميم العكسي” إلى أن المهندسين المعماريين يمكنهم قريبًا تحديد خصائص أداء المبنى المطلوبة مثل عزل الصوت والخصائص الحرارية والاستجابة الهيكلية. يمكن للمواد المصممة تلبية معايير الأداء والتصميم الدقيقة.
يمكن أن يكون للامتصاص الواسع للمواد المعمارية في الهندسة المعمارية آثار بيئية واجتماعية. من خلال تمكين الهياكل التكيفية ، يمكن أن تقلل هذه اللبنات الأساسية الجديدة من البصمة الكربونية للبناء وتمديد عمر المباني.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تساعد القدرة على تعديل الهياكل الحالية ذات مكونات metamaterial في الحفاظ على مواقع التراث الثقافي مع ترقيتها لمعايير السلامة والراحة الحديثة. اجتماعيا ، يمكن أن تعزز البيئات الصوتية والحرارية المحسنة الرفاهية ، وخاصة في البيئات الحضرية حيث تؤثر الضوضاء ودرجة الحرارة المتطرفة على السكان.
تتطلب معالجة التحديات المقبلة جهد تعاوني بين العلماء والمهندسين والمهندسين المعماريين. ستحتاج رموز البناء إلى التحديث ، ويجب أن تتوسع عمليات التصنيع ، وسيطلب المهنيون تدريبًا جديدًا. إن المكافآت المحتملة تجعل هذه التحديات تستحق المواجهة ، طالما أنها تعزز الهندسة المعمارية المستدامة والاستجابة للبيئة.
هذه المقالة جزء من موضوعات ArchDaily: إعادة التفكير في المواد: التقنيات والتطبيقات ودورة الحياة، قدم بفخر من قبل Sto.
يرعى STO هذا الموضوع للتأكيد على أهمية المواد الرقمية في التصميم المعماري. توفر ملفات PBR عالية الجودة ، كما هو موضح في دراسة حالة مع شركة الهندسة المعمارية التي تتخذ من لندن مقراً لها ، المهندسين المعماريين أدوات دقيقة لاتخاذ القرارات الواثقة من المفهوم إلى التنفيذ. هذا النهج يسد العوالم الافتراضية والفيزيائية ، ودعم تصميم أكثر دقة وكفاءة.
كل شهر نستكشف موضوعًا متعمقًا من خلال المقالات والمقابلات والأخبار ومشاريع الهندسة المعمارية. ندعوك لمعرفة المزيد عن موضوعاتنا ArchDaily. وكما هو الحال دائمًا ، في Archdaily نرحب بمساهمات قرائنا ؛ إذا كنت ترغب في إرسال مقال أو مشروع ، اتصل بنا.
