Bio-Inspired Engineering
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Bio-Inspired Engineering

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Feb 24, 2023 08:47 AM
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仿生学是一门应用科学,它通过对自然设计、过程和系统的研究为人类问题的解决方案提供灵感。仿生学作为一种设计方法的广泛和实际应用仍未实现;室内建筑通常使用生物学作为形状库,但这本身并不是仿生学;它必须有一些生物学。本文回顾了仿生学在室内建筑中应用的要点和案例研究。对应用的批评表明,仿生学是创新和可持续发展的方式,室内建筑必须超越自然的形式特征。
全球范围内,人类对水资源的需求竞争随着人口的增长而变得日紧张,对于一些非洲水资源紧张的地区,对水资源的治理与净化及解决农业水资源方面面临的挑战变得越来越困难,充足的水资源对于这一部分地区的居民来说不仅是生存的基本需求,同时也与其粮食生产息息相关。因此一种动态可持续发展的用于积极管理水循环的方案需要被提出,这一问题的解决面临诸多限制,environmental limitations:由于大量的居民村落位于内陆地区,交通不便因此无法长期依赖外部支持;由于资金有限, 电力资源也很紧缺,因此无法调用大量昂贵的机械工具和净化设备;由于这些地区往往生态环境比较脆弱,所以在设计解决方案时要尽量利用本土化材料,节约成本的同时减少对该地区自然环境的破坏,由于这些地区大多数情况下昼夜温差大,地下水资源和自然降雨量严重不足,因此科学家需要把解决问题的关键锁定在来自空气中的水分。
WarkaWater Tower是一个大约 9 m 高的竹子框架结构,如图4所示,由埃塞俄比亚当地的天然材料:竹子和藤条制成,由模块化的格子结构组装而成。自上而下可分为5个部分,总重量在60公斤左右,可由4个成年人在无需脚手架的情况下移动或固定在地面上。WarkaWater Tower通过悬挂在内部的特殊织物将空气中水分冷凝并收集起来,汇集到底部有一个容器。高效吸水的特殊面料类拥有蜘蛛网一样的特质,同时由竹子藤条形成的交叉网格设计借鉴了甲虫背部凸起结构,帮助该系统有效地吸收和聚集来自空气中的水分。由于这些结构由可生物降解的材料制成,对环境友好同时低成本。除此以外,这种材料易于清洁,由于竹子和藤条都是常见的一种植物,因此可以在无需机械工具的情况下快速搭建完成。这一设计最开始用来收集雨水和露水并简单分离沉淀杂质,经过近年来不断结构优化设计,a fabric canopy shades the lower sections of the tower to prevent the collected water from evaporating. performance is weather dependent but each tower has the capability of providing a community with up to 100 liters of water per day. 如今这一装置系统已发展成一个小型的生态系统,成为村落居民的社交场所,人们可以聚集在它的树荫下进行教育和公开会议。同时新系统还对收集的露水和生活污水做了分类储存以及二次利用,在可有效地饮水问题的同时解决了粮食种植的问题。
从制作成本的角度分析,DewBank和WarkaWater Tower 都十分方便制作而且环境友好。DewBank更适合沙漠中徒步探险的人群使用,因为它拥有灵活的便携性和小巧的体型。而WarkaWater Tower则更适合被用来大规模地系统解决区域水资源收集问题。一座 Warka 塔的成本约为 500 美元,考虑到一旦将必要的技术转让给当地的人员,WarkaWater Towe将很容易地在该地区大规模复制,因此其成本将进一步被降低。相比之下,传统的解决方案需要地下挖大约 500 英尺深的水井、需要电力支持、同时泵的维护和应对故障所需的备件成本也很大程度增加了部署难度,因此WarkaWater Tower 是一个来自仿生学领域的成功设计。
从安全性角度分析,WarkaWater Tower在对抗自然灾害方面存在一些不足,由于主要支撑结构由竹子和藤条组成,在强风天气很容易被破坏。目前已有技术团队尝试着结合建筑学来为这Tower设计增加一些更现代的固定材料和太阳能板,通过对晴朗天气的光照吸来提供部分电能,提供夜间光照服务的同时也帮助系统遮挡部分灰尘,因此提高了水质。
有人认为WarkaWater Tower 距离生活在城市中的我们还很遥远,城市可以为我们提供更加现代科技的水资源解决方案。但是自然是人类最好的老师,无论我们生活在地球的哪一角落,都离不开大自然的影响。也许有时虚心向自然学习,回到一个人与自然和谐共存的平衡点,才是我们在这个时代人类科学发展的最终目标。因为一个稳定的受到保护的生态系统,是一个星球文明繁衍发展的前提。
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