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仿生“水泡” -- 斯圖加特大學2015 ICD/ITKE 研究亭

文章分類：全部-全部發(fā)布時間：2015-07-13

斯圖加特Achim Menges教授在新作 ICD/ITKE亭中展示了一種全新的建筑，其靈感來自于生活在水下，并居住在水泡中的水蜘蛛的建巢方式。整個亭子是在一層柔軟的薄膜內(nèi)部用機器人織上可以增強結(jié)構(gòu)的碳纖維而形成的輕型纖維復合材料外殼構(gòu)筑物，同時這種建造方式使用到最少的材料實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該建筑原型的探索是斯圖加特大學計算研究所設(shè)計（ICD）和建筑結(jié)構(gòu)研究所（ITKE）在2014--2015年的研究成功，在計算機設(shè)計，仿真設(shè)計以及制造工藝領(lǐng)域有廣泛的應用前景。

整個設(shè)計理念基于仿生學在纖維增強結(jié)構(gòu)中的應用研究，這種應用不要求復雜的模板，也能適應不同結(jié)構(gòu)的不同要求。研究團隊研究了水蜘蛛的水下生活模式，它們在水下建造出鋼筋般的堅固水泡并生活在其中，作為水泡支撐結(jié)構(gòu)的蜘蛛絲能讓水泡在遭遇水流變化時承受機械盈利，保證水泡內(nèi)的安全和穩(wěn)定。

實際建造時，亭子的輕薄薄膜現(xiàn)在機械產(chǎn)生的空氣壓力下成型，然后機械臂進入在薄膜內(nèi)部植入碳纖維束，碳纖維變硬后就成為了牢固的結(jié)構(gòu)。整個外殼的形狀和碳纖維的位置方向都參考仿生學并經(jīng)過了計算機的計算。最終成就了一個高性能節(jié)省材料的綜合建筑皮膚。

整個建造過程中薄膜會進行波動，對于這一挑戰(zhàn)，研究團隊在機器人上植入了嵌入式傳感器并實時反應，打開了機器人施工工藝新適應性局面。

整個展廳占地40平方米，體積130立方米，跨度7.5米，最高處4.5米，總重量卻僅有260公斤，也就是每平方6.5千克。這個先進的計算機設(shè)計，仿真以及制造技術(shù)的作品展示了跨學科研究和教學的創(chuàng)新潛力。這是一個不僅在材料上特別的構(gòu)架，也是一個創(chuàng)新的建筑展示。