طراحی سایبان‌های هوشمند باالگو گرفتن از گل زنبق

نگاهی به طبیعت و الهام گرفتن از آن همواره برای انسان‌ها راهی برای حل مشکلات و ایجاد ساختارهای مناسب بوده است. در یک تحقیق جالب، محققان با الهام گرفتن از رفتار گل زنبق در برابر نور روز، طرحی ارائه داده‌اند که برای ساخت سایبان‌های هوشمند استفاده می‌شود.

نور روز به عنوان یک منبع مهم برای ارضای نیازهای انسان در نظر گرفته می‌شود. بنابراین طراحی نما و نحوه برخورداری از نور طبیعی در ساختمان بسیار مهم است. معماران سعی می‌کنند نمای ساختمان را با جداره‌های شفاف طراحی کنند تا نور روز به فضاهای داخلی ساختمان نفوذ کند و به همراه آن آسایش بصری ایجاد شود. اما یکی از چالش‌های معماران در طراحی نما، کنترل و ورود مناسب نور خورشید به داخل فضا است. زیرا ورود بیش از حد نور خورشید می‌تواند باعث گرم شدن زیاد فضا در داخل ساختمان شود و در مناطق گرم و خشک یا نیمه‌خشک، مصرف انرژی برای سرمایش اضافه شود که این با هدف‌های معماری پایدار در تناقض است.

بنا به نظرات متخصصان، در مواردی مانند این، استفاده از سایبان هوشمند خارجی نما که بر اساس اقلیم و مسیر حرکت خورشید طراحی شده است، ضروری است. برای ایجاد یک نما با حرکت، ابتدا نیاز است الگوی حرکت مشخصی تعیین شود که به عنوان منبع الهام برای طراحی مکانیزم حرکتی سایبان هوشمند استفاده شود. در این راستا، محققان از علم بایونیک یا الهام از طبیعت برای به دست آوردن الگوریتم حرکتی این سایبان هوشمند استفاده می‌کنند. طبیعت به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود، از جمله گیاهان، انسان‌ها، جانوران و موجودات بی‌جان. اما بررسی خصوصیات گیاهان نشان می‌دهد که آن‌ها می‌توانند به خوبی منبع الهام باشند. چرا که گیاهان، به دلیل ریشه‌های خود که در خاک نفوذ می‌کنند، در مکان خود ثابت هستند، اما به رخدادها و تغییرات پیرامون خود واکنش نشان می‌دهند.

با توجه به این موضوع، پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز در یک مطالعه، از الگوی حرکتی گل زنبق الهام گرفته و الگوریتمیک برای طراحی نمای هوشمند ساختمان جهت کنترل نور روز ارائه کرده‌اند.

در این پژوهش، پژوهشگران از روش علمی شبیه‌سازی و مدلسازی استفاده کرده‌اند تا یک نما با حرکت طراحی کنند. آن‌ها از الگوی حرکتی گل زنبق الهام گرفته‌اند و با استفاده از آن، الگوریتمی را برای طراحی یک نمای هوشمند ساختمان به منظور کنترل ورود نور روز به داخل ساختمان در اقلیم شیراز ارائه داده‌اند.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که گلبرگ‌های گل زنبق در پنج حرکت متوالی الگوی باز و بسته شدن خود را دارند و می‌توانند به عنوان الگوی حرکتی و منبع الهام برای حرکت سایبان هوشمند نما ساختمان عمل کنند.

پژوهشگران توضیح می‌دهند که گلبرگ‌های گل زنبق با هندسه مثلث در نظر گرفته شده‌اند و از زاویه صفر تا زاویه ۴۵ درجه باز و بسته می‌شوند.

با توجه به مسیر حرکت خورشید و زاویه تابش در بازه زمانی ۷ صبح تا ۷ شب، مراحل متوالی باز و بسته شدن گلبرگ‌ها صورت می‌گیرد. این عمل می‌تواند ۲۰ درصد از حرارت جذب شده توسط سطح بازشو و ۱۰ درصد از ساعت تابش نور خورشید را کاهش داده و در نتیجه گرمای فضای داخلی را در فصول گرم سال کاهش دهد. علاوه بر این، این نما می‌تواند روشنایی طبیعی نور روز را برای فضاهای داخلی ساختمان فراهم کند.

با توجه به این تحقیق، سایبان هوشمند الهام گرفته شده از فرم و عملکرد گل زنبق به طور کاملاً نوآورانه است. طراح الگوی حرکتی گل زنبق را بررسی کرده و الگوریتم فرم و حرکت را به نرم‌افزار ارائه داده است. بنابراین، داده‌ها به صورت پیش‌فرض ارائه نشده‌اند و به طور کامل طراحی شده‌اند.

نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که برای سهولت حمل و نقل، ساخت و اجرا و سایر عوامل، بهتر است قطعات پوسته به صورت سبک و مدولار طراحی شوند. یکی از نکات مهم دیگر، قابلیت انعطاف‌پذیری و سازگاری پوسته با محیط است، که در کل، هدف اصلی طراحی پوسته است.

پژوهشگران معتقدند که در آینده می‌توانند پوسته مدل‌سازی شده را در اقلیم‌ها، کاربری‌ها و جبهه‌های مختلف ساختمان بهره‌برداری کنند و از لحاظ آسایش بصری، حرارتی، کنترل نفوذ نور روز، کاهش مصرف انرژی و کاهش بار گرمایش و سرمایش ساختمان بهبود ببخشند. این نتایج می‌توانند به صورت الگوریتم‌ها و داده‌های کمی ارائه شوند تا پوسته‌های طراحی شده برای معماران و طراحان کاربردی‌تر شوند.

این یافته‌های جالب توجه توسط فصلنامه "نقش جهان - مطالعات نظری و فناوری‌های نوین معماری و شهرسازی" که به دانشگاه تربیت مدرس وابسته است، منتشر شده است.