Geïnspireerd door de dennenappel maakten ingenieurs een zonwering die zonder elektriciteit én sensoren automatisch opent en sluit.

In de warme zomermaanden is schaduw meer dan welkom. Dat moeten de ingenieurs van het ETH Zürich zich ook gerealiseerd hebben. Ze ontwierpen een automatisch zonweringssysteem dat bij koude, natte lucht opent en bij warme, droge lucht sluit. Door dit slimme staaltje biomimicry – met de ‘simpele’ dennenappel als model – heeft het systeem geen ‘drup’ elektriciteit nodig én is het niet afhankelijk van sensoren. Het onderzoek werd gepubliceerd in Energy and Buildings.

Lees ook: ‘Robotrups’ beweegt niet op stroom, maar water

Luchtvochtigheid

Dennenappels hanteren een slim trucje om de slaagkans van de zaden – het uitgroeien tot een boom – zo groot mogelijk te maken. Bij warm en droog weer openen de schubben van de kegelvruchten, terwijl ze bij koud en nat weer juist sluiten. Dit knappe mechanisme berust op het ontwerp van de ‘simpele’ dennenappel: de schubben bestaan uit twee lagen vezels die loodrecht op elkaar staan. Hierdoor trekken ze samen (lees: buigen ze) als de lucht droger wordt, waardoor de schubben openen en de zaden de wijde wereld in kunnen.

Een dennenappel sluit de schubben bij koud, nat weer (links) en opent ze als het warm en droog is (rechts). Bron: Chiara Vailati/ETH Zurich

Loodrecht

Door die wisselwerking tussen koude en natte, en warme en droge lucht, leent het ‘schubmechanisme’ zich goed voor een automatisch zonweringssysteem. Op basis van de schubben van de dennenappel maakte het team schubben (planken) uit twee verschillende lagen hout: spar (Picea abies) en beuk (Fagus sylvatica). Die lagen werden zo aan elkaar bevestigd, dat de houtnerven loodrecht op elkaar staan. Zo kunnen de planken, net als de schubben van een dennenappel, reageren op luchtvochtigheid.

De planken bestaan uit een dun laagje spar (0.8 mm) en een dikkere laag beukenhout (4 mm). Bron: Vailati et al. (2018)

Paren

Om het ‘openen en sluiten’ van de planken te versnellen, bouwden de ingenieurs het systeem in paren (zie foto hieronder). Wanneer het buiten vochtig is, bijvoorbeeld ‘s nachts en ’s ochtends, staan de planken vrijwel verticaal tegen elkaar aan. Maar wanneer de drogere middaglucht beide planken door de loodrechte houtlagen buigt, duwt de onderste plank zijn ‘collega’ vrijwel horizontaal. Het resultaat: schaduw.

Als de lucht vochtig is, ‘hangen’ beide planken vrijwel rechtop (links). Maar, als de lucht droger wordt, buigen de planken en zorgen ze, bijna horizontaal, voor schaduw (rechts). Bron: Chiara Vailati/ETH Zurich

Controle

Dat het systeem zich volledig zonder elektriciteit of sensoren aanpast aan de omgeving reduceert niet alleen de ‘moeite’ die het kost de zonwering uit te klappen, maar scheelt ook op de energierekening. Ook bestaat het systeem volgens de makers uit milieuvriendelijke materialen, is het relatief goedkoop én gemakkelijk te installeren.

Klinkt goed allemaal, maar er zitten nog wel wat kanttekeningen aan. Doordat het systeem afhankelijk is van de luchtvochtigheid dient het zo gefinetuned te worden voor elke andere omgeving. Bovendien is er weinig ruimte voor controle: wat als je de zonwering dicht wil hebben, maar de lucht niet droog genoeg is?

Bronnen: Energy and Buildings, ETH Zürich, New Atlas

Beeld: Chiara Vailati/ETH Zurich

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!