Materiale Inteligente In Arhitectura

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Materiale inteligente in Arhitectură

Cuprins:

Rezumat

Justificarea temei

A. Plan de idei

B. Materiale inteligente aplicate în arhitectură

B.a Introducere

B.b Caracteristici si tipuri ale materialelor inteligente

B.b.a Clasa materialelor care își pot schimba proprietațile

B.b.b Clasa materialelor care fac schimb de energie

B.c Aplicații în arhitectură și design ale materialelor inteligente

B.c.a Sisteme și elemente de control

B.c.b Produse inteligente

B.c.c Sisteme și ansamble inteligente

B.c.d Sisteme structurale

B.d Nanotehnologia

B.e Energia: Comportament și Fenomen

B.f Reconceptualizarea mediului uman

B.f.a Mediul termal

B.f.b Mediul luminos

B.f.c Mediul acustic

B.f.d Mediul inteligent determinat de emergență

.

C. Studii de caz

C.a Nanoarhitectura aplicată în saloane medicale

C.b Peretele interactiv

D. Relația disertație – prediplomă

E. Concluzii

F. Bibliografie

Rezumat:

Lucrarea cuprinde o scurtă prezentare a caracteristicilor și tipologiilor materialelor inteligente folosite in arhitectura, trecând în revistă principalele materiale care pot avea o importanță majoră în dezvoltarea și regândirea arhitecturii și a designului.

În continuarea lucrării sunt descrise principalele aplicații sub forma unor produse/tehnologii inteligente la care se adaugă nanotehnologia și energia, care în final vor putea crea mediul ideal inteligent. În final sunt prezentate doua studii de caz care descriu aplicabilitatea materialelor in domeniile mentionate mai sus.

Justificarea temei:

Civilizația umană a fost atât de mult influențată de tehnologia materialelor, încât istoricii au definit perioade de timp determinate de anumite ere ale materialelor. Astfel oamenii au pornit într-o continuă căutare a unor produse superioare fabricate din materiale superioare, și astfel termeni precum Epoca de Piatră, Epoca de Bronz și Epoca de Fier au intrat în vocabularul nostru. Prezenta Epocă a Materialelor Sintetice caracterizată prin compozite fibroase și mase plastice, prevestește o nouă Epocă, cea a Materialelor Inteligente, care va pune în valoare materialele sintetice pentru a exploata tehnologii bazate pe sinteza materialelor inteligente manifestată de sistemul nervos, creier și capacități musculare. Așa cum s-a crezut in prealabil, aceste materiale și tehnologii inovatoare au sa fie aplica cu succes în diverse domenii de știință, precum nanotehnologia, biomimetica, rețelele neuronale, inteligența artificială, electronica moleculară, care după ce vor fi cercetate și dezvoltate se pot aplica cu succes în știința materialelor de construcție, elementelor de design interior și exterior .

Designerii considerau că aceste noi tehnologii și materiale se potrivesc perfect în practica lor, astfel obiectul era creat mai simplu și responsabilitățile designerului erau bazate pe materialul în sine ca intenții de manifestare. În general arhitecții și designerii nu trebuiau să știe cum funcționează un anumit lucru, doar, pragmatic vorbind, trebuiau să știe cât de mare e și cum arată. Această abordare limitează profesia de designer, care nu exploatează în totalitate aceste tehnologii și totodată neaga o viziune coerentă a viitorului în care să ajute în mod direct la dezvoltarea științei și ingineriei, creând un mediu fluid între cunoaștere și aplicație.

Arhitecții au încercat să integreze în practica lor materialele inteligente alături de cele convenționale, dar din păcate cele dintâi simbolizeaza o deviere radicală de la normativ. În timp ce materialele standard sunt statice, în sensul că ele sunt folosite pentru a rezista forțelor “diverse”, materialele inteligente sunt dinamice, în sensul că reacționează răspunzând câmpurilor de forțe. De multe ori un design este realizat cu intenția de a stabili o imagine sau multiple imagini secvențiale, pe când în cazul unui material inteligent trebuie să ne gândim ce vrem ca el să facă, nu cum am vrea să arate.

Astfel înțelegerea unui material trebuie să depășească proprietățile lui și să se concentreze pe fizica și chimia fundamentală a interacțiunilor materialului cu mediul său

înconjurător.

A. Plan de idei:

Cercetările recente au demonstrat că fenomenul pe care îl numim memorie nu este caracteristic, în exclusivitate regnului animal. După ce s-a vorbit despre o memorie a organelor din corpul uman, despre memoria firului de nailon, despre păstrarea îndelungată a amprentelor energetice, ca niște semnături ale diferitelor corpuri, iată că a venit și rândul sistemelor materiale să prezinte nu numai fenomene de memorie termică sau mecanică ci chiar și „inteligență”. Lumea a rămas impresionată de comportarea complet neconvențională, de complexitatea mecanismelor de funcționare și de diversitatea aplicațiilor materialelor inteligente.

Lucrarea tratează aceste aspectele grupate în două părți: prima parte cuprinde 6 capitole care prezintă descrierea materialelor și medilor inteligente aplicabile în arhitectură, iar cea de-a doua parte cuprinde trei studii de caz bazate pe anumite particularități din partea precedentă.

În cadrul materialelor inteligente este prezentat un capitol introductiv, iar în Capitolul 2 sunt descrise tipurile și caracteristicile materialelor inteligente care se împart în două clase: materialele care își pot schimba proprietățile, precum materialele fotocromice, termocromice, cristalele lichide ș.a.m.d, și cele care fac schimb de energie, unde enumerăm materialele emițătoare de lumină, tehnologiile piezoelectrice și aliajele cu memoria formei.

În Capitolul 3 sunt prezentate aplicațiile materialelor inteligente în desgin, arhitectură și nu numai,care cuprind printre altele senzorii, sticla dicroică,textile termocromice și fotocromice, fațadele inteligente și pereții polivalenți,etc.

În Capitolul 4 este succint prezentată nanotehnologia, în particular aplicabilitatea în cadrul spațiului interior al cladirilor.

Capitolul 5 se menționează câteva principii de bază ale energiei care ne ajută să conturăm conceptul de graniță.

Capitolul 6 prezintă o descriere a principalelor medii arhitecturale.

În final, în cea de-a doua parte a lucrării sunt prezentate cele doua studii de caz: nanoarhitectura aplicată în saloane de tratament, apoi suprafața interactivă ghidată de pistoane pneumatice dezvoltată de arhitecții de la dECOI.

B. Materiale inteligente aplicate în arhitectură

B.a Introducere:

S-a presupus că abilitățile iesite din comun ale materialelor inteligente erau chestiuni tehnice pe care un arhitect sau designer le-ar fi putut desluși, ci mai degrabă un inginer. Designerii considerau că aceste noi și sofisticate tehnologii și materiale se potrivesc perfect în practica lor, astfel obiectul era creat mai simplu și responsabilitățile designerului erau bazate pe materialul în sine ca intenții de manifestare. Conturând aceste tehnologii din punctul de vedere al designului, arhitecții și designerii ratau oportunitatea de a exploata proprietăți și comportamente fără precedent care puteau conduce către modalități de abordare radicale în design, în comparație cu manifestarea îngrădită a designului de către practicile anterioare.

Dacă ne uităm în același timp la activitatea desfășurată de către oamenii de știință și ingineri, ne lovim de aceleași probleme echivalente. Multe dintre descoperirile timpurii au fost direcționate către minituarizare și/sau simplificare a tehnologiilor existente. Astfel, procesele de producție au fost adaptate acestor materiale, și progresul a permis fabricarea la nivelul nano, dezvoltarea a trecut de la rezolvarea problemelor la accelerarea tehnologiei. Nenumărate materiale și tehnologii au apărut, toate căutându-și o casă sau o potențiala aplicație pentru a-si justifica existenta.

În general arhitecții și designerii nu trebuie să știe cum funcționează un anumit lucru, doar, pragmatic vorbind, trebuie să știe cât de mare e și cum arată. Această abordare limitează profesia de designer, care nu exploatează în totalitate aceste tehnologii și totodată neagă o viziune coerentă a viitorului în care să ajute în mod direct la dezvoltarea științei și ingineriei, creând un mediu fluid între cunoaștere și aplicație.

Plecând de la afirmația “ce este sus este și jos” , chiar dacă arhitecții doresc să producă fațade inteligente, aceste tehnologii nu pot acționa la nivel de normativ, la nivelul clădirii, deoarece cele mai multe dintre aceste noi tehnologii prestează la nivel molecular și micro, care în viitor poate vor fi demodate dar dezvoltarea structurii teoretice va transcede toate specificațiile și va fi aplicabilă oricărui material nou cu care ne vom confrunta.

Definite ca “materiale de ultimă generație care răspund într-un mod inteligent asupra acțiunii exercitată de mediul înconjurător” , materialele inteligente au devenit răspunsul mult așteptat al marilor întrebări tehnologice ale secolului 21.

Prin analogia cu sistemele inteligente pot

științele îndeplini

biologice, funcții de

activatori (mușchi), de senzori (nervi) sau de control (creier). Noțiunea de material inteligent

poate

fi extinsă la un

nivel mai înalt de

inteligență artificială, prin încorporarea unei funcții de învățare. Rezultă un material foarte inteligent care poate detecta variațiile mediului și-și poate modifica caracteristicile proprii astfel

Figura 1.

Peretele polivalent imaginat de Mike

încât

să controleze variațiile care

au generat

Davies în 1981 descrie o fațadă care putea proteja împotriva soarelui, vântului și ploii, dar în același timp asigura izolarea, ventilația și pătrunderea luminii și a cărei structură era cuprinse între cele două

această modificare. S-au dezvoltat, astfel, noțiunile de inteligență pasivă (care permite

foi de sticlă

grosime.

urmau să aibă doar câțiva microni în

doar reacția la mediu) și de inteligență activă

(http://facadesconfidential.blogspot.com/2010_08_

01_archive.html)

(care

reacționează în

mod

discret la

constrângeri mecanice, termice sau electrice

exterioare, ajustându-și

caracteristicile printr-

un sistem de feed-back)”[1].

Spre deosebire

de multe domenii

științifice în care tehnologiile beneficiază de un

flux continuu,

multe domenii legate

de design

și în particular arhitectura nu au schimbat prea

multe

în privința utilizării tehnologiilor și a

materialelor din secolul

XIX. Relația între

Figura 2. Capricorn House din Düsseldorf, Germania, proiectat de Gatermann + Schossig

arhitectura și

materiale

a fost

destul de

Architektenîn 2006 este unul din numeroasele

evidentă până la Revoluția

Industrială.

exemple ale fațadei inteligente, care se bazează pe integrarea într-un singur modul-fațadă.

Materialele erau alese pragmatic, pentru uzul

Nanoscopice, deci mai realistică a elementelor de

încălzire, ventilație, iluminare etc.

lor și

disponibilitate, sau

erau alese formal,

(http://www.nikiomahe.com/architecture-

pentru calitățile lor ornamentale și frumusețea

design/capricorn-house-by-gaterman

germany/)

-schossig-in-

aparentă. Și totuși, materialele au

progresat,

apărând drept cea mai potrivită și deci vizibila manifestare a identității unei construcții atât în exterior cât și în interior. Drept rezultat, arhitecții din zilele noastre se gândesc la materiale ca parte a unei palete de design din care materialele pot fi selectate și aplicate precum suprafețe vizuale și compoziționale.

Materialele inteligente sunt deseori considerate a fi extensia logică a traiectoriei în dezvoltarea industriei materialelor către performanțe mult mai selective și specializate. Caracteristicile acestora sunt schimbătoare și astfel răspund nevoilor tranzitive, fluctuante. De exemplu, materialele fotocromice își schimbă culoarea când sunt isponibilitate, sau

erau alese formal,

(http://www.nikiomahe.com/architecture-

pentru calitățile lor ornamentale și frumusețea

design/capricorn-house-by-gaterman

germany/)

-schossig-in-

aparentă. Și totuși, materialele au

progresat,

apărând drept cea mai potrivită și deci vizibila manifestare a identității unei construcții atât în exterior cât și în interior. Drept rezultat, arhitecții din zilele noastre se gândesc la materiale ca parte a unei palete de design din care materialele pot fi selectate și aplicate precum suprafețe vizuale și compoziționale.

Materialele inteligente sunt deseori considerate a fi extensia logică a traiectoriei în dezvoltarea industriei materialelor către performanțe mult mai selective și specializate. Caracteristicile acestora sunt schimbătoare și astfel răspund nevoilor tranzitive, fluctuante. De exemplu, materialele fotocromice își schimbă culoarea când sunt expuse la lumină: cu cât lumina incidentă este mai puternica cu atât suprafața este mai întunecată. Acest exemplu reprezintă o proprietate destul de atractivă pentru un material și pentru designul unei construcții, deoarece acestea se confruntă mereu cu schimbări din exterior și interior.

Arhitecții au încercat să integreze în practica lor materialele inteligente alături de cele convenționale, dar din păcate cele dintâi reprezintă o deviere radicală de la normativ. În timp ce materialele standard sunt statice, în sensul că ele sunt folosite pentru a rezista forțelor diverse, materialele inteligente sunt dinamice, în sensul că reacționează răspunzând câmpurilor de forțe. De multe ori un design este realizat cu intenția de a stabili o imagine sau multiple imagini secvențiale, pe când în cazul unui material inteligent trebuie să ne gândim ce vrem ca el să facă, nu cum am vrea doar să arate. Astfel înțelegerea unui material trebuie să depășească proprietățile lui și să se concentreze pe fizica și chimia fundamentală a interacțiunilor materialului cu mediul său înconjurător.

O constrângere majoră care ne limitează gândirea noastră curentă despre materiale este acceptarea faptului că învelișul spațial se comportă precum o graniță. Noi concepem o cameră ca fiind un”container”plin cu aer și lumină, care este mărginit și

diferențiat prin suprafețele sale. De

Figura 3. Tunelul ce duce într-o singură direcție conceput de Olafur Eliasson în 2008 ce deschide granițele fizice către o experiență unică în lumină și spațiu. (http://www.wired.com/culture/art/news/2007/09/eliasson)

asemenea considerăm că învelișul unei clădiri marchează și separă

mediul exterior de cel interior.

Presupunerea că granițele fizice sunt tot una cu cele ale spațiului a condus către o

concentrare ridicată asupra sistemelor fațadelor integrate și multifuncționale, cât și pentru alte elemente de interior, precum tavanele și pardoselile. În 1981, Mike Davies a popularizat termenul “perete polivalent”, care descria o fațadă care putea proteja împotriva soarelui, vântului și ploii, dar în același timp asigură izolarea, ventilația și pătrunderea luminii (Fig.1).In Imagina sa,a secțiunii peretelui ca un sandwich format din rețele fotovoltaice, senzori în straturi, folii radiante, membrane microscopice și pelicule meteorologice, a influențat mulți arhitecți și ingineri în căutarea “super fațadei”. Acest scop a condus și către căutarea unui “super material” care poate integra într-unul cele mai diverse funcții necesare unei fațade atât de complexe (Fig. 2).

Ca exemplu reprezentativ ilustrat în Figura 4, aerogelul a luat naștere, devenind materialul de vis pentru arhitecți: acest material izolează bine, deși permite pătrunderea luminii, este foarte ușor dar își păstrează forma inițiala fără probleme. La origine, materialul este hidrofil, prin intermediul unui tratament chimic, el poate fi convertit la hidrofobie; se topește numai la temperaturi de circa 1200 grade Celsius, are o conductibilitate apropiată de zero și este considerat materialul solid cu cea mai mică densitate posibilă, conținând aer în proporție de

99,8%. Un centimetru cub de aerogel cântărește

Figura 4. Aerogelul are o densitate de doar trei ori mai mare decât aerul, dar poate suporta greutăți mari și este un foarte bun izolator. Aerogelul a fost descoperit în 1931 dar exploatarea acestuia a inceput dabia in anii 1970. (http://dornob.com/aerogel-see-through-strong- as-steel-ligher-than-air/)

3 miligrame, puțin mai mult decât aerul, iar dimensiunea totală a golurilor din interiorul său (la scara similara)este similară cu cea a unui teren de fotbal, circa 7000 metri pătrați. Mai mult de atât, un burete de doar două grame

poate susține greutatea unei cărămizi de 2.5 kilograme. Pe baza matricei aerogelului oamenii de știința au mai inventat câteva variațiuni, care îi imită în general caracteristicile, dar i le și modifică și/sau sporesc. Este vorba despre materiale precum: nanogelul, sol gelul, hidrogelul, xerogelul, seagelul sauchalcogelul, și acestea, probabil sunt promisiuni ale unei vieți mai bune în viitor. Cum va decurge povestea materialului-minune vom vedea în deceniul următor.

Figura 5. Pavilionul “transportator” imaginat de Kas Oosterhuis și Ole Bouman constă dintr-o structură programabilă care este alcatuită dintr-un strat electronic flexibil ce își schimbă forma și conținutul în timp real.

(Interactive Architecture 2009 Michael Fox, Miles Kemp, Princeton Architectural Press, New Jersey, USA)

Pentru a pune capăt ideii instituite hegemonic a materialului de a fi nimic mai mult decât un artefact visual, este necesară schimbarea gândirii; astfel în loc doar să vizualizăm rezultatul final, trebuie să ne imaginăm acțiunile și interacțiunile transformatoare. Ce era odată un perete albastru poate fi simulat de către o pânza subțire ca de păianjen plină de puncte minuscule care-și schimbă culoarea și care răspund poziției luată de privitor cât și locației soarelui pe cer (Fig.5). Prezentele sisteme, imense de încălzire, ventilare și climatizare, pot fi înlocuite cu micro mașini, poziționate discret,care răspund direct la schimbarea de căldură a corpului uman. În același timp putem provoca chiar statica plană: granița nu va mai fi conturata de materialul suprafeței, ci în schimb poate fi reconfigurat ca zonă în care are loc schimbarea, și astfel se creează ideea unor

medii multi-energetice care interfereaza în mod fluid cu mișcarea corpului uman. Materialele inteligente cu obiceiul lor tranzitoriu și abilitatea de a răspunde la stimulii externi, pot într-un final să activeze crearea selectivă și designul experiențelor senzoriale individuale. Progresele în fizică au condus către o nouă înțelegere a fenomenului fizic, iar perfecționarea în biologie și neurologie a dus către noi descoperiri privind sistemul senzorial uman.

B.b Caracteristici si tipuri ale materialelor inteligente

NASA definește materialele inteligente ca materiale care “își aduc aminte” configurațiile și pot reveni la acestea când sunt supuse unor anumiți stimuli, pentru că probabil în sensul acesta vor cei de la NASA să le aplice. În schimb, în Enciclopedia de Chimie Tehnologică, structurile și materialele inteligente sunt acele obiecte care detectează

Figura 6.Materialele inteligente care la prima vedere arată ca o paletă de acuarele pentru copii, pot fi utilizate de către ingineri și cercetători pentru a picta viitorul ,mai întâi al explorării spațiale și apoi cel de fiecare zi. (http://science.nasa.gov/science- news/science-at-nasa/2001/ast15aug 1/)

evenimentele schimbătoare ale mediului, procesează acele informații senzoriale și apoi acționează asupra mediului. Inteligent ca descriere este abilitatea de a aduna cunoștințe, de a demonstra o bună judecată și de a poseda rapiditate în înțelegere. Aceste descrieri nu le fac întru totul dreptate materialelor inteligente dar este un început.

Fie că este vorba de o moleculă, un material, un compozit, un ansamblu sau un sistem, tehnologiile și materialele inteligente vor afișa următoarele caracteristici: Promptitudine (răspund în timp real), Tranzitorietate (răspund la mai mult de o stare de mediu), Comandare proprie (inteligența este internă), Selectivitate (răspunsul lor este discret și previzibil),

Acțiune directă (răspunsul lor este local față de evenimentul care le activează).

Cele cinci caracteristici fundamentale care deosebesc materialele inteligente de cele obișnuite sunt: efemeritatea;selectivitatea;simultaneitatea;acțiunea proprie directivitatea.

Astfel putem grupa trasaturile acestora în patru categorii:capacități de a-și schimba proprietățile;de a face schimb de energie;dimensiune și localizare discrete;reversibilitate.

Caracteristicile fizice ale materialelor inteligente sunt definite de câmpuri de energie (potențială, electrică, termală, mecanică, chimică, nucleară, cinetică,etc) și de mecanismul prin intermediul căruia acest input de energie asupra materialului este convertit. Dacă mecanismul afectează energia internă a materialului prin modificarea structurii moleculare a materialului sau a microstructurii acestuia, atunci inputul de energie constă în schimbarea proprietății materialului. Dacă mecanismul schimbă starea energiei compoziției materialului, dar nu transformă materialul, atunci inputul energetic constă într-un schimb de energie dintr-o formă în alta.

Pe scurt, proprietățile unui material pot fi, fie intrinsece, fie extrinsece. Proprietățile intrinsece sunt conditionate de structura interioară și compoziția materialului. Multe proprietăți chimice, mecanice, electrice, magnetice și termale ale materialului sunt în mod normal însuși intrinsece. Proprietățile extrinsece depind de alți factori. Culoarea unui material, de exemplu, este conditionata de natura luminii externe incidente cât și de micro- structura materialului expus la lumină.

B.b.a Clasa materialelor care își pot schimba proprietățile:

Materialele care suferă schimbări asupra uneia sau mai multor caracteristici proprii în legătură directă cu o schimbare a stimulilor externi asociate cu mediul înconjurător al materialului. Schimbările sunt directe și reversibile, deci nu este necesar un sistem de control extern care să preântâmpine aceste schimbări. De exemplu: un material fotocromic își schimbă infățișarea ca răspuns la o schimbare în cantitatea de radiație ultravioletă de pe suprafața să.

Categoria materialelor cu cel mai mare potențial de aplicare în domeniul arhitectural este cea a materialelor care își pot schimbă proprietățile. În acestă categorie sunt incluse materiale care își schimbă culoarea, cum ar fi material:termocromice, electrocromice, fotocromice etc, în cadrul cărora suprafața intrinsecă sau absorbitatea spectrală moleculară

a radiației electromagnetice vizibile este modificată prin intermediul unei schimbări de

Figura 7. Material textil imprimat cu cernuluri fotocromice.

Figura 8. Substanță fotocromică în suspensie expusă treptat luminii solare.

Figura 9. Placă pentru decor din material termocromic.

(http://www.fashioningtech.com/pr (http://www.icmm.csic.es/solgel/sol-

(http://www.despoke.com/2010/05/

ofiles/blogs/smart-materials-kit)

gel_photochromic_coatings.html)

23/multi-sensory-materials/)

mediu sau printr-un input de energie asupra materialului. Acest tip de material își poate schimbă una dintre proprietăți ca răspuns al unei schimbări a caracteristicilor de mediu, și face acest lucru fără a necesita un control extern.

a) Materiale fotocromice (Fig. 7, 8) beneficiază de o gamă largă de aplicații, de la ochelari de soare la tratarea ferestrelor și elementelor de fațada, toate cu scopul de a controla amplificarea luminii solare.

b) Materialele termocromice (Fig. 9) absorb căldura, ceea ce duce la o reacție chimică indusă termic sau o transformare a fazei. De exemplu: filmul de cristale lichide poate fi determinat să-și schimbe temperatura între 30 și 120 de grade Celsius și poate fi suficient de sensibil încât să detecteze temperaturi de 0.2 grade Celsius.

Aceste materiale pot fi disponibile în multe forme precum cristalele lichide în filme termocromice, utilizate pentru testarea bateriilor sau termometre.

Figura 10. Luminiscență mecanocromică

(http://blog.everydayscientist.com/?p=1383)

Figura 11. Secțiune fereastră electrocromică. Când voltajul este pornit fereastra se închide la culoare. (http://tlc.howstuffworks.com/home/smart- window4.htm)

Figura 12. Cristale lichide văzute sub lumină polarizată. Utilizate pentru fabricarea LCD-urilor, cristalele lichide devin des utilizate în știință și medicină, de asemenea în producerea anumitor senzori și dezvoltarea altor aplicații.

(http://www.wellcome.ac.uk/en/wia/gallery.h tml?image=13)

În arhitectură și designul de mobilier, cererea unui mijloc de expresie pentru localizarea prezenței umane în cadrul unui element sau pe o piesă de mobilier, a luat sfârșit prin găsirea unor materiale care spre exemplu, sunt sensibile la temperatura corpului uman și păstrează amprenta unei persoane care luase contact cu obiectul respectiv de mobilier. Acesta imagine dispare cu timpul. Aceeași inițiativă a prins interes și pentru amenajarea exteriorului unei clădiri, dar are dezavantajul unui comportament deteriorabil atunci când este expus lungimilor de undă ultraviolete.

c) Materialele mecanocromice (Fig. 10) transformă proprietățile optice când acestea sunt supuse unui anumit factor de stres și deformație in legatura cu acțiunea forțelor externe.

d) Materialele electrocromice (Fig. 11) sunt materialele ale căror schimbare a infatisarii este reversibilă în urma aplicării unui curent electric

care trebuie să fie continuu. De exemplu, o fereastră electrocromică se deschide sau închide la culoare electronic. Multe companii au dezvoltat produse care încorporează aceste caracteristici în sisteme de la o fereastră simplă la o fereastră cortină.

e) Cristalele lichide (Fig. 12) reprezintă o stare intermediară între cristalele solide și lichidele izotropice. Ele sunt lichide,ordonate orientativ cu proprietăți izotropice sensibile la acțiunea câmpurilor magnetice, și aplicabile afișajelor optice. Afișajele cu cristale lichide sunt formate din două folii

de material polarizator unite printr-o soluție de cristale lichide. Un curent electric străbate lichidul și determină alinierea cristalelor, așa încât lumina nu poate pătrunde printre ele. Fiecare cristal este precum un cofraj care fie permite luminii să treacă, fie o blochează.

f) Polimerii conductori și conductorii inteligenți sunt și ei un subiect de interes pentru designeri și arhitecți, datorită numărului mare de aplicații. Unii polimeri pot avea caracteristici de semiconductori și pot fi chiar emițători de lumină. Mușchii artificiali au fost dezvoltați prin utilizarea polipirorilor sau filmelor de polianilină. Alți conductori inteligenți sunt fotoconductorii și fotorezistorii care prezinta schimbări în conductivitatea electrică atunci când sunt expuși unei surse de lumină. Piroconductorii sunt materiale ale căror proprietati de conductivitate este dependentă de temperatură și pot avea conductivitate scăzută când se află în prezența unei temperaturi critic scazută. Conductivitatea magnetoconductorilor răspunde puterii aplicării unui câmp magnetic. Toți acești conductori sunt sau pot fi aplicați multor tipuri de senzori.

Figure 13. Ferofluid situat pe sticlă deasupra unui magnet. Acesta este un material magneto-reologic constituit din particule coloidale feromagnetice suspendate într-un lichid purtător, utilizat în prezent în mai multe domenii (electronică, medicină, artă, optică etc). (http://en.wikipedia.org/wiki/Ferrofluid)

g) Materiale reologice schimbătoare de proprietăți cuprind materiale fluide și vâscoase, care răspund prin schimbarea proprietăților în urma aplicării unui câmp magnetic (Fig. 13) sau electric. Fluidele electroreologice sunt ceva mai interesante. Atunci când un câmp electric este aplicat unui fluid electroreologic, vâscozitatea acestuia crește sesizabil, iar când câmpul electric este îndepărtat, vâscozitatea revine la stadiul inițial. Acest fenomen poate fi

utilizat în fabricarea multor produse, în

particular în design poate fi folosit de exemplu, pentru scaune care conțin fluid reologic încastrat în tăblie sau mânere, și care își poate modifica rigiditatea în funcție de confortul dorit printr-un impuls electric. Același principiu poate fi folosi și pentru pături, în particular saltelele de dormit.

h) Alte materiale care își pot schimbă proprietățile:

O schimbare a stării din solid în lichid sau din lichid în gazoas și vice-versa are loc la o temperatură exactă, astfel locația unde energia este absorbită sau degajată poate fi prevestită,bazată pe compoziția materialului. Aceste procese sunt reversibile și materialele care permit schimbarea stărilor de agregare pot suporta un număr infinit de cicluri fără degradare. Exemple ca hidrații de sare, parafină și acizii grași sunt bine cunoscute, dar aici putem adauga tehnologiile bazate pe peleti care sunt folosite în conexiunea sistemelor de radiere a căldurii pardoselilor, și tehnologiile bazate pe materiale schimbătoare de stări aflate în microcapsule încastrate în textile care sunt proiectate să existe într-o stare jumătate solidă, jumătate lichidă apropiate ca temperatură de cea a pielii umane. Astfel, când corpul unei persoane generează căldură, materialul își schimbă starea de agregare absorbind căldura în exces, păstrând corpul la o temperatură comfortabilă, răcoroasă, iar atunci când acesta se răcește și încălzirea este necesară, aceste materiale degajă căldură schimbându-și starea de agregare.

B.b.b Clasa materialelor care fac schimb de energie

Această clasă își face simțită prezența mai puternic în domeniul arhitecturii. Aceste materiale schimbă un input de energie într-o altă formă pentru a produce un output de energie, iar relația dintre acestea caracterizează multe dintre materialele care fac schimb de energie, incluzând cele piezoelectrice, piroelectrice și fotovoltaice ca reprezentând excelenți senzori ambientali.

Multe materiale din cele două clase de mai sus dețin și proprietatea de reversibilitate sau bi-direcționalitate. Absorbția energiei caracteristică materialelor care fac schimb de energie poate fi utilizată pentru a stabiliza un mediu sau pentru a elibera energie către mediu depinzând de direcția în care are loc schimbarea.

Indiferent de clasa de care apartine un material inteligent, una dintre caracteristicile fundamentale care le diferențiază de materialele normale este mărimea discretă și acțiunea directă a materialului. O parte componentă sau un element compus din părți de material inteligent va fi mult mai mică în mărime decât materialele obișnuite dar în același timp nu va necesita la fel de multă asistență infrastructurală. Componenta rezultată poate fi amplasată fără probleme în cea mai favorabilă locație și poate fi foarte util ca senzor deoarece e puțin probabil să interacționeze cu mediul pe care îl măsoară și cel mai probabil nu va necesita recalibrare.

a) Materiale emițătoare de lumină

În această categorie sunt materialele cu următoarele proprietăți:

-Luminiscența reprezintă proprietatea unui material de a emite lumină care nu este cauzată de fenomenul de incandescență, ci mai degrabă prin alte mijloace, cum ar fi acțiunea chimică. Dacă transmisia are loc mai mult sau mai puțin instantaneu, este utilizat termenul de fluorescență. Dacă transmisia este mai lentă sau întârziată la ordinul de microsecunde sau milisecunde, se utilizează termenul de fosforescență. În unele cazuri, emisia de lumină poate continua mai

Figura 14. Meduza bioluminiscentă (http://www.zientzia.net/argazkia_ikusi. asp?Artik_kod=6302)

Figura 15.Fir electroluminiscent (Addington M.D., Schodek D.L., Smart Materials and New Technologies for architecture and designprofessions, ed. Architectural Press, UK, 2005)

mult timp după îndepărtarea sursei de generare, astfel electronii devin captivi datorită proprietatilor materialului și apare fenomenul de inerție luminoasă.

-Fotoluminiscența face referire în general la un fel de luminiscență care are loc atunci când energia incidentă asociată cu o sursă externă de lumină acționează asupra unui material care atunci reemite lumina la un nivel energetic mai inferior.

-Chimoluminiscența are loc atunci când excitarea provine de la o acțiune chimică.O sub-clasă a chimoluminiscenței numită usual bioluminiscență este interesantă, deoarece asigură fenomenul de

incandescență (Fig. 14) al diverselor tipuri de insecte emițătoare de lumină precum licuricii, peștii de Malacosteus care străbat mările întunecate cu ajutorul luminii proprii.

-Materialelor electroluminiscente (Fig 15) le caracterizeaza o sursă de excitare sub forma unui voltaj aplicat sau al unui câmp electric. Culoarea emisă de aceste materiale depinde de nivelul de impuritate al materialului care formează ionii activi. Electroluminiscentă materialelor este larg utilizată pentru a crea benzi și panouri luminoase de toate tipurile. Câteva exemple sunt panourile din polimeri care pot fi realizate în diverse

forme care totuși pot susține un câmp electric, și alte materiale care pot fi utilizate ca substrat precum sticla, ceramica și materiale plastice. Un exemplu des folosit este lampa luminiscentă care consumă puțină energie și nu generează căldură. Astfel realizează luminarea uniformă a suprafeței care apare la fel de intensă din toate unghiurile și neavând multe componente, nici nu se deterioarează ușor.

Alte materiale/compuse emițătoare de lumină:

Figure 16. Tavan acoperit cu o “pânză” alcătuită din mii de fire din fibră optică. (http://ilanel.posterous.com/delight-cloth- light-emitting-textile-comprise)

Aici putem menționa tehnologiile fotovoltaice, fibra optica, fototranzistorii care sunt similari în sensul ca convertesc energia radiată din lumină în

curent. “Fibra optică (Fig. 16) este o fibră de sticlă sau plastic care transportă lumina de-a lungul său folosindu-se de proprietațile reflectorizante ale materialului din care este constituit. Fibrele optice sunt utilizate in numeroase aplicații, pentru iluminat și transportarea imaginii, permițând astfel vizualizarea în zonele înguste, iar unele fibre optice proiectate special sunt utilizate în diversi senzori și laseri”. Led-urile (diode emițătoare de lumină) sunt bazate pe inversul efectului fotovoltaic. Acesta este un semiconductor care luminează când un curent electric îl traversează, proces opus celulei fotovoltaice.

Laserele reprezintă un mijloc important în tehnologia de astăzi. Lumină laserului este creată prin intermediul emisiei stimulate. Într-un laser, un electron poate fi facut să se deplaseze dintr-o stare de energie în alta datorită unui input de energie și astfel să emită un foton de lumină. Există multe tipuri de lasere care se bazează pe diferite

Figura 17.Laser verde și rubiniu. (http://partywarehouse.co.nz/zen/index.php? main_page=disco_lights_pw)

metode de stimulare și utilizează diferite materiale. Astfel sunt lasere cu rubin (Fig. 17) , lasere cu gaz și altele, care au puterea diferită și pot fi folosite

pentru tăierea diverselor materiale, în imprimante, în construcții etc. b) Materialele piezoelectrice (Fig. 18)

-Efectul piezoelectric implică utilizarea unui material piezoelectric în care o forță mecanică produce o deformație care în schimb produce un curent electric sau invers, un curent electric care cauzează o deformație mecanică în material care

Figura 18.Un nou tip de material piezoelectric are capacitatea de a converti 80% din energia cinetică în energie electrică. Acesta reprezintă un film cauciucat compus din silicon și nanopanglici din zirconat de titaniu. (http://www.psfk.com/2010/01/princeton

-university-creates-new-piezoelectric- material.html)

Figura 19.Corp de iluminat cu cordon memorator care revine la forma inițiala ajuns la o temperatură mai ridicată. (http://metallurgyfordummies.com/389/)

poate fi folosită pentru generarea unei forțe. Acest efect piezoelectric este utilizat în multe produce precum microfoane, sonerii ,senzori, dispozitive de comandă, reducătoare de vibrații în general.

a) Aliaje cu memoria formei:

Poate suna surprinzător dar, ramele de ochelarii care se pot îndoi, stenturi medicale (tuburi artificiale) care se folosesc pentru deschiderea arterelor, microvalve și diverse sisteme de acționare împartașesc aceeași tehnologie. Cercetări recente au arătat că fenomenul pe care îl numim „memorie” nu este caracteristic, în exclusivitate regnului animal. După ce s-a discutat despre o memorie a organelor din corpul uman, despre păstrarea îndelungată a amprentelor energetice, ca niște semnături ale diferitor corpuri, iată că a venit și rândul sistemelor materiale să arate nu numai fenomene de memorie termică sau mecanică ci chiar și inteligență. Comportamentul acestor dispozitive se bazează pe fenomenul de memorare a formei, care se referă la proprietatea unui anumit material de reversabilitate

sau care-și aduce aminte forma inițială. Această stare

este aservită de temperatură, astfel dacă un material poate fi modelat la o temperatură înaltă și apoi deformat dramatic la o temperatură joasă, acesta poate reveni la forma proprie când este expus la o temperatură ridicată sau prin acțiunea unui curent electric. Nichel- titaniumul (NiTi) este utilizat în mod obișnuit în executarea aplicațiilor memoratoare de formă, dar și alte tipuri de aliaje.

Datorită acestei proprietati de memorare a formei apare și fenomenul de supraelasticitate, care reprezintă proprietatea unui material de a suporta deformații elastice enorme, care pot ajunge și la de douăzeci de ori mai mari decât cele exercitate asupra oțelului normal, dar pot să revină la forma inițială.

Un efort considerabil este indreptat către tehnologizarea polimerilor care să

aibă aceleași efecte de memorare a formei (Fig. 19). Aplicațiile sunt foarte multe, deoarece

polimerii sunt ușor de produs în diverse forme. De exemplu, aplicațiile medicale includ dezvoltarea fibrelor polimerice care-și memorează forma pentru a fi folosite în operațiile chirurgicale pe post de noduri care se înnoadă singure.

B.c Aplicații în arhitectură și design ale materialelor inteligente

B.c.a Sisteme și elemente de control

În descrierea de mai sus am vorbit despre abilitățile unice ale materialelor inteligente de a acționa local și discret în timp real, astfel știm cum funcționează dar în același timp trebuie să hotărâm când vrem aceste materiale să acționeze și cu ce scop. Pentru a completa tipologia materialelor inteligente, putem adăuga acele materiale care se comportă ca dispozitiv de comandă sau senzori. Având rolul de senzor, un material inteligent răspunde la schimbarea din mediul propriu prin generarea unui răspuns perceptibil. Astfel un material termocromic poate fi utilizat direct pe post de dispozitiv care percepe schimbarea de temperatură a mediului înconjurător în timp ce își schimbă culoarea. Alte materiale, precum cristalele piezoelectrice, ar putea fi folosite pe post de element de comandă pentru trecerea unui curent electric prin material pentru a creea o forță. Mulți senzori și elemente de comandă se bazează pe utilizarea materialelor inteligente.

Materialele inteligente pot avea multe forme și lua multe roluri, precum senzori, traductori și dispozitivele de comandă. De asemenea pentru a da un exemplu complet, știm că un simplu material termocromic își schimbă culoarea ca răspuns în urma modificării temperaturi. O schimbare în culoarea materialului este astfel un semn al schimbării temperaturii înconjurătoare. În același timp aceste materiale termocromice își schimbă culoarea la anumite niveluri precise de temperatură. Astfel culorile pot fi calibrate cu ajutorul nivelurilor de temperatură pentru a asigura un mecanism de măsurare a temperaturii, și este destul de ușor de a produce în mod vizual evaluarea temperaturii .

De multe ori asociem sistemele senzor-traductor-dispozitiv de comandă cu procesul de control care ar putea fi de mai mult interes unui inginer decât unui designer, dar totuși au fost anumite experimente desfășurate și de cel din urmă. Ca exemplu de seama este Hiposuprafata Aegis produsă de arhitecții de la dECOI, care folosesc un tip direct de senzor de poziție, care apoi convertește acel semnal rezultat printr-un microregulator care începe să acționeze o serie de mecanisme pneumatice. Astfel chiar dacă nu pare prea impresionant, este suficient pentru ca această suprafață să realizeze o anumită mișcare

care corespunde cu cele ale corpului uman, devenind o suprafață aproape nervoasă .

Există multe tipuri de senzori și traductori printre care menționez: senzorii de lumină, de sunet, termali, de umiditate, de poziție, de proximitate, de mișcare, de atingere, chimici, magnetici, de mediu, biosenzorii s.a.m.d.

B.c.b Produse inteligente:

Aplicațiile materialelor inteligente sunt numeroase, iar printre acestea se enumera:

a) Filmele polimerice care sunt foarte răspândite de la ambalaje care își schimbă

culoarea în lumină la filme redirectionate de imagine și tuburi luminoase din filme.

b) Bare și fibre polimerice folosite în cabluri optice.

c) Cerneluri și coloranți folosite în fabricarea produselor inteligente precum hârtia și textilele.

d) Tencuieli și vopseluri inteligente într-o varietate de produse termocromice și

fotocromice.

Figura 20. Ecran de sticlă cu imagine holografică. (http://dvice.com/archives/2006/11/80inch-

glass-panel-tv-might-be.php)

e) Sticla utilizată des în arhitectură și design numără mai multe feluri de sticlă inteligentă:

 Sticla electro-optica prin care se pot crea pentru a produce “sticla încălzită”.

 Sticla dicroică care prezintă schimbări bruște ale culorii, depinzând de unghiul de vedere al privitorului sau al luminii incidente. Această sticlă este acoperită cu multiple straturi de metal-oxid cu diferite caracteristici optice, iar pe măsură ce lumina străbate aceste straturi au loc

efecte optice deosebite.

 Sticla cu șabloane holografice ale căror efecte optice sub forma unor modele de lumină este incrisa în microstructura suprafeței care direcționează lumina prin acestea (Fig. 20).

 Alte tipuri de sticlă precum sticla fotocromica, antireflectorizantă ,etc.

f) Textilele inteligente reprezintă un potențial uriaș în domeniul de design, în special materialele din fire și cele cu straturi flexibile. Aici putem descrie câteva tipuri:

Figura 21. Materialul luminiscent schoeller®- dynatec apare ca o structură 3D alcătuită dintr-o rețea filigranatăși lână care poate fi utilizată cu succes în designul interior. (http://www.news-

messefrankfurt.com/techtextil/index.php?sprac he=eng&start=0)

 Textile care sunt în legătură cu lumina și culoarea, acestea reflectând lumina sau radiațiile.

 Țesături din fibră optică și electroluminiscente care au caracteristici vizuale deosebite.

 Textile respirabile care sunt în legătură cu porozitatea sau permeabilitatea.

 Textile termocromice și fotocromice care își schimbă caracteristicile atunci când apare un stimul exterior. Acestea totuși tind să se degradeze când sunt expuse radiațiilor cu ultraviolete și nu pot fi utilizate în exterior.

 Textile care conțin materiale ce-și schimbă starea de agregare, astfel putând absorbi, depozita și elimina cantități mari de energie sub forma căldurii latente.

B.c.c Sisteme, ansamble și componente inteligente:

Una dintre cele mai evidente domenii pentru folosirea materialelor inteligente este arhitectura și designul, unde avem diverse aplicații precum suprafețele de sticlă, fie ele ferestre sau pereți cortină, materiale utilizate pentru fațade care sunt și impresionante vizual, mai ales prin tehnica de iluminare, dar au și performanțe aparte.

Fațada este întotdeauna bidirecțională, energia transferându-se simultan în ambele direcții. Arhitecții și inginerii rezolvă această problemă prin învelirea cu filme subțiri cu caracteristici de emisivitate redusă și reflectivitate a luminii solare și non-reflectivitate pentru partea din interior. Materialele inteligente au fost imaginate pentru o tehnologie ideală care să asigure toate intrebuintările unei super-fatade într-un mod simplu și unitar.

Astfel Mike Davies a creat teoria unui perete polivalent că fiind un înveliș subțire care combină straturi de sticlă electrochimică, fotovoltaică și conductibilă, de asemenea și radiatori termali, foi microporoase care permit fluxul gazos și multe altele. Aceste straturi asigură controlul transmiterii optice, a energiei termale, absorbția termală și controlul câmpului vizual. Dezavantajul principal este costul mare de energie, dar nu trebuie neglijat faptul că fațada reprezintă semnătura vizuală a unei clădiri, fapt de interes pentru architect.

Au fost dezvoltate diverse tipuri de fațade deosebite din punct de vedere estetic și funcțional dar cele mai interesante produse care pe viitor pot fi aplicate și pentru fațade au fost experimentate prin crearea unor pereți puțin spus interactivi. Aici voi prezenta două exemple: Peretele Aegis Hyposurface și peretele de gheață “Ice”.

Figura 21.Peretele de gheață “Ice” conceput de Klein Dytham Architecture and Toshio Iwai reprezintă o instalație de 5×3.5 m de sticlă suspendată asemenea unei stalactite. Senzorii infraroșii din spatele suprafeței detectează prezența vizitatorului de la 500 de milimetri distanță, moment în care peretele interacționează cu mișcările corpului creând fluctuații.

(http://createanddestroy.wordpress.com/2006/11/22/bloomberg-ice-marunouchi-tokyo/)

a) Peretele de gheață “Ice” dezvoltat de Klein Dytham Architecture and Toshio Iwai reprezintă o instalație de 5×3.5 m de sticlă suspendată asemenea unei stalactite (Fig. 21). Senzorii cu infraroșiu din spatele suprafeței detectează prezența vizitatorului de la 500 de milimetri distanță, moment în care peretele interacționează cu mișcările effectuate de corpul uman creând fluctuații. Senzorii transformă mișcările în semnale acustice și optice care se desfășoară sub forma unei flacări ce poate fi manipulate si ce distribuie umbre electronice pe ecran.

b) Peretele Hyposurface va fi discutat pe larg pe post de studiu de caz în finalul lucrării.

Aceste două suprafețe inteligente își pot găsi diverse intrebuințări, în principal în domeniul divertismentului, al spectacolului, putând fi prezente în spații generoase pentru a anima atmosfera și a-i conferii clădirii o aură modernă. Acest gen de suprafețe experimentale pot fi utilizate în cadrul centrelor SPA care prin jocurile de lumini și acustice care încântă vizitatorii și oferă unicitate, atrăgând pe viitor alți clienți.

B.c.d Sisteme structurale

Structura unei clădiri sau ansamblu unei cladiri se comportă ca un schelet uman, astfel când sunt solicitate de forțe externe, acestea se deformează, se mișcă în diferite direcții. Aici intervine noțiunea de structură inteligentă care poate avea capacitatea de a-și monitoriza starea de sănătate și de a transmite semnale atunci când este în pericol. Astfel se propune dezvoltarea “învelișului inteligent” care reprezintă o structură de suprafață cu proprietatea de a simți prin toate punctele sale, dar și a structuri cu senzori incorporați de detecție și sisteme de analiză care vor monitoriza starea structurii.

Cercetătorii din Japonia au introdus noi metode care pot preveni deteriorari și avarii structurale prin mijloace care utilizează tehnologiile de fibră optică, piezoelectricele, magnetostrictivele, rezistență electrică, magnetoreologia și electroreologia.

Desigur că multe dintre materiale, ansamble și metodele caracterizate mai sus depășesc bugetul impus pentru majoritatea construcțiilor și a proiectelor de infrastructură, dar potențialul acestora impune reformularea practicii de arhitectură și design.

B.d Nanotehnologia:

Nanotehnologia este un domeniu științific încă aproape de începuturi, dar totuși un domeniu promițător care privește un viitor glorios datorită potențialului său de a schimba lumea din jurul nostru. Un nanometru este a miliarda parte dintr-un metru, și care ne oferă posibilitatea de a crea dispozitive mai mici, mai ieftine, mai ușoare și mai rapide care pot executa operațiuni complicate și care utilizează mult mai puțin material și consumă mai puțin.“Nanotehnologia se poate aplica în toate aspectele vieții noastre, având un potențial crescut în domenii ca medicina, industria, comunicațiile, transporturile și mai ales arhitectura. Utilizarea nanotehnologiei în arhitectură variază de la folosirea materialelor, echipamentelor până la forme de design.

Lucrând la scară nano, oamenii de știință creează produse și tehnologii care se adresează celor mai mari provocări ale lumii, incluzând:

 Curățenia, securitatea și disponibilitatea energetică;

 Rezistența, greutatea redusă și durabilitatea materialelor;

 Iluminarea care utilizează o fracțiune de energie;

 Senzori care detectează și identifică agenți chimici sau biologici periculoși în aer;

 Tehnici de a curăța chimicalele periculoase din mediu înconjurător.” 2

Multe produse care utilizează nanotehnologia sunt deja disponibile iar posibilitățile viitoare par să fie fără margini în diferitele domenii ca biomedicina, energetica și designul de material. Scopul cercetărilor este de a aduce la lumina posibilitățile de aplicare oferite de nanomateriale într-un anumit sector și de a cerceta noile materiale din punctul de vedere al arhitecților, designerilor de interior. Lumea materialelor științifice este martora unei revoluții în explorarea materiei la o scară redusă. Particulele subatomice au fascinat omenirea încă din prima jumatate a secolului 20

Figura 22. Nanotuburile de carbon în formă de folii de grafit având grosimea de doar un atom care se formează într-un cilindru, sunt nu numai de 50 de ori mai rezistente decât oțelul și de 10 ori mai ușoare, dar sunt și transparente și conductoare electric. (http://www.nanotechblog.org/page/27/)

Figure 23. Peri adunați în jurul unei sfere de polistiren.

(http://nanoscale-materials-and-

nanotechnolog.blogspot.com/search)

,iar acceleratoarele care utilizează energie înaltă permit penetrarea constituentelor particulelor subatomice.

Putem să ne imaginăm aparate mișcătoare care sunt de 1000 de ori mai mici decât o bacterie, și mașinării complexe de mărimea unui virus. De fapt, chiar virusul în sine este o mașinărie creată de natură. Reducerea dimensiunii și consecvența explorării proprietăților este fără limită.Nanoarhitectura este conversia arhitecturii către revoluția nano a secolului 21.Nanotehnologia îmbinata cu arhitectura marchează stilul nanoarhitectural, care este de fapt reprezentat de utilizarea nanotehnologiei în arhitectură care contribuie cu noi materiale, forme și configurații ale clădirilor.

Arhitecții și designerii vor trebui să fie deosebit de conștienți în privința compoziției și consecințelor care vin odata cu materialul ales. Astfel,

este foarte important ca designerii să fie informați în legătură cu descoperirile științifice.

Designerii au fost chiar inspirați de nanotehnologie din punct de vedere artistic în acest caz, creând nano-arta (Fig.23). Un domeniu de design care va fi influențat de nanotehnologie este mediul inteligent.De vreme ce arhitectura inteligentă va dobandi stări schimbătoare și o comunicare greoaie, arhitecții se vor concentra pe relații pe aspectele și formele de design din faza de creație. Este destul de posibil ca ambele, adică formele si relațiile dintre ele, să genereze regula unui sistem după care spațiile arhitecturale inteligente vor funcționa.

Materialele Nanotech au potențialul de a revoluționa ce și cum vom construi. Într-o zi nanotuburile de carbon și alte nanomateriale vor transforma radical paleta de materiale, astfel încât folii de grosimea hârtiei vor putea suporta greutatea unei întregi clădiri. Cercetări concrete în acest domeniu au fost efectuate de către doi cercetători de origine rusă, Andre Geim și Konstantin Novoselov, distinși cu premiul Nobel în anul 2010 pentru lucrările lor asupra grafenului .

Nanotuburile de carbon (Fig.22) care reprezintă folii de grafit având grosimea de doar un atom care se formează într-un cilindru, sunt de 50 de ori mai rezistente decât oțelul și de 10 ori mai ușoare, dar sunt și transparente și conductoare electric. Nanotuburile beneficiază deja de nenumarate aplicații, de exemplu sunt folosite în armarea betonului și distribuirea medicamentației către celulele individuale. Alte câteva exemple sunt nanocompozitele consolidate ale oțelului, betonului, sticlei și maselor plastice care vor îmbunătăți performanțele, durabilitatea și media de rezistență la greutate ale acestor materiale. Sticla nano-armata poate fi utilizată înafară de închidere ca fatadă dar și ca structură. Cercetările în derulare care apără vehiculele armatei împotriva bombelor, folosind nanofibre din policarbonat armat, pot fi aplicabile suprafețelor vitrate ale clădirilor.

Funcțiile nano ale materialelor au fost folosite prea puțin sau chiar deloc în designul interior. Spațiile interioare necesită optimizare prin utilizarea strategică a nanosuprafetelor ținând cont de principiile estetice, economice și ecologice. Îmbunătățirea confortului și costurile trebuiesc să meargă mână în mână. Estimarea costurilor ar trebui să țină cont nu numai de cheltuială inițială dar și de costurile următoare, care se reduc considerabil.

Unul din studiile de caz prezentate în această lucrare va consta în aplicarea nanotehnologiei, in particular nanotehnologia “verde” în cadrul designului interior al unui salon de spital.

B.e Energia: Comportament și Fenomen

Atunci când folosim un material, în același timp alegem și modul acestuia de a interacționa cu diversele tipuri de energii stimulatoare, acesta fiind adevărat și pentru acele materiale pe care doar vrem să le admirăm cum ar fi sculpturile. Ca rezultat, nici o discuție despre materiale nu poate fi completă fără o înțelegere a energiei.

Conceptual, toate formele de energie pot fi distribuite în două clase:

 Energia potential: energie înmagazinată care “poate curge”. Energia care este depozitată prin îndoirii, întinderii, compresiunii, combinării chimice.

 Energia cinetică: energie care “curge”. Energia mișcării care se schimbă de la o entitate cu potențial înalt la o entitate cu potențial scăzut.

Între aceste două clase, energia poate lua multe forme și fiecare formă este desavarsită printr-o variabilă fundamentală care devine folositoare ca energie numai atunci când diferența intră în joc.

În completare, voi face câteva mențiuni legate de termodinamică: termodinamica descrie ramura fizicii care se concentrează asupra condițiilor sistemelor de materiale și cauzele vreunei schimbări în acele condiții.

De asemenea adaug conceptul de graniță ca comportament pentru a înțelege termodinamica materialelor. Granițele termodinamice nu sunt lucruri eligibile sau tangibile, dar în schimb sunt zone de activitate, în principal invizibile. În această zonă de activitate au loc schimburi de energie, și este de asemenea locul unde activitatea lucrează asupra mediului.Toate schimbările au loc în cadrul graniței.

Granița funcționează ca zonă de tranziție fundamentală pentru a intermedia schimbarea între două sau mai multe stări variabile. De exemplu, când o masă de aer cald este adiacentă unei mase de aer rece, la fel ca în masa de aer cald, fiecare din aceste mase vor avea o temperatură și presiune ușor de diferentiat.

Așa cum înțelegerea termodinamicii ne ajută să înțelegem rolul materialelor într-un câmp de energie, atunci clarificarea noțiunii de graniță ne poate ajuta să definim și să creăm medii energetice definitorii. De exemplu, pentru a introduce lumina zilei în interiorul unei clădiri, arhitecții de obicei schimbă orientarea fațadelor și măresc suprafața vitrată.

Totuși lumina are un comportament la scară micro, și exact aceleași rezultate pot fi obținute prin schimbări microscopice în condiționarea suprafeței ca acelea care au loc prin schimbări majore în cadul clădirii. Luând în considerare scara în noua definiție a graniței ca zonă de tranziție, putem începe să recunoaștem mediile energetice care apăr și dispărea în locații multiple și fiecare va marca o stare unică și singulară. Mediul nostru înconjurător nu este atât de omogen pe cât credem, ba chiar reprezintă o colecție tranzitorie a multiplelor și diferitelor comportamente aflate între granițe.

B.f Reconceptualizarea mediului uman

Figura 24. Comparație între granița imaginată de arhitect față de cea a unui fizician. În imaginea de sus sunt ilustrate granițele fizice considerate tipice societății de azi, iar jos este prezentată granița stratului de convecție ce se ridică de pe contururile unei persoane.

(Addington M.D., Schodek D.L., Smart Materials and New Technologies for architecture and designprofessions, ed. Architectural Press, UK, 2005)

Interiorul unei clădiri în general este caracterizat printr-un mediu singular și stabil care poate fi optimizat prin menținerea unor condiții ideale. Într-adevăr, unul din cele mai populare modele ale mediului interior ideal este cel al unei capsule spațiale. Mediul exterior este considerat ostil,iar acest mediu interior deosebit de controlat poate îndeplini acest mediu ideal.

Această caracterizare a mediului interior ne este cunoscut ca analogia unui sistem termal în care interiorul este materialul sistemului, anvelopa clădirii este limita iar exteriorul reprezintă împrejurimile.

De fapt se ajunge la concluzia ca

materialul sistemului este corpul uman, limita este reprezentată de tranzacțiile de energie ale corpului, iar mediul înconjurător este imediat adiacent corpului uman.

Designul unei incinte închise nu este designul unui mediu. Toate mediile simbolizeză

câmpuri de energie stimulatoare care pot produce schimburi de căldură, apariția luminii sau recepția sunetului. Decât să caracterizăm un întreg mediu ca reprezentat de o mărime a temperaturii, sau un nivel constant de iluminare, voi defini mediul doar prin tranzacțiile sau schimburile sale de energie de-a lungul limitelor sale, incluzând cele ale corpului uman. Fie că este vorba de functiile termale, optice sau aurale, simțurile corpului uman nu răspund condițiilor existente de temperatură, iluminare etc, dar mai degrabă răspund ratei de schimbare a energiei de-a lungul unei limite(Fig. 24). De exemplu:senzația de frig nu reprezintă un mediu la o temperatură scăzută, ci mai degrabă ne arată faptul că rata de schimb a transferului de energie termală dintre mediu și corpul uman este în creștere, iar temperatura poate să fie sau poate să nu fie unul dintre factori la această creștere . În mod esențial, corpul uman se simte pe el însuși datorita acestei reacții la mediul înconjurător, nu simte pur și simplu mediul. Acesta lume reală omniprezentă care ne este atât de cunoscută prin senzații, nu este de fapt ceea ce pare.

B.f.a Mediul termal:

Figure 25. Mediul termal dintr-o încăpere diagnosticat cu ajutorul scannerului termal.

3D. (http://www.hitachipt.com/products/ac/building_system/datacente r/diagnosis_heat.html)

Deci ce este atunci mediul termal, dacă nu este reprezentat de temperatura înconjurătoare? Chiar și într-o camera închisă în care aerul pare perfect omogen și static, vom fi înconjurați de multiple comportamente termale – multe tipuri de transferuri de căldură, fluxuri laminare și turbulente,stratificări de temperatură si densitate, fluctuații de presiune – toate simultane. Mecanismul termal al corpului uman este chiar mai complex decât cel al unei încăperi.

Scopul unui arhitect sau designer este de a lua toate măsurile pentru a asigura sănătatea și buna dispoziție a personajului uman. Corpul uman are proprietatea de a-și menține sănătatea proprie într-o măsură destul de mare, chiar dacă temperatura exterioara a pielli poate varia de la 10 la 40 grade celsius și totuși fără consecințe extreme. Receptorii pielii răspund celor două clase ale stimulilor de mediu, energia mecanică și electromagnetică. Termoreceptorii nu simt temperatura ambientală, mai degrabă

răspund diferenței dintre temperatura pielii și împrejurimi. Temperatura pielii reprezintă una dintre cele mai fluctuante replici termo-regulatoare ale corpului uman,deci putem presupune ca diferența se comută încontinuu. Putem spune că conștientizăm când apare o diferență în “diferență”. Corpul uman nu este un termometru, dar semnifică cea mai comună entitate de schimbare de căldură în cadrul unei clădiri.

Temperaturile de suprafață ale unui imobil, în particular cele orientate spre exterior ca pereții, ferestrele, acoperișurile și pardoselile, sunt tot timpul diferite față de temperatura ambientală a aerului, astfel producând fluxuri de plutire de-a lungul suprafețelor. Mediul termal de interior,reprezintă o colecție vastă de stări, fiecare având limite sale. Sistemele de încălzire, ventilare și climatizare sunt proiectate în relație cu dimensiunea clădirii, dar regimul termal funcționează la scăra mult mai mică. Răspunsul ideal se petrece la limită, iar scara este comportamentul. Tehnologiile și materialele inteligente, pricinuite scării lor reduse, într-un final vor asigura o acțiune locală și directă care ne va permite să proiectăm mai degrabă un mediu termal decât unul care reduce la zero împrejurimile.

B.f.b Mediul luminous:

Multe dintre caracteristicile materialelor care interacționează cu lumina sunt extrinsece în alte condiții decât compoziția moleculară a materialului care ar afecta proprietățile. Factorul de reflexie, de absorbție și transmisie face și le parte din acesta categorie.

“Soarele este sursa primară de lumină, și în același timp stabilește standardul de comparație pentru sursele de lumină artificiale. Toate obiectele emit radiații, dar în porțiuni diferite ale spectrului. Deși, vorbim despre culori ca și cum ar aparține obiectelor, de fapt ele aparțin numai luminii. Toate suprafețele sunt subtractive, adică ele pot doar să sustragă energia și culoarea din lumină, nu să o adauge. Putem descrie culoarea surselor și culoarea reflectată a obiectelor prin trei cantități: energie, lungime de undă și lărgime de bandă.Dacă luminozitatea singură este responsabilă pentru determinarea locației unui obiect, avem posibilitatea de a crea articulații vizuale ale unei suprafețe care nu este prezentă, dar și vice-versa. Dacă doar culoarea este responsabilă pentru recunoașterea obiectelor, atunci obiecte similare pot fi diferențiate pe viitor de un plan de utilizare a culorilor.”

Producerea luminii artificiale este cel mai ineficient proces în cadrul unei clădirii, astfel se prevăd posibilități de înlocuire cu dispozitive fluorescențe, care sunt de cinci ori mai eficiente decât cele incandescente și lămpi cu descărcare de intensitate mare (HID), care sunt de două ori mai eficiente decât mijloacele fluorescente sau instalatiile cu LED. Materialele inteligente pot avea un impact major asupra economisirii energiei, în special prin sistemul pe care îl pot forma.

B.f.c Mediul acustic:

Sunetul, care este produs de către pulsații de presiune într-un mediu fluid, este livrat prin convecție. Precum lumina, sunetul este o energie termală care poate fi caracterizată și printr-un comportament de undă. Sunetul este produs prin transmiterea energiei mecanice (cinetice) printr-un mediu elastic prin vibrarea moleculelor mediului.

Înlocuind forma geometrică ca determinantă a designului acustic, materialele au devenit un factor important. Spațiile interioare,dacă nu sunt prevăzute cu calitățil absorbante, vor avea mai tot timpul reflecții difuze.Acestea vor oferi forma sunetului, dar vor crește și nivelul sunetului ambiental al încăperii. Gradul de absorbție al materialelor va determina în final ambientul său adică nivelul sunetului de fundal. O caracteristică în care designeri sunt interesați este cum spațializează urechea umană sunetul, deoarece o mare parte a conștientizării spațiului din jurul nostru provine din stimuli non-vizuali. Fără o reacție acustică din partea împrejurimilor nu suntem apți de a ne plasa spațial într-o încăpere, chiar dacă pereții acesteia sunt clar definiți vizual. Mulți designerii de instalații probează cu manipularea acustică, creând spații acolo unde lipsesc și direcționând localizarea sunetului după voință.

Materialele inteligente, în formă piezoelectrică, joacă deja un rol important în designul acustic, dar potențialul de a proiecta mediul acustic, ca și cel termal și luminos, în mod direct poate fi cea mai dificilă aplicație a materialelor inteligente în design.

În continuare va fi prezentat mediul inteligent, în particular cel determinat de inteligența artificială care dă naștere conceptului de emergența.

B.f.d Mediul inteligent determinat de emergență

Emergența este strâns legată cu biologia evoluționară, inteligența artificială, teoria complexității și cibernetică. Una din cele mai simple și mai comune definiții ale emergenței este aceea de sumum al proprietatiilor unui sistem care nu pot fi deduse din componentele acestuia (ceva mai mult decât suma tuturor părților). O definiție mai științifică, este aceea că emergența se referă la studiul producerii formelor și la studiul sistemelor naturale care au o complexitate ireductibilă (Fig. 26), dar și la aparatul matematic necesar pentru a modela asemenea procese într-un mediu computațional.Pentru a folosi cuvinte mai normale,putem spune că, pentru ca arhitectura să poată beneficia de ideile emergenței, trebuie să căutăm principiile și dinamica organizării și interacțiunii,legile matematice pe care

Figura 26. Pavilionul Oceanic proiectat de Emergent Architecture și Kokkugia ca propunere pentru expoziția Yeosu 2012 din Korea, prezintă un exemplu al aplicării emergenței în arhitectură. Această structură celebrează oceanul ca ființă plină de viață și co-existența culturii umane și a ecosistemelui oceanic. Construcția se bazează pe conglomerarea de bule din membrană moale îmbinate prin intermediul unui fuzelaj-coca.

sistemele naturale le urmează și care pot fi utilizate la sistemele construite artificial.

Deși matematica a jucat un rol iportant în arhitectură încă de la începuturi, se simte nevoia unei abordări matematice mai avansate în arhitectura curentă. Acest lucru este datorat:a) eliberarea de sub stăăanirea geometriei ortogonale necesită o precizie mai mare în ceea ce privește interfața dintre definiția arhitecturală a formei și procesele constructive generate de computer.

b)Proiectul ingineresc pentru geometriile complexe trebuie să conțină un fundament matematic solid.Forma și comportamentul sunt produsul proceselor ce au loc în sistemele complexe. Procesele elaborează și mențin forma sistemelor natural și aceste procese sunt cele care includ schimburi active cu mediul înconjurător. Există modele generice în procesul de autogenerare al formelor și în formele însele. Geometria joacă atât un rol limitat în dinamica interrelaționată a modelelor și a formelor în morfogeneză (crearea de forme care evoluează în timp și spațiu) autoorganizată.

„Formele își mențin continutatea și integritatea prin schimbarea aspectului lor, dar și

Figure 27. Acoperirea Curții Principale a British Museum, Londra. Exemplu de arhitectură emergentă rezultat din proiectarea unei suprafețe complexe (imagine dreapta) în cadrul unui experiment al Genr8. (www.courses.arch.hku.hk)

al comportamentului, și prin iterații continue desfășurate de-a lungul mai multor generații. Formele pot fi localizate ca manifestare în orice populație, și acolo unde apare o comunicare efectivă între forme, apare un comportament colectiv și implicit inteligența. Sistemele din care rezultă o formă sunt menținute de către fluxul de energie și informativ din sistem. Modelul de curgere are variații constante ajustate să mențină echilibrul prin așa numitul efect de “feedback” cu mediul înconjurător. Evoluția naturală reprezintă mai multe sisteme care colaborează și co-evoluează cu o autonomie parțială și cu o anumită interacțiune între ele. O formă emergentă întreagă poate fi o forma a altui sistem emergent de nivel mai înalt, iar ceea ce denumim proces pentru un sistem, pentru celalat poate reprezenta mediul înconjurător”. 4

Aparatul matematic la care face referire teoria emergenței este unul destul de complicat și cu siguranță nu își are locul aici. Cu toate acestea, ideile principale sunt cele exprimate deja în această lucrare. Nu putem trece însă mai departe fără să amintim măcar câteva dintre numele teoriilor care stau la baza emergenței: teoriile proceselor și ale formelor, modele de comportament și autoorganizare, geometrie și morfogeneză, dinamica diferențierii și a integrării, teoria sistemelor, teoria complexității, genetic comportamentului colectiv etc.

Emergența este de o importanță monumentală pentru arhitectură, necesitând o reviziure substanțială în modul în care realizăm design-ul (Fig. 27). Putem folosi modelele matematice menționate mai sus pentru a genera design-uri, forme și structuri evolutive în procesele morfogenetice în cadrul mediilor computaționale.

_____________________

4 Mark G.and DECOi Architects, “The Possibility of (an) Architecture:Collected Essays”, Routledge , UK, 2008.pg101

Strategiile de design nu sunt cu adevărat revoluționare dacă nu includ iterații ale modelării fizice,încorporând efecte de autoorganizare a materiei, acolo unde nanotehnologia (subiect abordat în capitolul 4 al lucrării) poate juca un rol important.

Figura 28. Rampa din cadrul clădirii parlamentului German Reichstag.Un exemplu de arhitectură emergentă. (http://archide.wordpress.com/2008/11/12/reichstag- german-parliament-by-foster-and-partners-berlin- germany/)

Logică emergenței ne cere să recunoaștem că totuși, clădirile au un timp de viață limitat de câteva decenii în mod normal și că pe întreg parcursul vieții lor trebuie să mențină un sistem complex de energie și sisteme de materiale. La terminarea acestei vieți, aceste locuințe trebuiesc dezasamblate și materia

fizică reciclată. Sistemul mecanic hibrid cu procesor central folosit în prezent limitează potențialul unei locuințe

inteligente. Comportamentul inteligent al clădirilor individuale poate fi mult îmbunătățit dacă se va trece la un comportament unit al sistemelor distribuite.Trebuie să extindem această gândire dincolo de răspunsul oricărui sistem individual la mediul înconjurător. Fiecare clădire este parte a mediului înconjurător de aici rezultă inteligența urbană individuală care poate fi atinsă prin extinderea comunicării de date între sistemele de clădiri învecinate. Infrastructura de transport urban trebuie să fie concepută pentru a avea sisteme de răspuns similar, nu numai pentru a controla mediul intern al stațiilor de autobuz sau metrou, dar și pentru a reuși să răspundă fluctuațiilor traficului de călători. Dacă vom reuși să facem o conexiune între sistemele de infrastructură și grupurile de clădiri inteligente vom reuși să ducem gradul de emergență la un nivel superior.

Ne aflăm la începutul unei schimbări sistematice, de la design-ul și producerea clădirilor individuale la o ecologie în care design-urile revoluționare au o inteligență suficientă pentru a se adapta și comunica, și din care vor rezulta în final orașele inteligente. Un exemplu reprezentativ al aplicarii emergentei este în cazul „Proiectului Venus”, numit utopic. Acesta susține un plan de acțiune durabil care propune schimbarea socială către pace și capacitatea de a se susține. Soluțiile propuse sunt revoluționare din punct de vedere arhitectural, urbanistic, ecologic și economic.

C. STUDII DE CAZ

C.a Nanoarhitectura aplicată în săli de tratament

Nanotehnologia va ajuta arhitecții să realizeze proiecte și a facilita spitalelor multe îmbunătățiri pentru beneficiul societății și al sănătății publice. Arhitectura de sănătate va fi îmbunatățită din punct de vedere estetic, economic și ecologic.

Funcții precum modul de lucru eficient, siguranța, igiena și întreținerea fără costuri ridicate, continuă să fie prioritare când e vorba de design. Factorul de cost este important nu doar în timpul investiției ci și după aceasta. În același timp, nici aspectul ecologic nu trebuie ignorat. În ziua de astăzi, multe nano-suprafete pot fi utilizate pentru a crea un mediu inteligent și ușor de curățat în cadrul spitalelor.

Utilizarea nano-suprafetelor reduce costurile, se economisesc resurse precum apa și energie, și nu în ultimul rând sporește calitatea vieții pacienților dar și a angajaților. În ultima vreme există o preocupare

Legată de răspândirea în

Figura 29. Ilustrație a procesului de igienizare prin aplicarea nanotehnologiei”verzi” , care are ca scop producerea de nano materiale și produse care nu dăunează mediului înconjurător sau sănătății omului, și care vor oferi soluții în rezolvarea problemelor legate de mediu. (http://bertmaes.wordpress.com/2009/07/15/part-2- green-technology/)

spitale a gandacilor, iar trusturile de sănătate încearcă să găsească noi modalități de a menține standardele de igienă în spitale. Aceleași preocupări se regăsesc și în industria alimentară și farmaceutică.

Vopselurile nano-tehnologice pentru pereți, tavane și diverse suprafețe ar putea fi utilizate pentru a distruge gandacii din spitale atunci când luminile fluorescente sunt aprinse (Fig. 29). De asemenea unitățile pentru îngrijirea copiilor, centrele de tratament dar și al grupurilor sanitare domestice ar beneficia de un bun control al igienei. În toate aceste locuri, igiena de suprafață ar putea fi îmbunătățită prin acțiunea luminii fluorescente asupra suprafețelor catalitice, cum sunt vopselurile care conțin nanotitaniu. Acestea ar încetini contaminarea și ar reduce costurile de întreținere simțitor .

O nouă abordare a lansării nanotehnologiei în materialele textile, care reprezintă o preocupare pentru sănătatea publica, este reducerea răspândirii germenilor rezistenți la medicație, precum infecțiile cu MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus). Un factor principal din cazul problemei MRSA este rezultat din folosirea textilelor convenționale precum halatele, perdelele, așternuturile și fețele de pernă din cadrul spitalelor.Sterilitatea mediului spitalicesc reprezintă o preocupare majoră. Este plănuită dezvoltarea industriei fabricării textilelor nanoderivate care vor ajuta spitalele în lupta lor împotriva MRSA.

Figura 30. Salon de spital. Nanotehnologia va ajuta arhitecții să realizeze proiecte și facilități pentru spitale mult îmbunătățite pentru beneficiul societății și al sănătății publice. Funcții precum modul de lucru eficient, siguranța, igiena și întreținerea fără costuri ridicate, continuă să fie prioritare când e vorba de design. (http://www.niagarahealth.on.ca/construction/new-health-care-complex/)

Este foarte folositor ca toate întrerupatoarele, butoanele de atenționare, mânerele și suprafețele de gresie și faianță să beneficieze de un strat antibacterian care în același timp să nu fie lipicios (Fig.30). Membrana protectoare anti-bacteriană omoară bacteria iar suprafața nelipicioasă asigură ca bacteria neutralizată nu formeaza un bio-film, care ar face procesul reversibil.Aceste materialele pot contribui și la creearea unui mediu confortabil, dar mai ales sigur. Toate obiectele și instalațiile sanitare sunt echipate cu o suprafața nelipicioasăși usor de curățat care ușurează procesul de igienizare. Datorită suprafeței hidrofobă, mizeria nu se lipește ușor și de asemenea este și rezistentă la zgârieturi. Suprafața meselor și garniturile este deopotrivă rezistentă la zgârieturi și anti-amprente. Toate aceste beneficii sunt bine venite și în cadrul centrelor de tratament de tip spa și balneoclimaterice, care utilizează ape de izvor iodurate, clorurosodice, calcice, magnezice și sulfuroase și care cu timpul pot degrada obiectele sanitare și instalațiile.

Textilele pot deservi de asemenea la purificarea aerului și asigurarea unei atmosfere

confortabile la care pot contribui vopselurile, perdelele, pernele de scaun și alte elemente. Mirosurile nedorite pot fi descompuse chimic fără probleme, dar și catalizarea oxidativă, mirosuri și poluanți precum nicotina și formaldehida sunt eliminate în câteva ore, mai ales că acestea sunt cauzele altor efecte asupra pacienților precum alergii, lăcrimare, migrene.

În cadrul spitalului pot fi folosite suprafețe vitrate care se curăță singure, asigurând

Figure 31. Salon de tratament SPA. Proprietățile nano-suprafețelor antibacteriene, ușor de curățat, hidrofobe și antizgârieturi realizează un mediu inteligent și sunt bine venite și în cadrul centrelor de tratament de tip spa și balneoclimaterice, care utilizează ape de izvor iodurate, clorurosodice, calcice, magnezice și sulfuroase și care în timp pot degrada obiectele sanitare și instalațiile.Folosirea nano-suprafețelor reduce costurile, economisește resurse precum apa și energia, și nu în ultimul rând sporește calitatea vieții pacienților dar și a angajaților.

(http://www.la2day.com/health_beauty)

astfel privelisti clare. Lumina UV (ultravioleta) provoacă o reacție foto catalitică care descompune murdăria cu ajutorul bioxidului de titaniu. Pentru că este o suprafață hidrofilă, ploaia nu lasă picături pe geam ci pelicule de apă care curăță și ce reziduri au mai rămas. Intervalele de curățare se pot mări simțitor. Ferestrele electro-cromatice pot întuneca lumina din cameră în mod eficient și prietenos printr-o singură actionare de buton, în contrast cu ferestrele eletro-cromatice tradiționale care necesită curent continuu. Astfel cu o singură acționare a întrerupătorului, fereastra este întunecată și rămâne în acest stadiu pana cand o noua comutare o transforma din nou intr-o fereastra transparenta. Ferestrele foto- cromatice care se întuneca odată ce soarele apune, sunt folositoare pe partea sudică a clădirilor pentru a proteja pacienții care sunt imobilizați în pat de lumină orbitoare și pentru a asigura o atmosferă placută. Ambele ferestre, electro și foto-cromatică întunecă cameră dar permite pacientului de a vedea afară prin ea .

C.b Peretele interactiv:

Aegis Hyposurface reprezintă un proiect dezvoltat de dECOI destinat comunicării, proiectat de către Mark Goulthorpe în colaborare cu o echipă formată din arhitecți, ingineri, matematicieni și programatori. Acest proiect a fost creat cu ocazia unei competiții de artă interactivă, iar lucrarea câștigătoare urma să fie afișată în foyerul Teatrului Birmingham Hippodrome (Fig. 32).

Figura32. Hypo-surface a fost creat cu ocazia unei competiții de artă interactivă care avea ca scop transpunerea acțiunilor din interior (actele teatrale) către exterior, iar lucrarea urma să fie expusă în foyerul Teatrului Birmingham Hippodrome.

(http://www.hyposurface.org/)

Figura 33. Suprafața peretelui Hyposurface poate avea orice dimensiune deoarece este format din module de suprafețe metalice conectate la un sistem de control computerizat și un sistem de 896 de pistoane pneumatice. (http://www.hyposurface.org/)

Hyposurface reprezintă primul sistem de afișaj din lume în care suprafață ecranului se mișcă în mod fizic. Suprafața se comportă precum un lichid controlabil, astfel creând valuri, modele, logouri chiar și text care iese din ecran și dispare în mod continuu în cadrul acestei suprafețe dinamice. Ochiul omului este captivat de către mișcare și astfel conferă un mare avantaj acestei suprafețe în comparație cu alte sisteme de afișaj. Precum un dispozitiv digital, orice semnal (acustic, mișcare, internet etc) poate fi conectat automat cu un rezultat (visual sau acustic), oferind o maximă interactivitate cu publicul.Dimensiunea peretelui Hyposurface poate avea orice dimensiune deoarece este format din module de suprafețe metalice conectate la un sistem de control computerizat și un sistem de 900 de pistoane pneumatice (Fig. 33). Sistemul electronic are funcția de a transminte extrem de rapid informațiile suprafețelor acționând pistoanele pentru a deforma suprafața complexă 3D de metal și cauciuc în sincronizare cu un spectaculos joc de lumini .

Pistoanele pot forma forme în relief de aproximativ 60 de cm și pot ajunge la o viteză de deplasare de circa la 100Km/h.

Interfața sistemului conectează Hyposurface direct la mouse-ul utilizatorului care poate coregrafia secvențele de mișcare ale afișajului în timp real. Costurile sistemului de afișaj sunt destul de ridicate, iar montarea este realizată sub îndrumarea unui specialist.

Peretele Hyposurface este în sine un organism(artificial), care răspunde, impresionează și pare organic ca natura, oferind nesfârșite posibilități de manifestare (Fig. 34). Acesta poate transforma orice spațiu într-o experiență de mirifică, în special pentru faptul că poate fi montat atât pe verticală cât și pe orizontală, creând tavane sau pereți dinamici.Datorită acestor multiple calități, utilizările peretelui Hyposurface pot fi de la simple afișaje în holuri și foyere clădirilor (Mall-uri, Centre de infrumusețare, Clădiri de birouri etc) la camere de jocuri asemenea unui întreg Hypo-spatiu. Potențialul cel mai mare al acestui afișaj este în spațiile de expozitie sau aplicat pe structurile interioare ale unor spatii publice, în special datorită caracterului de „neuitat” al Hyposurface.

Această piesă marchează tranziția de la spațiul autoplastic (determinat) către cel aloplastic (interactiv, nedeterminat). Nu puțini sunt de acord cu această afirmație, dovada fiind numeroasele premii pe care le-a strâns în decursul anilor și expozițiilor.

Figura 34. Sistemul electronic are rolul de a transminte rapid informațiile suprafețelor acționând pistoanele pentru a deforma suprafața complexă 3D de metal și cauciucîn sincronizare cu un spectaculos joc de lumini inclus. Pistoanele pote genera forme în relief de aproximativ 60 de cm și pot ajunge la o viteză de deplasare de până la 100Km/h. (http://www.hyposurface.org/)

D. Relația diserțatie-prediplomă

Alegerea proiectului de diploma a fost concomitentă cu cea a subiectului dizerțatiei, deoarece am urmărit completarea cunoștiințelor legate de tipologiile și aplicațiile materialelor și tehnologiilor de vârf în vederea elaborării detaliate a proiectului de arhitectura și crearea unui complex arhitectural, pe de-o parte inovator și experimental, pe de altă parte sigur și fiabil.

Construcția care putea fi considerată subiect potrivit pentru aplicarea noilor materiale și tehnologii era: muzeu,spațiu expozițional, ori o clădire de birouri, dar și (așa cum am și ales în cele din urmă), locuinte colective. Acestea sunt binecunoscute pentru confortul afișat, determinat de alegerea cât mai potrivită la prima vedere a finisajelor, dar mai important de gândirea complexului ca un tot unitar de confort și relaxare. Aceste două calități sunt îndeplinite prin crearea unui mediu cu proprietăți aparte din punct de vedere estetic (prin luminozitate, finisaje, atracții vizuale) și ambiental (folosirea sistemelor și elementelor de control, senzori, calitatea aerului, compartimentarea și alte problematici arhitecturale) căruia dacă îi adăugăm principiile arhitecturii emergente va avea ca urmare crearea unui mediu inteligent.

E. Concluzii

Multe dintre materialele și tehnologiile inteligente cercetete în această lucrare sunt din punct de vedere economic greu de justificat de către majoritatea bugetelor alocate clădirilor sau proiectelor de infrastructură, iar multe dintre ele pot părea legate de domeniul SF (stiințifico-fantastic), dar avantajele sunt importante deoarece condițiile și implicațiile acestor materiale pot pătrunde în fiecare etapă a proiectării și la fiecare nivel.

Potențialul reconfigurării normativului de materiale prin includerea materialelor inteligente se extinde în afara noțiunilor de eficiență și promptitudine. În prezent dispunem de tehnologii cu ajutorul cărora am putea realiza aproape orice dorim, chiar dacă rareori acele lucruri sunt vizibile. Astfel obiectele create de architect sau designer pot susține mai degrabă scopul proiectării acestuia decât existența ca manifestare fizică proprie.

F. Bibliografie:

[1] Addington D.M. si Schodek D.L., “Smart Materials and New Technologies for architecture and design professions”, Architectural Press, UK, 2005.

[2] Jeremy Ramsden, “Applied Nanotechnology (Micro and Nano Technologies)”, William Andrew Publishing, UK, 2010.

[3] Mori T., “Immaterial/Ultramaterial: Architecture, Designed Materials”, George

Braziller, New York, USA, 2010.

[4] Smith G.B. si Granqvist CG. S., “Green Nanotechnology: Energy for Tomorrow's

World”, CRC Press, USA, 2010.

[5] Bujoreanu L.Gh., “Materiale Inteligente”, edit. Junimea, Iasi, 2002.

[6] Edwin van Onna (Ed.) “Material World Innovative structures and finishes for interior”Basel-Boston-Berlin 2008.

[7] Braddock S.E. si Mahoney M.O.,“Technotextiles”, Thames and Hudson, New York, USA, 1998.

[8] Michael Fox, “Interactive Architecture”, Miles Kemp, Princeton Architectural Press, New Jersey, USA, 2009.

[9] Gandhi M.V. si Thompson B.S., “Smart materials and structures”, Chapman and Hall, London, 1992.

[10] Gersil K.N., “Fiber Optics in Architectural Lighting”, McGraw-Hill, USA, 1999.

[11] Stephen R. Turns, “Thermodynamics: concepts and applications”, Cambridge

University Press, UK, 2006.

[12] Lupton E., “Skin: Surface, Substance and Design”, Princeton Archiectural Press, UK, 2002.

[13] Schmitt G. et al., “Future Cities”, eCAADe 2010 Conference, ed. Vdf

Hochschulverlag AG, Zurich, Elvetia, 2010.

[14] Plummer H., “The Architecture of Natural Light”, London: Thames & Hudson, 2009. [15] Mark Goulthorpe and DECOi Architects, “The Possibility of (an) Architecture:

Collected Essays”, Routledge , UK, 2008.

[16] Newham R.E. si Rushau G.R. , ”Electromechanical properties of smart materials”, J. Intell. Mater. Syst. and Struct., 1993.

[17] Weinstock M., “The Architecture of Emergence: The Evolution of Form in Nature and Civilisation”, Wiley, Hoboken, USA, 2010.

[18] Green H.S. si Triffet T., ”Modelling intelligent behavior”, J. Intell.Mater. Syst. and

Struct., 1993.

[19] Banham R., “The Architecture of the Well-Tempered Environment”, 2nd ed., The

Architectural Press Ltd., USA, 1984.

[20] Tessa Blokland “Material World 2”Innovative Materials for Architecture and Design.2004

[21] Ashby M.F., “Materials and Design: The Art and Science of Material Selection”, Elsevier Science, Oxford, UK, 2002

[22] Ultra Materials: How Materials Innovation Is Changing the World/George M. Beylerian, Andrew Dent Thames and Hudson, 2007

Surse imagini:

http://facadesconfidential.blogspot.com/2010_08_01_archive.html

http://www.wired.com/culture/art/news/2007/09/eliasson)

http://dornob.com/aerogel-see-through-strong- as-steel-ligher-than-air/)

www.d-vision.co.il

http://science.nasa.gov/science- news/science-at-nasa/2005/ast15aug 1/

http://blog.everydayscientist.com/?p=1383)

http://www.wellcome.ac.uk/en/wia/gallery.h tml?image=13)

http://partywarehouse.co.nz/zen/index.php? main_page=disco_lights_pw)

http://www.hitachi- pt.com/products/ac/building_system/datacente r/diagnosis_heat.html)

http://archide.wordpress.com/2008/11/12/reichstag- german-parliament-by-foster-and-partners-berlin- germany/)

http://www.hyposurface.org/)

http://www.la2day.com/health_beauty)

F. Bibliografie:

[1] Addington D.M. si Schodek D.L., “Smart Materials and New Technologies for architecture and design professions”, Architectural Press, UK, 2005.

[2] Jeremy Ramsden, “Applied Nanotechnology (Micro and Nano Technologies)”, William Andrew Publishing, UK, 2010.

[3] Mori T., “Immaterial/Ultramaterial: Architecture, Designed Materials”, George

Braziller, New York, USA, 2010.

[4] Smith G.B. si Granqvist CG. S., “Green Nanotechnology: Energy for Tomorrow's

World”, CRC Press, USA, 2010.

[5] Bujoreanu L.Gh., “Materiale Inteligente”, edit. Junimea, Iasi, 2002.

[6] Edwin van Onna (Ed.) “Material World Innovative structures and finishes for interior”Basel-Boston-Berlin 2008.

[7] Braddock S.E. si Mahoney M.O.,“Technotextiles”, Thames and Hudson, New York, USA, 1998.

[8] Michael Fox, “Interactive Architecture”, Miles Kemp, Princeton Architectural Press, New Jersey, USA, 2009.

[9] Gandhi M.V. si Thompson B.S., “Smart materials and structures”, Chapman and Hall, London, 1992.

[10] Gersil K.N., “Fiber Optics in Architectural Lighting”, McGraw-Hill, USA, 1999.

[11] Stephen R. Turns, “Thermodynamics: concepts and applications”, Cambridge

University Press, UK, 2006.

[12] Lupton E., “Skin: Surface, Substance and Design”, Princeton Archiectural Press, UK, 2002.

[13] Schmitt G. et al., “Future Cities”, eCAADe 2010 Conference, ed. Vdf

Hochschulverlag AG, Zurich, Elvetia, 2010.

[14] Plummer H., “The Architecture of Natural Light”, London: Thames & Hudson, 2009. [15] Mark Goulthorpe and DECOi Architects, “The Possibility of (an) Architecture:

Collected Essays”, Routledge , UK, 2008.

[16] Newham R.E. si Rushau G.R. , ”Electromechanical properties of smart materials”, J. Intell. Mater. Syst. and Struct., 1993.

[17] Weinstock M., “The Architecture of Emergence: The Evolution of Form in Nature and Civilisation”, Wiley, Hoboken, USA, 2010.

[18] Green H.S. si Triffet T., ”Modelling intelligent behavior”, J. Intell.Mater. Syst. and

Struct., 1993.

[19] Banham R., “The Architecture of the Well-Tempered Environment”, 2nd ed., The

Architectural Press Ltd., USA, 1984.

[20] Tessa Blokland “Material World 2”Innovative Materials for Architecture and Design.2004

[21] Ashby M.F., “Materials and Design: The Art and Science of Material Selection”, Elsevier Science, Oxford, UK, 2002

[22] Ultra Materials: How Materials Innovation Is Changing the World/George M. Beylerian, Andrew Dent Thames and Hudson, 2007

Surse imagini:

http://facadesconfidential.blogspot.com/2010_08_01_archive.html

http://www.wired.com/culture/art/news/2007/09/eliasson)

http://dornob.com/aerogel-see-through-strong- as-steel-ligher-than-air/)

www.d-vision.co.il

http://science.nasa.gov/science- news/science-at-nasa/2005/ast15aug 1/

http://blog.everydayscientist.com/?p=1383)

http://www.wellcome.ac.uk/en/wia/gallery.h tml?image=13)

http://partywarehouse.co.nz/zen/index.php? main_page=disco_lights_pw)

http://www.hitachi- pt.com/products/ac/building_system/datacente r/diagnosis_heat.html)

http://archide.wordpress.com/2008/11/12/reichstag- german-parliament-by-foster-and-partners-berlin- germany/)

http://www.hyposurface.org/)

http://www.la2day.com/health_beauty)