Nanoarhitectura Solutia Viitorului

=== Final – Nanoarhitectura – solutia viitorului – revizuit ===

INTRODUCERE

Nanotehnologia, un domeniu în continuă dezvoltare, stă la baza tehnologiilor moderne care facilitează o mare parte dintre activitățile de rutină ale zilelor noastre. În prezent, nanoștiinței îi este acordată o atenție deosebită la nivel internațional, în special în sfera conectivității și a arhitecturii. Modul în care nanotehnologia își face simțită prezența în viețile noastre este subtil, însă are la bază ani întregi de cercetare în domeniul științific și tehnologic.

Datorită nanotehnologiei, oamenii de știință și inginerii din întreaga lume reușesc să găsească noi răspunsuri la întrebări vechi și noi soluții la probleme clasice. Această tehnologie ne îndeamnă să manipulăm problemele existente astăzi, atom cu atom, revoluționând modul în care trăim. Nanotehnologiei îi sunt găsite utilități în toate domeniile, începând de la cel industrial, până la medicină, cosmetică sau astronautică, ceea ce oferă noilor generații de ingineri, arhitecți, cercetători sau amatori noi perspective de dezvoltare, mult mai creative, dar și mult mai eficiente.

În arhitectură, nanotehnologia oferă o gamă largă de aplicații, în special în proiectarea de materiale cu proprietăți inovative, însă are și rolul de a oferi arhitectului o nouă viziune asupra procesului de proiectare. Elemente precum nanosenzorii pot facilita cercetarea mediului înconjurător, iar nanoroboții au capacitatea de a înlocui munca realizată manual, economisind timp și reducând costurile de producție. Lupta împotriva poluării și a efectului de seră sunt numai două exemple de situații foarte importante în care nanotehnologia își poate aduce contribuția în zilele noastre.

La fel ca alte domenii importante din contextul actual, arhitectura evoluează în ritm accelerat. Acest fenomen are loc nu doar datorită viziunilor diferite ale inginerilor, arhitecților și designerilor, dar și datorită pogresului tehnologic continuu. Astăzi, o clădire poate fi construită și amplasată în orice parte a lumii, folosind materiale de pretutindeni, iar conceptele urbane sunt promovate folosind standarde superioare, menite să ofere o calitate a vieții mai bună.

Globalizarea a creat o competiție internațională intensă, creând contextul ideal pentru propunerea si dezvoltarea de noi idei, tehnologii și concepte, în scopul de stimula dezvoltarea fiecărui stat în parte. Până în prezent, aceste schimbări ne-au influențat capacitatea de a ne imagina și de a ilustra forme noi. Statisticile despre care voi discuta în această lucrare arată că în viitorul apropiat, întregul mediu artificial va putea fi restructurat, iar grație noilor tehnologii, viziunea noastră asupra arhitecturii poate prinde un nou contur în orice moment.

Motivația principală a acestei lucrări se rezumă la importanța majoră pe care o au inovațiile din domeniul tehnologic în evoluția și dezvoltarea laterală a arhitecturii. Explorarea noilor tipuri arhitecturale reprezintă o direcție de interes pentru mine, motiv pentru care am ales să studiez efectul folosirii nanotehnologiei în arhitectură. Motivația secundară din spatele acestei alegeri este impactul pe care industria construcțiilor îl are asupra mediului încpnjurător. Contribuția pe care oamenii de știință o au în acest sens este uriașă, capabilă de a diminua efectele nocive ale construcțiilor. Totodată, arhitecții și inginerii care au capacitatea de a integra noile tehnologii și materiale în proiectele lor, își aduc contribuția prin promovarea construcțiilor eficiente, durabile, ecologice și sustenabile.

Obiectivul acestei lucrări este acela de a demonstra că arhitectura este favorizată de inovațiile din domeniul nanoștiinței. Principala ipoteză care va fi confirmată sau contrazisă este aceea că nanotehnologia stă la baza unui tip de arhitectură sustenabil. O altă ipoteză pe care îmi propun să o confirm prin intermediul acestei lucrări este aceea că arhitectura inspirată din natură și creată cu ajutorul materialelor „inteligente” poate revoluționa modul în care construim și trăim.

Cele patru capitole ale lucrării sunt structurate în așa fel încât să ofere o perspectivă introductivă în domeniul arhitecturii, iar apoi să evidențieze cele mai importante aspecte ale nanoarhitecturii.

Așadar, în primul capitol am descris contextul actual al încălzirii globale și efectele construcțiilor asupra mediului înconjurător, dar și metodele prin care acest fenomen poate fi combătut. Cel de-al doilea capitol subliniază cele mai importante aspecte ale nanotehnologiei, care stau la baza conceptului de nanoarhitectură. În cel de-al treilea capitol, am prezentat nanoarhitectura ca o soluție pentru viitor, aducând argumente concrete și făcând referire la nanomateriale, medii inteligente și energie sustenabilă. Capitolul patru reprezintă partea de cercetare a acestei lucrări, în care discut cinci studii de caz ale arhitectului John M. Johansen cu scopul de a observa impactul nanotehnologiei în arhitectură și de a confirma sau infirma ipotezele enunțate în paragrafele anterioare. Ultima parte a lucrării însumează concluziile la care am ajuns în urma cercetării și prezintă rezultatele acesteia.

1. ARHITECTURA ȘI ÎNCĂLZIREA GLOBALĂ

Ce este încălzirea globală

Încălzirea globală este un subiect dezbătut de către oameni de știință, biologi, ingineri, arhitecți și oameni politici, deopotrivă. Acest fenomen inevitabil a intrat în atenția comunităților importante de cercetători din cauza efectelor nocive pe care le are asupra întregii planete. Încălzirea globală nu este un subiect nou apărut pe scena marilor dezbateri, ci unul cu istorie. În 1769, Benjamin Franklin scria observații legate de schimbările meteorologice evidente și făcea supoziții cu privire la creșterea temperaturii globale. În 1801, William Herschel își dezvăluia observațiile și cercetările cu privire la natura soarelui cu scopul de a determina simptomele și cauzele emisiei variabile de lumină și căldură. În 1863, John Tyndall scria pentru The Philosophical Magazine o lucrare despre radiațiile care pătrund atmosfera Pământului. Acestea sunt doar trei exemple care demonstrează interesul timpuriu față de modificările climatice considerate anormale și față de încălzirea globală în general.

În zilele noastre, încălzirea globală este definită ca fiind creșterea temperaturilor din atmosfera planetei, precum și a temperaturii oceanice, ca rezultat al poluării și, implicit, al efectului de seră. Specialiștii NASA definesc acest fenomen ca fiind creșterea neobișnuit de rapidă a temperaturii pe suprafața Pământului și se referă în special la ultimul secol.

Fig. 1 – Modificarea temperaturii globale în comparație cu secolul trecut

Ultimii ani au fost marcați de o schimbare a configurației climatice și a precipitațiilor din întreaga lume. Așa cum am arătat la începutul acestui subcapitol, modificările climatice nu sunt întâlnite pentru prima oară în istorie. Pământul s-a încălzit și s-a răcit de-a lungul istoriei sale lungi din cauza unei varietăți de cauze naturale, cum ar fi schimbari subtile în orbita sa, schimbări în atmosfera și suprafața sa și variația energiei soarelui. Încălzirea accelerată recentă se datorează în special poluării din mediul industrial, dar și a activităților din mediul urban.

Conform cercetătorilor din cadrul NASA, încălzirea globală este într-o creștere neobișnuit de rapidă față de secolul trecut, în primul rând datorită efectului de seră cauzat de eliberarea de combustibilii fosili.

Exceptând consumul și prelucrarea combustibililor, există o mulțime de alți factori care influențează temperatura globală. Dezvoltarea arhitecturii, dorința de a construi clădiri cât mai mari într-un timp cât mai scurt, folosirea materialelor dăunătoare mediului în domeniul construcțiilor și neglijarea resurselor naturale sunt doar câțiva dintre factorii care contribuie la creșterea temperaturilor la nivel global. Consecințele comportamentului maselor sunt îngrijorătoare.

Conform ultimelor măsurători realizate de către experții NASA, nivelul dioxidului de carbon a ajuns la 404.93 ppm în luna octombrie a anului 2016. Temperatura globală a urcat cu 0.85 de grade, iar oceanul planetar a crescut cu 20 de cm, in comparație cu anul 1880, motiv pentru care atenția se îndreaptă astăzi înspre soluții de combatere sau încetinire a procesului de încălzire globală.

Impactul construcțiilor asupra mediului

Istoria Pământului arată că, înainte de revoluția industrială, climatul planetei suferea modificări considerate naturale. După revoluția industrială, cea mai mare parte a încălzirii globale s-a datorat arderii combustibililor fosili, a defrișării pădurilor și a construcțiilor.

Cauzele artificiale sunt principalii factori ce contribuie la încălzirea globală, acestea reprezentând rezultatul activității umane. Potrivit unor studii și cercetări făcute de către oamenii de știință, creșterea concentrației de gaze cu efect de seră cauzate de oameni de la începuturile revoluției industriale din 1750, a avut cel mai mare impact asupra evenimentelor recente de încălzire în comparație cu cauze naturale.

Construcțiile din mediul urban, fie ele rezidențiale sau comerciale, reprezintă 15,3% sursa totală de emisii de gaze cu efect de seră la nivel mondial. Dintre acestea, 9.9% provin din clădirile comerciale și 5,4% din cele rezidențiale. Emisiile din sectorul construcțiilor favorizează consumul de energie în diverse scopuri, așa cum este consumul de energie electrică publică, arderea directă a combustibilului sau încălzirea locuințelor. Acestea variază foarte mult în funcție de teritoriu, depinzând în mare măsură de gradul de electrificare, nivelul de urbanizare, cantitatea de suprafața clădirii pe cap de locuitor, climatul dominant, precum și de politicile naționale și locale. Astfel, dezvoltarea are un efect important asupra emisiilor din sectorul construcțiilor, ceea ce implică faptul că eficiența clădirlor devine mai importantă pe măsură ce țările devin mai prospere.

În acest context, factorul etic este foarte important de luat în considerare, în special atunci când vine vorba despre domeniul arhitectural. Expresia arhitecturală este reflectată în numeroase stiluri, însă pentru realizarea acestora, sunt necesare cantități uriașe de materiale artificiale, precum și o cantitate enormă de energie. În lucrarea Funcția Etică a Arhitecturii, Karsten Harries explica în 1997 cum etica poate fi integrată în modul în care construim clădirile zilelor noastre. Funcționalitatea, dar și „retorica” din construcțiile moderne sunt aduse în discuție de către numeroți autori de specialitate, ceea ce arată că interesul pentru deteriorarea planetei este considerabil, însă nu este suficient de extins. Unii autori susțin că percepția asupra unei construcții poate fi corectă numai atunci când constructorul face parte din comunitatea în care va fi amplasată, observând valorile și nevoile acesteia. Cu toate acestea, arhitectul poate înțelege aceste nevoi prin cercetare și aprofundare a culturii și a nevoilor de bază a comunității. Cu toate că această dimensiune simbolică a arhitecturii pare mai mult filosofică, decât practică, este cea care face diferența între arhitectura sustenabilă și cea dăunătoarea societății și mediului înconjurător.

Spre exemplu, la finalul secolului al XIX-lea, semineele reprezentau elemente importante de design și erau esențiale pentru buna funcționare a locuințelor. Cu toate acestea, în ciuda esteticii favorabile, șemineele folosite de către un număr atât de mare de persoane, nu reprezenbtau o metodă sustenabilă. Astăzi, arhitecții și designerii propun soluții inovatoare care au un aspect cel puțin la fel de plăcut și care asigură economisirea de energie și reducerea emisiilor de dioxid de carbon. Panourile solare, axurile de răcire, pereții realizați din pământ bătătorit sunt numai câteva dintre soluțiile oferite pentru asigurarea unui confort termic în zilele noastre.

Arhitectura modernă și construcția unor clădiri sustenabile, sănătoase și prietenoase cu mediul sunt concepte care au mult mai multe puncte comune în prezent, decât aveau în trecut. Dacă în urmă cu o jumătate de secol, materialele de construcții erau folosite în mod iresponsabil, astăzi, aceste activități sunt monitorizate în permanență, în special în zonele dezvoltate ale globului, cu scopul de a scădea riscul de încălzire globală cu care ne confruntăm.

Metodele folosite pentru ca acest obiectiv să devină realizabil vor fi discutate pe larg în capitolele doi și trei ale acestei lucrări. Abordarea proactivă a arhitecturii este esențială în zilele noastre, nu doar pentru a ne asigura condiții prielnice de trai, dar și pentru a contribui la sustenabilitatea planetei. În 1991, la Sofia, în cadrul întâlnirii Bianuale a Arhitecților, se afirma că planeta noastră se deteriorează și există o nevoie globală de a salva baza ecologică de care viața pe Pământ depinde. De asemenea, se transmitea că trebuie să obținem o modalitate de a face ca mediul construcțiilor organice și a celor artificiale să coexiste, pentru a asigura o calitate ridicată a vieții pentru generațiile din prezent și din viitor.

Noi tehnologii, materiale și metode în combaterea încălzirii globale

Privind cu un ochi critic arhitectura zilelor noastre, putem observa modificări în viziunea arhitecților și a inginerilor, însă nu observăm progrese semnificative în ceea ce privește combaterea încălzirii globale. Fiecare clădire dispune de sisteme puternice de încălzire, răcire, evacuare sau generatoare care consumă cantități uriașe de energie. Așadar, cu toate că o revoluție subtilă a arhitecturii a început deja, scopul acesteia nu va fi îndeplinit în lipsa unei reforme radicale, care să implice un design bioclimatic. De asemenea, pentru îndeplinirea acestui obiectiv pe termen lung, există o nevoie de întoarcere la natură și la conceptele de bază ale construcțiilor. Conform autorului Jeffery Cook, o arhitectură neutră nu este suficientă pentru a vindeca rănile mediului înconjurător, ci numai o arhitectură reformată, benignă, poate aduce rezultatele dorite. Acest lucru presupune redescoperirea originilor și orientarea înspre un design eco.

Autori precum Jorgen Norgard și Bente Christensen susțin că marea majoritate a populației curente a globului trăiește în condiții nesustenabile. Tehnologia oferă numeroase opțiuni pentru combaterea acestui fenomen, însă acest lucru nu este de ajuns, fiind necesară îndreptarea către un stil de construcție în totalitate ecologic.

Viitorul unei arhitecturi sustenabile depinde de materialele și tehnologiile folosite și promovate de către arhitecții și inginerii din întreaga lume. Materiale precum bio-plasticuri, materiale organice și reciclate, materiale de construcții foarte ușoare, materiale generatoare de energie și cu multiple funcții sunt cele înspre care trebuie să ne îndreptăm atenția. De asemenea, este foarte important de materialele folosite pentru obținerea unei eficiențe energetice sa provină din surse organice. Spre exemplu, izolațiile inovative, inspirate din natură sau chiar extrase din resurse naturale, sunt preferate materialelor artificiale care necesită un proces intens de prelucrare și prin urmare, contribuie la degradarea mediului înconjurător. În cel de-al treilea capitol voi discuta pe larg despre nanomaterialele care pot fi folosite în zilele noastre la construcția de clădiri sustenabile, indiferent de scopul lor.

Optimizarea construcțiilor este crucială pentru o evoluție concretă în arhitectura modernă. Controlul resurselor, monitorizarea consumului de energie și crearea de spații verzi, ecologice. Noile tehnologii au capacitatea de a oferi toate aceste avantaje și chiar mai mult decât atât. Controlarea poluării fonice și a pierderilor de resurse importante sunt avantaje care pot fi obținute cu ajutorul nanotehnologiei, a sistemelor inteligente de monitorizare, a sistemelor mult mai eficient de răcire și încălzire, a panourilor solare, turbinelor de vânt și a sistemelor construite pentru a adapta o mulțime de factori la stilul de viață al locuitorilor planetei.

În continuare, voi analiza conceptul de nanotehnologie, evidențiind avantajele acestuia și modul în care poate fi integrat în arhitectura contemporană, în toate colțurile lumii.

CAPITOLUL 2 – NANOTEHNOLOGIA

Nanotehnologia stă la baza dezvoltării științifice de astăzi, promițând rezultate mai bune cu efort redus. Aceasta prezintă modalități de creare a unor dispozitive mai mici, mai ieftine, mai rapide și mai ușoare, care dețin numeroase funcții, folosind mai puține materii prime și consumând mai puțină energie.

2.1 Scurt istoric

Nanotehnologia și nanoștiința au fost introduse publicului larg de către Richard Phillips Feynman în anul 1959. Cele două sunt rezultatul studiului obiectelor cu dimensiuni extrem de mici, care pot fi folosite în diverse alte științe, așa cum sunt chimia, biologia, fizica, știința materialelor sau ingineria. Specialiștii susțin că nanotehnologia este prezentă în mijlocul nostru de miliarde de ani, iar colorizii metalici sunt cele mai bune exemple ale folosirii nanotehnologiei din timpul medieval și Evul Mediu. Un bun exemplu sunt vitraliile, prezente și în ziua de astăzi în majoritatea bisericior și catedralelor. Acestea sunt realizate dintr-un amestec de sticlă și nanoparticule alternative de aur și argint din a cărui compoziție rezultă diferite culori – portocaliu, violet, roșu sau verde.

Mai mult, în anul 1981, cercetătorii Gerd Binning și Heinrich Rohrer din cadrul Laboratorului de Cercetare din Zurich au inventat microscopul electronic cu funcția de scanare și tunelare, pentru care au câștigat și premiul Nobel pentru Fizică în 1986. Un astfel de dispozitiv a oferit oamenilor de știință abilitatea de a vedea și de a manipula atomii pentru prima oară în istorie. În anul 1985 au fost descoperite și moleculele de carbon C60, cunoscute drept „buckminsterfullerenes” sau „buckyballs”, molecule în formă sferică, cu o dimensiune de 0,7 mm. Conceptul de nanotehnologie a fost conturat cu mult înainte, atunci când Nario Taniguchi a descris procesele de prelucrare cu o toleranță mai mică de un micron.

În domeniul construcțiilor și al arhitecturii, nanotehnologia poate adăuga valoare și funcționalitate suplimentară. Un bun proiect se bazează pe satisfacerea cererii pieței, iar beneficiile nanotehnologiei pot contribui la crearea unei oferte calitative.

Evoluția și dezvoltarea nanomaterialelor și a nanoproduselor rezultate vor conduce la stabilizarea cererii pieței. În timp ce noile materiale, mult mai sustenabile și eficiente, vor atrage din ce în ce mai mulți ingineri, arhitecți și persoane de rând, conștiente de importanța integrării acestor tehnologii în construcțiile viitoare, materialele populare din prezent vor dispărea. Astfel, observăm că utilizarea nanotehnologiei nu este un scop în sine, ci urmărește continuitatea cererii de inovare, ca urmare a cooperării între entitățile științifice globale ale fiecarei țări a lumii. Mai mult decât atât, conservarea energiei reprezintă o prioritate pentru toate industriile, iar nanotehnologia este unul dintre mijloacele prin care obiectivele pe termen mediu și lung pot fi îndeplinite.

Independent de orice factor, nanotehnologia poate aduce o contribuție concretă în următoarele domenii:

Optimizarea produselor existente

Protecția daunelor

Reducerea greutății și/sau volumul

Reducerea numărului de etape de producție

Utilizare mai eficientă a materialelor

Reducerea nevoii de întreținere (Easy to Clean) și/sau întreținerea operațională

Ca rezultat direct:

Reducerea consumului de materii prime și de energie inclusiv reducerea emisiilor de CO2

Conservarea resurselor

2.2 – Ce este și cum funcționează nanotehnologia?

În sens larg, nanotehnologia reprezintă orice tehnologie al cărei rezultat finit e de ordin nanometric: particule fine, sinteză chimică, microlitografie avansată etc. Într-un context mai restrâns, nanotehnologia reprezintă orice tehnologie ce se bazează pe abilitatea de a construi structuri complexe respectând specificații la nivel atomic folosindu-se de sinteza mecanică.

Structurile nanometrice nu numai că sunt foarte mici, ajungându-se chiar până la scara atomică, dar ele posedă unele proprietăți total deosebite și neașteptate, în comparație cu aceeași substanță luată la nivel macroscopic. Datorită raportului mare suprafață/masă, materialele de dimensiuni nano au proprietăți energetice speciale, proprietăți care pot fi utilizate pentru o multitudine de efecte imposibil de atins cu produse convenționale.

Cuvântul, "nanotehnologie" sugerează inginerii neverosimile, greu de înțeles, atunci când apare în discuțiile comune. Nanotehnologia poate fi definită ca fiind știința de a realiza obiecte lucrând la scara atomilor. Materia primă e alcătuită din atomi care, prin anumite metode, sunt "obligați" să formeze grupuri ce dau calități speciale materialelor. Apoi, realizând structuri mecanice din moleculele create se pot obține nanoroboți, capabili să execute anumite sarcini, conform unui program.

Nanomaterialele au dimensiuni cuprinse între 0,1 și 100 de nanometri. Este o dimensiune greu de imaginat, pentru că perceperea unui nanomaterial este imposibil de văzut cu ochiul liber.. Dacă am mări nanometrul până l-am face cât un vârf de ac, atunci un metru ar deveni o mie de kilometrii. Deocamdată nu există o metodă unică de lucru privind lucrul cu atomii, fiecare savant inventându-și propria lui nanotehnologie. În prezent, savanții estimează că în fiecare zi se inventează cel puțin o nouă nanotehnologie.

Spre exemplu, unele metode presupun schimbarea calității unor materiale folosind nanotuburi. Nanotuburile sunt construite din sfere create din 60 de atomi de carbon, numite buckminsterfullerene sau, mai simplu, buckyballs. Materialele care conțin sferele "bucky" sunt de șase ori mai ușoare și de o sută de ori mai rezistente decât oțelul. Pentru a izola celulele canceroase, cercetătorii de la Universitatea din Michigan au dezvoltat o metodă care folosește pe post de "mijloace de transport" anumite bucăți din moleculele ADN (porțiuni numite dendrimeri).

Pentru a oferi o explicație mai clară, nanotehnologia este domeniul care se ocupă cu cercetarea și dezvoltarea tehnologiilor la nivel atomic, molecular și micromolecular, cu scale care variază între 1 și 100 nm. NNI susține că orice are dimensiunea mai mică de 100 nm face parte din nanotehnologie și distinge patru generații de nanotehnologii:

Nanostructuri pasive (de la începutul timpurilor până în anul 2000)

Nanostructuri dispersate și de contact (Ex: aerosoli)

Produse care încorporează nanostructuri (metale nanostructurate, polimeri, ceramici etc)

Nanostructuri active (2000-2005)

Nanostructuri cu efecte bio-active pentru sănătate (droguri targetate, dispozitive bio)

Nanostructuri active din punct de vedere fizico-chimic (Ex: tranzistori 3D, amplificatori etc.)

Sisteme de nanosisteme (2005-2010)

Rețele 3D, noi ierarhii arhitecturale, robotică, asamblare ghidată

Nanosisteme moleculare (2015-2020)

Dispozitive moleculare, design atomic

Nanotehnologia este reprezentată de design-ul, caracterizarea, producția și aplicarea sistemelor, a structurilor și a dispozitivelor prin controlul formelor și a mărimilor la scară nano. Conform autorilor de specialitate, prin crearea unor structuri la scară nanometrică, controlul caracteristicilor unor materiale devine posibil. Caracteristicile fundamentale ale materialelor care pot fi controlate sunt punctul de topire, proprietățile magnetice sau culoarea, fără a modifica compoziția chimică. Oamenii de știință susțin că obiectivul nanotehnologiei este să direcționeze atomii și moleculele în așa fel încât acestea să formeze structurile și tiparele dorite, cu noi funcționalități.

Menționarea acestor aspecte este importantă pentru înțelegerea bazelor nanoarhirecturii, însă limitele subiectului ales mă împiedică să expun conceptele științifice din această discuție mai detaliat, întrucât forma se extinde de-a lungul mai multor discipline implicate.

În continuare, voi discuta despre nanotehnologie prin prisma mediului înconjurător, întrucât acesta este principala resursă de energie și principalul element afectat de către procesele de construcție defectuoase, cu potențial de poluare și nesustenabile.

2.3 – Nanotehnologia în mediul înconjurător

Mediul înconjurător este principalul afectat de evoluția tehnologică și de modificările din domeniul construcțiilor și al arhitecturii. Efectul de seră este cel mai semnificativ efect al poluării și al construcției nesustenabile. Nanotehnologia are capacitatea de a reduce acest efect și nu numai, însă pentru a face acest lucru, realizarea unui audit al mediului înconjurător, care să arate cum poate fi planeta protejată pe termen lung, este esențială.

Robert Samuels și Deo K Prasad sugerează într-o lucrare de specialitate în anul 1994 că există mai multe motive pentru care protejarea mediului înconjurător și folosirea nanotehnologiei în acest scop reprezintă o prioritate pentru toate statele. Printre acestea se află interesul comercial al fiecărei țări, imaginea, amploarea reglementărilor, folosirea cunoștințelor specifice industriilor pentru a reduce sentimentul de instabilitate din mediul înconjurător și dorința de a ține pasul cu valorile societății în continuă schimbare. Exceptând aceste lucruri, alte interse comune mai sunt și devotamentul față de ecologie, influențele pe care această atitudine o are în mediul corporatist, impactul pe care îl are ideea de protecție a mediului înconjurător asupra valorii acțiunilor unor companii, etc.

Cele mai importante probleme ale mediului înconjurător unde nanotehnologia își poate aduce contribuția sunt următoarele:

Distrugerea stratului de ozon

Poluarea raurilor și a mărilor

Poluarea provenită din trafic

Efectul de seră

Transportul și înlăturarea deșeurilor radioactive

Transportul și înlăturarea deșeurilor toxice

Dispariția și uciderea delfinilor

Vânarea balenelor

Construcția și uzul clădirilor neeficiente din punct de vedere energetic reprezintă una dintre importantele motive de îngrijorare, atât din punct de vedere al epuizării resurselor, cât și din punct de vedere al poluării excesive. Cu toate că efectele acestor fenomene sunt pasive și observabile pe durate lungi de timp, proiectarea de clădiri comerciale și rezidențiale eficiente și sustenabile reprezintă o prioritate pentru arhitecții și inginerii contemporani.

În acest context, nanotehnologia deține secretul transformării producției de energie și al depozitării acesteia prin propunerea de alternative la practicile curente, precum folosirea cataliștilor nanoparticulați pentru combustibili fosili. Această practică poate conduce la reducerea emisiilor sau creșterea eficienței energetice. Un alt exemplu este folosirea nanoparticulelor pentru creșterea capacității de stocare a bateriilor și reîncărcarea mai rapidă și mai eficientă. De asemenea, folosirea nanomaterialelor la construirea clădirilor poate conduce la scăderea materiei prime folosite, dar și la energia necesară construirii.

Încălzirea globală datorată poluării poate fi stagnată prin folosirea materialelor de construcții precum este lutul, a resurselor de energie alternativă, a design-ului sustenabil și a echipamentelor cu un indice de poluare redus.

Oamenii de știință sugerează că în cazul menținerii aceleași culturi a produsului și a ratei curente de consum, umanitatea va avea nevoie de două planete de dimensiunile Pământului pentru a putea face nevoilor acesteia până în 2030. De aceea, este important ca sustenabilitatea să reprezinte o prioritate atât pentru oamenii de știință, cât și pentru arhitecți.

2.3.1 – Sustenabilitate durabilă

Cel mai convingător argument pentru utilizarea nanotehnologiei în arhitectură este o mai mare eficiență energetică. Nanotehnologia ofera un nou mijloc tehnologic în procesul de combatere a schimbărilor climatice. Utilizarea nanotehnologiei în domeniul construcțiilor este strâns legată de durabilitate, acesta fiind scopul declarat al multor națiuni în vederea îmbunătățirii eficienței energetice și reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră., emisiile de CO2 din întreaga lume urmând să fie reduse la jumătate până în 2050, conform protocolului semnat în 2012 la Kyoto. Utilizarea materialelor cu proprietați noi ce au devenit acum posibile prin aplicarea nanotehnologiei, oferă arhitecturii în general o modalitate mult mai bună pentru realizarea de noi construcții cu eficienta energetica și sustenabilitate ridicată.

Folosirea cherestelei este încurajată în noile proiecte arhitecturale, nu numai datorită proprietăților materialului lemnos, ci și datorită contribuției pe care o poate aduce împotriva efectului de seră. În acest sens, în 1993 a avut loc o conferință pentru protecția pădurilor europene la Helsinki.

Utilizarea rațională a energiei se referă la consumul de electricitate, apă caldă, încălzire și la transport. În contextul arhitecturii, responsabilizarea trebuie să înceapă direct din construcțiile rezidențiale, unde este necesar un control detaliat al energiei folosite. De asemenea, regenerarea energiei este o practică ușor de integrat în rutina zilnică. Unele țări ale Uniunii Europene deja înregistrează procente de până la 40% în indicii de regenerare energetică.

Modalitățile prin care nanotehnologia poate aduce îmbunătățiri în domeniul arhitectural sunt numeroase. Tehnologiile nano pot fi prezente în materialele inteligente folosite la construcția propriu-zisă a unei clădiri sau case, în sistemele energetice, în sistemele de recoltare a energiei solare etc. Acestea sunt doar câteva dintre cele mai populare practici din prezent. Construcțiile inteligente sunt deseori înțelese greșit în această fază, din lipsa unei informări corecte, dar și pentru că pătrunderea tehnologiilor menite să eficientizeze arhitectura și construcțiile nu este încă pe deplin realizată.

2.3.2 – Recoltarea energiei din surse regenerabile

Nanotehnologia aduce cu sine progrese semnificative în tehnologii ecologice de extragere a energiei din surse regenerabile cum ar fi Soarele. Jeffrey Sacks, economistul american, a comentat în timpul prelegerii intitulată Bursting at the Seams din anul 2007 că: „trăim într-o lume interconectată, unde toate regiunile sunt afectate de ceea ce se întâmplă în alte colțuri ale lumii".

Energia emisă de lumina soarelui este suficientă pentru a satisface nevoile noastre de zece mii de ori. Astăzi, colectorii eficienți și mai puțin costisitori de energie solară, sunt în curs de dezvoltare cu ajutorul nanotehnologiei; aceștia putând fi utilizati ca unități mici, în construcții rezidențiale. Panourile solare funcționează foarte bine în lumină difuză și, prin urmare, sunt potriviți și în zonele cu mai puțin soare.

Recoltarea energiei solare reprezintă procesul de transformare a energiei ambientale curente în energie electrică. În principiu, aceasta este identică cu puterea solară sau eoliană, însă acționează la o scară mult mai mică. În timp ce generatoarele de putere la scară largă înregistrează megawatts de putere, recoltarea energiei se referă la micro până la mili-watts. Sistemele de recoltare a energiei solare, spre exemplu, sunt folosite în statele foarte bine dezvoltate, care își concentrează atenția pe regenerare și construcții verzi. Dezvoltarea acestora a avut loc ca rezultat al proliferării sistemelor electronice autonome. Un exemplu de un astfel de sistem este compus dintr-un senzor, electronice de procesare, un dispozitiv de comunicare wireless și o sursă de electricitate.

2.3.3 – Riscuri

Cu toate că unele nanoparticule oferă oportunități extraordinare, pot prezenta și riscuri ce trebuie abordate în mod rațional, pentru a putea fi pe deplin evitate. De-a lungul timpului, manipularea energia electrică și termică au fost integrate în practicile din domeniul construcțiilor. Nanoparticulele trec prin acelasi proces de adaptare în prezent, motiv pentru care utilizarea lor nu este încă foarte populară și nu este integrată în multe dintre materialele de construcții. Există, însă, și posibilitatea ca nanoparticulele libere, de dimensiuni variabile, să poată reprezenta o amenințare pentru sănătatea persoanelor care operează cu ajutorul lor, prin inhalare, în special în faza de fabricație.

Cercetările în identificarea particulelor care ar putea reprezenta un pericol pentru sănătate sau mediu sunt încurajate și finanțate de către guvernele numeroaselor țări, iar modul în care aceste riscuri pot fi cuantificate și reduse la minimum, pe parcursul întregului ciclu de viață a nanoparticulelor create. Nu există nici o îndoială că nanotehnologia are un mare potențial de a aduce beneficii societății într-o gamă largă de aplicații, dar este recunoscut faptul că trebuie tratate cu prudență pentru a asigura că aceste progrese se dezvoltă cât mai sigur posibil.

3. NANOARHITECTURA – SOLUȚIA VIITORULUI

3.1 Ce este nanoarhitectura?

Nanoarchitectura reprezintă combinația armonioasă dintre arhitectură și nanotehnologie, iar utilizarea ei variază în funcție de rezultatele dorite, materiale, echipamente, forme și design. Așa cum am menționat în capitolele anteriorare, nanotehnologia are potențialul de a schimba caracteristicile materialelor de construcții, în scopul eficientizării uzului de energie, a economisirii resurselor și a protejării mediului înconjurător.

Numeroase produse ale nanotehnologiei au fost deja generate și sunt disponibile pe piață. Aceste materiale au caracter inteligent și sunt dinamice "în special acoperirea suprafețelor ce au caracteristici funcționale, cum ar fi rezistența crescută la elasticitate, capacitatea de auto-curățare, rezistență la foc și altele. Aditivii pe bază de materiale nano face materiale comune mai ușoare, mai permeabile, și mai rezistente la uzură ".

Unii autori de specialitate denumesc nanoarhitectura o nouă specie a arhitecturii, evidențiind caracterul evoluționist al fiecărui domeniu, inclusiv al arhitecturii. Analogia dintre biologie și construcțiile contemporane și viitoare devine din ce în ce mai evidentă și, prin urmare, este analizată în profunzime de către o mulțime de specialiști. Astfel, noua specie arhitecturală este comparată cu un organism viu pentru că are părți independente, menite să transporte diferite sisteme pe verticală. Căldura, ventilația, aerul condițional și sistemele de securitate sunt doar câteva dintre acestea.

Johansen descrie nanoarhitectura ca având patru atribute importante și anume:

Auto-organizarea (interrelația și interacțiunea cu mediul, adaptarea la condițiile mediului înconjurător)

Auto-reglarea (coordonarea funcțiilor părților independente în scopul unei performanțe avantajoase)

Auto-diagnosticarea defecțiunilor

Auto-vindecarea (reconstruirea materialelor deteriorate)

Aceste patru atribute sunt inspirate din modul de funcționare al organismelor vii. Autorul sugerează că noua specie arhitecturală va fi capabilă să facă toate aceste lucruri și chiar mai mult, pe traiectoria sa evoluționară. Acesta susține că, pe măsură ce clădirile interligente vor avansa în sofisticare, procesele și performanțele acestora vor fi integrate în mod artificial, dar automat în realizarea oricărui proiect arhitectural. Tot în accepțiunea acestuia, ingineria moleculară va crea noi frontiere pentru acest domeniu, întrucât programarea clădirilor, la fel ca aceea a computerelor, vor conduce la un design menit să crească performanța construcției. Mai mult decât atât, își exprimă viziunea futuristă legată de abilitatea clădirilor și a organismelor vii de a deveni mai mult decât o analogie.

Integrarea nanotehnologiei în arhitectură este simplă, întrucât nanoparticulele sunt rezultatul unor fenomene naturale și aduc cu sine proprietăți care au capacitatea de a contribui la atât de dorita sustenabilitate din acest domeniu. Astfel, preluarea designului inspirat din natură, folosirea unor materiale cât mai naturale, extrase sau combinate din elemente la îndemână, din mediul înconjurător și folosirea inovațiilor din nanotehnologie sunt câteva dintre lucrurile asupra cărora trebuie să se îndrepte atenția arhitecților interesați să realizeze proiecte nanoarhitecturale de succes.

3.2 – Nanomateriale

În arhitectură există două abordări de design fundamental diferite care predomină atunci când vine vorba de materiale și suprafețe, subliniate în special de către autoarea Sylvia Leydecker:

„Ceea ce vezi este ceea ce obții” – Această abordare este favorizată de acei arhitecți pentru care autenticitatea materialelor este o prioritate și care folosesc materiale de înaltă calitate, cum ar fi piatra naturală sau lemnul.

Suprafețe artificiale care imită materiale naturale – În cea mai mare parte, materialele de acest tip sunt alese datorită costurilor scăzute. Lemnul, fie sub formă de furnir sau din material plastic sintetic, este mai ieftin decât lemnul masiv, motiv pentru care este preferat în multiple cazuri. Chiar și pereții din beton sunt deseori înlcuiți cu plastic și alte tipuri de materiale. Suprafețele artificiale sunt aduse la perfectiune, aspectul fibrelor putând fi adaptat, iar culoarea ramânand aceeași de-a lungul timpului. În viitor, o a treia opțiune va fi disponibilă:

Nanosuprafețe funcționale – Atunci când vorbim despre nanosuprafțe funcționale, ne referim de cele mai multe ori la suprafețe ultra-subțiri care pot fi diferite de materialele pe care le încadrează și totodată, pot fi transparente și complet invizibile. De asemenea, posibile sunt nanocompozitele cu proprietăți noi: nano-particule sau alte nanomateriale ce sunt integrate în materiale convenționale, astfel încât caracteristicile materialului original sunt îmbunătățite și pot căpăta noi proprietăți funcționale, ajungând chiar să fie multifuncțional. Mai mult decât atât, procesul de îmbătrânire devine o chestiune de timp și poate fi controlată prin setarea dorită, mai devreme sau mai târziu, în funcție de materialul ales. De asemenea, calitățile estetice și funcționale pot fi alese cu ușurință.

Nanomaterialele stau la baza construcțiilor inteligente viitoare și reprezintă o alternativă mult mai „sănătoasă” și sustenabilă pentru locuințele și clădirile comerciale ale planetei, în comparație cu materialele convenționale folosite până în prezent, deseori în mod iresponsabil. Experții sunt de părere că nanoarhitectura va permite crearea unei conexiuni fără precedent între simțurile umane și design.

Nanomaterialele au un rol deosebit de important în sustenabilitatea proiectelor arhitecturale, însă sunt esențiale și pentru controlul economic al acestui domeniu. Acestea au avantajul de a fi mai ușoare și totodată, mai puternice decât materialele tradiționale, iar costurile pe care le implică sunt mult scăzute față de costurile materialelor convenționale.

Nanomaterialele sunt create cu funcționalitate în minte, iar caracteristicile lor se concentrează în jurul economisirii de energie, a productivității și a siguranței. În prezent, nanocompoziții se bucură de atenția inginerilor și a arhitecților, întrucât pot fi combinați cu materiale tradiționale precum sunt metalul, sticla sau plasticul, modificând indicele de performanță al acestora, dar și durabilitatea lor. Straturile de nanotuburi din carbon, care au grosimea unui atom, își găsesc deja utilitatea în sute de aplicații din domeniul arhitectural și vin cu beneficii precum cele menționate mai sus.

Învelișurile fotosintetice care pot transforma orice clădire într-o sursa gratuită de energie, materialele care își pot modifica forma și cularea, materialele ușoare, dar puternice, cele capabile să filtreze lumina, să izoleze fonic și să reziste la condiții climatice extreme reprezintă câteva dintre elementele de bază ale arhitecturii viitorului. Astăzi, nanomaterialele sunt deseori supra-numite „materiale-miracol”, însă în viitorul apropiat, proprietățile lor vor reprezenta nimic mai mult decât tehnologie exploatată în mod eficient și folosită în avantajul mediului înconjurător.

Cu toate că obiectivul principal al nanomaterialelor este reducerea consumului de energie și construcția ecologică a clădirilor, există și un obiectiv secundar. Acesta se rezumă la crearea de oportunități pentru arhitecți și designeri în scopul protecției împotriva hazardelor naturale. Totodată, crearea unui mediu organic, ca răspuns la schimbările la care asistăm, poate reprezenta o prioritate.

3.2.1 – Izolația

În prezent, există un număr foarte mare de arhitecți care recomandă soluții alternative în sfera materialelor izolatoare. Chiar mai mult, numeroase persoane din afara acestei sfere profesionale conștientizează avantajele materialelor organice și a unor tehnologii mai puțin exploatate, folosindu-le astfel la izolarea termică a pereților din propriile case. Experții susțin că vor exista evoluții majore în sectorul de izolațiilor în viitorul apropiat, ca urmare a cererii pieței și a întreprinderilor private, având ca scop realizarea clădirilor mai eficiente din punct de vedere energetic.

Fig.2 – Panouri cu nanogel ce asigură transluciditate și izolare

Sursa : https://www.kalwall.com/portfolio/

În cadrul Conferinței de Construcții Creative din anul 2015 s-a discutat despre posibilitatea utilizării lichidului nano-ceramic pentru crearea unor straturi foarte subțiri, izolante. Cu acest prilej au fost amintite produsele izolatoare care au la bază microsfere celulare ceramice microscopice, produse la temperaturi de peste 1500 de grade Celsius și la o presiune ridicată a gazului. Produse precum ThermoShield, Protector sau TSM Ceramic conțin astfel de sfere microscopice goale pe dinauntru care, în mod surprinzător, au efect de vacuum. Având în compoziție 20% stiren și 80% latex acrilic, aceste produse sunt puternice din punct de vedere mecanic, rezistente la multiple condiții climatice și oferă flexibilitatea necesară.

Autorul G. Elvin sugerează că producerea materialelor izolante reduc cantitatea de energie necesară pentru menținerea unui mediu confortabil. De asemenea, acesta susține că un consum redus de energie, la rândul său, înseamnă reducerea emisiilor de carbon, izolarea fiind, de fapt, modul cel mai rentabil de reducere a emisiilor de carbon disponibile în prezent. Mai mult decât atât, nanotehnologia promite să facă o izolație mai eficientă, mai puțin dependentă de resurse neregenerabile și, cel mai important, mai puțin toxică. Producătorii estimează că materialele izolante derivate din nanotehnologie sunt aproximativ cu 30% mai eficiente decat materialele convenționale.

  Același autor enunță că materiale la scara nanometrică sunt foarte bune izolatoare datorită raportului mare suprafață-volum. Acest lucru oferă posibilitatea de a capta aerul în material într-un strat de grosime minimă (materiale izolante convenționale, cum ar fi fibra de sticlă și polistirenul care pot obține un grad ridicat de izolare prin proprietățile conductoare ale materialului în sine decât prin capacitatea lor de a capta aerul). Nanomaterialele izolante pot fi prinse între panouri rigide, aplicate sub formă de straturi subțiri, sau sub formă de tencuială, așa cum se discuta și în cadrul Conferinței de Construcții Creative (2015).

Dacă până în prezent, vata minerală, polistirenul expandat, polistirenul extrudat sau spuma poliuretană reprezentau cele mai populare opțiuni, nanomaterialele precum aerogelul, sau panourile de izolare sub vid (VIP) vor fi variante preferate în anii care vor urma.

3.2.2 Vopselele

Straturile de vopsea de exterior sau simplele învelișuri protectoare sunt redefinite cu ajutorul nanotehnologiei. Noile tendințe încurajează utilizarea produselor prietenoase cu mediul, cu proprietăți de auto-curățare și auto asamblare. Atât în mediul rezidențial, cât și în mediul industrial, există nevoia utilizării unor tencuieli și învelișuri exterioare lipsite de crom și alte substanțe dăunătoare. De aceea, astfel de produse de bază micro și nanocapsulate captează deja atenția unui număr mare de experți. Acestea au o densitate foarte scăzută și proprietăți optice avantajoase.

Fig. 3 – TiO2 sunt foi de apă de calitate, în loc de bule, ce promovează beneficiul de auto-curățare- (Suprafața acoperită cu TiO2 este în stânga)

Sursa:http://thegreenconcept.com/titanium_dioxide_benefits.html

O gamă largă de alte caracteristici capabile să sporească performanțele poate fi, de asemenea, realizată prin aplicarea altor tipuri de straturi de nanoparticule la metode cum ar fi:

Auto-curățarea

Rezistența la zgârieturi

Protecția împotriva înghețului și a aburului

Proprietăți anti-microbiene

Protecție UV

Rezistență la coroziune

Hidroizolații

Vopselele care rezultă în urma combinațiilor cu produse nano dețin multiple astfel de proprietăți, datorită flexibilității diferitelor nanoparticule. Acestea pot fi definite ca fiind panouri sau suprafețe multifuncționale.

Tendințele curente ne îndeamnă să ne îndreptăm atenția înspre vopsele nano care pot sintetiza materiale cu proprietăți fizic, chimice și mecanice unice. Vopselele bazate pe nano-compoziți, vopselele pe mai multe nivele pe scară nanp, vopselele nanogradate sau cele structurate sunt câteva dintre opțiunile recomandate de specialiști.

NanoCasa aduce nanotehnologia în casele contemporane. Australia nu are nicio inițiativă formală cu privire la nanotehnologie, la nivel național, deși o serie de rețele și programe naționale au fost realizate pentru a reuni cercetari relevante. Există investiții guvernamentale semnificative în cercetarea nanotehnologiei australiene, fonduri provenite de la Consiliul Australian de Cercetare și Știința și Organizația de Cercetare Industrială, precum și fonduri din partea guvernelor de stat. Peste 30 de companii australiene pretind că activează în domeniul nanotehnologiei.

Fig. 4- Imagine 3D a NanoCasei propusa de Universitatea de Tehnologie din Sydney

Sursa:http://www.nanopaprika.eu/group/nanoarchitecture?groupUrl=nanoarchitecture&id=1612324%3AGroup%3A61077&page=3

CSIRO și Universitatea de Tehnologie din Sydney (UTS), au dezvoltat o casă model care arată cum noile materiale, produse și procese care provin din cercetarea si dezvoltarea nanotehnologiei ar putea fi aplicate la mediul nostru de viață.

Inițiativa NanoCasa, aparținând Dr. Carl Masens de la Institutul de Tehnologie nanometrică și vizualizare, implementată de către arhitectul James Muir, s-a dovedit a fi un proiect de succes ce explică ce sunt nanotehnologiile și modul în care acestea funcționează; de exemplu, modul în care ferestrele se curata singure prin cele mai recente tehnologii, cum ar putea rezista gresia acumularii urmelor de săpun, sau cum suprafetele din lemn ar rezista daunelor produse de ultra-violete (UV). În industria construcțiilor, nanotehnologia oferă o paletă întreagă de noi materiale, care ar putea avea potențiale efecte profunde asupra proiectarii clădirii.

NanoCasa folosește o vopsea de răcire radiativă, ca suprafața exterioară, la unele dintre materialele de acoperire. Un acoperiș metalic, acoperit cu această vopsea, va deveni un element de răcire într-o clădire, mai degrabă decât o sursă de căldură nedorită. Alte caracteristici sunt abilitatea de auto-curățare a sticlei, sistemele de iluminat reci și celule solare colorante – celule fotovoltaice pe bază de dioxid de titan, mai degrabă decât de siliciu. De exemplu, sticla poate fi folosită în continuu dacă este optic reglată pentru a bloca caldura și razele UV. Ar fi posibil să se construiască o clădire cu mai multe ferestre, mai mare decât este viabilă în prezent, deoarece căldura poate fi păstrată în exterior și efectele UV pot fi prevenite. Reducerea câștigului de căldură solară prin ferestre reduce nevoia de răcire prin intermediul aerului condiționat, economisind energie electrică.

3.2.3 – Energie Solară

Cea mai importantă sursă de energie regenerabilă este soarele. Acesta este capabil să satisfacă nevoile energetice ale planetei prin conversia radiației solare în energie electrică. Cu toate acestea, provocarea rămâne detectarea unei metode de a realiza acest proces la un preț rezonabil. "Tehnologiile actuale de celule solare pe bază de siliciu au atins eficiențe de conversie modeste la costuri relativ ridicate. Dar tehnologiile de conversie se îmbunătățesc, și este de așteptat ca piața energiei solare să crească de la 15,6 miliarde $ în 2006 la 69.3 miliarde $ în 2016. În timp ce energiile solare reprezinta mai putin de 0.5% din totalul pietei actuale, aceasta creștere rapid spre 30% anual". Astfel, înlocuirea acestei celule solare de siliciu cu un înveliș subțire de siliciu solar îmbunătățit (Thin-Film), produs al nanotehnologiei, poate furniza energia necesară de la soare, menținând astfel un cost redus

Plăci fotovoltaice pentru acoperiș – spre deosebire de panourile solare clasice, acest tip de produs înlocuiește țiglele convenționale, oferind o soluție permanentă pentru regenerarea energiei și utilizarea energiei solare în cea mai mare parte a timpului. Țiglele solare au fost introduse pe piață de Elon Musk cu scopul de a elimina nevoia instalării unor panouri inestetice pe acoperișurile caselor.

Fig. 5 – Țigle solare în comparație cu țigle clasice

Sursa: http://www.150points.com/advice/tesla-bipv-solar-shingles-roof/

Fig. 6 – Exemplu de acoperiț cu țigle solare

Sursa: http://www.150points.com/advice/tesla-bipv-solar-shingles-roof/

Fig. 7 – Țigle solare

Sursa: http://www.150points.com/advice/tesla-bipv-solar-shingles-roof/

Panou solar thin-film – organic thin-film sau celulele solare din plastic sunt materiale compuse din nanoparticule și polimeri, utilizând materiale cu costuri reduse. Ele sunt formate din substraturi polimerice ieftine care pot beneficia de metode de producție "roll-to-roll" utilizate în fabricarea ziarelor.

Fig. 8 – Panouri solare flexibile Thin-Film

Sursă : https://gigaom.com/2011/05/19/the-re-invention-of-intel-backed-solar-company-sulfurcell/

Un alt avantaj acestor celule solare este flexibilitatea lor, ceea ce va permite integrarea lor în mult mai multe construcții decât panourile convenționale de sticlă plate. Aceastea vor deschide noi posibilități arhitecturale trecând peste preocupările estetice pe care unii arhitecți le au împotriva panourilor plane rigide, care pot fi cu greu integrate în fațadele clădirilor. Grație flexibilității și grosimii lor, panourile solare de tip thin-film ar putea fi integrate în ferestre, acoperișuri și fațade, ceea ce face, din aproape întreaga anvelopă a clădirii un colector solar.

3.2.2.2 – Inițiativa NanoCasa – „NanoHouse” – Australia – a doua propunere

Fig. 9- Imagine 3D a celei de-a doua propuneri a NanoCasei – House of Glass (casa de sticlă)

Sursa: http://www.trusheen.com/pdf/molecular_coatings_for_cleaner_brighter_homes.pdf

Fig. 10 – Imagine 3D a celei de-a doua propuneri a nanoCasei – House of Glass (casa de sticlă)

Sursa: http://www.trusheen.com/pdf/molecular_coatings_for_cleaner_brighter_homes.pdf

Chiar dacă este înconjurată cu pereți de dimensiuni mari de sticlă, NanoCasa nu are nevoie de perdele, sticla putând deveni aproape opacă prin simpla apăsare a unui întrerupător a sticlei SPD. O altă opțiune este atașarea unui dispozitiv de detectare a luminii și un controller, în același fel cum luminile stradale se aprind atunci când se înnourează. Tehnologia foloseste particule dispersate într-un lichid sau în picături mici încapsulate într-o peliculă subțire din masă plastică. [16] Particulele se aliniaza, permițând luminii să treacă atunci când o sarcină electrică este aplicată unui strat de material transparent, bun conductor electric. Particulele revin la poziții aleatorii și blocheaza lumină atunci când nu este activată sursa de curent. Sticla SPD poate fi folosită drept perdea pentru a asigura intimitatea rezidenților. Alte tehnologii de sticlă sunt disponibile pentru a umple rolul de izolare al perdelelor.

Fig. 11- Fereastră care integrează tehnologia Suspended Particle Devices

Sursa: http://home.howstuffworks.com/home-improvement/construction/green/smart-window2.htm

Fig. 12- Geam SPD – utilizează mici particule de lumina de absorbție microscopice cunoscute ca dispozitive de particule suspendate (SPD)

Sursa: http://home.howstuffworks.com/home-improvement/construction/green/smart-window2.htm

Astăzi, suntem familiarizați cu utilizarea culorilor închise pentru a capta caldura, dar zidurile întunecate sunt inestetice și, deloc surprinzător, ele apar rareori în scheme sau proiecte rezidnțiale. Există soluții biotehnologice pentru această problemă: vopsele cu nano particule, absorbante de căldură, care sunt deschise la culoare în partea vizibilă a spectrului. Aplicațiie casnice australiene utilizează nanotehnologia în acest sens și se extind dincolo de materiale de construcție, incluzând produsele de protecție solară transparente (Advanced Powder Technologies) și vopsele inteligente (Dulux / Orica).

Unele dintre aceste tipuri de tehnologii, ce sunt avute în vedere pentru a fi incluse în casă conțin: filtre pentru ultraviolete și ferestre reflectorizante pentru controlul caldurii solare: geamuri cu auto-curatere acoperite cu strat TiO2; straturi de protectie pentru mobila oferind protectie UV; sticle, recipiente pentru alimente , cu proprietăți optice reglabile pentru îmbunătățirea atat a duratei de depozitare a recipientelor cat și a conținutului; sisteme de iluminat, cu lumină rece, pentru recoltarea de lumina naturală în timpul zilei ce folosesc o lumina albă LED; sisteme de control al calității apelor care îndepărtează poluanții din apă și care curătă poluanții din apă; vopsele deschise la culoare, vopsele fără strălucire și pigmenți de culoare închisă ce nu rețin căldura.

3.2.4 – Materiale Structurale

În accepțiunea autorului G. Elvin, rezistența materialelor este decisivă pentru construcția unei clădiri, definind structura prin longevitate și rezistență la gravitație, vânt, cutremure și alte sarcini ce acționează pentru a le distruge. Rezistența componentelor non-structurale, cum ar fi ferestrele și ușile, este la fel de importantă pentru securitate și durabilitate. Nanotehnologia promite îmbunătățiri semnificative ale materialelor structurale în două moduri. În primul rând, nano-armarea materialelor existente, cum sunt betonul și oțelul conduc la folosirea nanocompozitelor, materiale produse prin adăugarea de nanoparticule la un material vrac, în scopul de a îmbunătăți proprietățile materialului vrac. În cele din urmă, atunci când costul și know-how-ul tehnic vor permite, vom vedea structuri realizate in totalitate din materiale noi, cum ar fi nanotuburi de carbon.”

Fig. 13 – Beton translucent

Sursă: http://kishaniperera.com/2012/04/

Fig. 14 – Beton translucent

Sursă: http://kishaniperera.com/2012/04/

Materialele noi care includ nanotehnologii în compoziția lor sunt vopselele pudră care oferă o gamă infinită de culori și finisaje, dar și o rezistență extremă la abraziune sau vopselele-compozit care sunt create pentru a satisface nevoile industriale de temperatură, coroziune, abraziune, fricție sau eroziune.

Beton compozit:

Betonul este un material utilizat pe scară largă în industria construcțiilor și utilizarea sa are consecințe grave, ca rezultat al emisiilor de carbon din timpul construcției. Prin urmare, utilizarea nanotehnologiei pentru a spori producția de beton poate fi benefică în reducerea emisiilor de carbon.

Există mai multe tipuri de materiale compozite de beton, care au fost îmbunătățite cu ajutorul nano-particulelor de pe piață. Una dintre cele mai interesante tipuri de beton este cel translucid. Arhitecta Andea Bittis în design-ul său unic pe perete tradițional de beton surprinde siluete frumoase și umbre atunci când lumina este emisă. Acest lucru a fost posibil prin încorporarea unei matrice de fibre de sticlă mici cu blocuri de beton.

Betonul translucid este o altă inovație care merită să fie menționată. Un astfel de proiect a fost expus la World Expo Shanghai în anul 2010. Pavilionul Italian a uimit prin transparență, dar și prin calitatea materialelor potrivite pentru mediul urban. Lucrarea a fost realizată cu beton translucid realizat de Italcementi Group și conține 3774 de panouri transparente întinse pe o suprafață de 1887 de metri pătrați.

Fig. 15 – Pavilionul Italian – Expo Shanghai 2010

Sursa: https://es.i-nova.net/content?articleId=96813

Oțel compozit:

Unul dintre celelalte produse îmbunătățite prin folosirea nanotehnologiei este oțelul compozit. Aceste materiale sunt considerate ca fiind atât materialele de construcție primare cat și parte componentă de armare a betonului. MMFX-Steel este un exemplu de acest tip de materiale care "în conformitate cu producătorul său, este de cinci ori mai rezistent la coroziune și până de trei ori mai puternic decât oțelul conventional. Produsele din oțel MMFX sunt utilizate în clădiri rezidențiale și comerciale, inclusiv poduri, autostrăzi și parări. Rezistența adăugată acestui tip din oțel are ca rezultat o scădere a cantității de oțel convențională necesară pentru a îndeplini aceeași sarcină.

Fig. 38 – Armătura MMFX

Sursă: http://www.mmfx.com/advantages/strength/

Lemn compozit:

Lemnul este compus din nanotuburi sau "nanofibre", cunoscute și sub denumirea de lignoceluloze (țesutul lemnos), elemente care sunt de două ori mai puternice decat oțelul. Recoltarea acestor nanofibre ar putea conduce la o nouă paradigmă în construcția durabilă, iar producția și utilizarea lor ar face parte dintr-un ciclu de reînnoire. Unii dezvoltatori au speculat faptul că funcționalitatea unei constructii pe suprafețe lignocelulozice la o nanoscară ar putea deschide noi oportunități în această direcție. Suprafețe de auto-sterilizare, de auto-reparare internă și dispozitive electronice lignocelulozice sunt doar câteva exemple relevante. Acești senzori nanometrici care nu au un efect activ sau pasiv, au abilitatea de a oferi feedback cu privire la performanța produsului și la condițiile de mediu în timpul serviciului prin monitorizarea structurală, pierderile sau aporturile de căldură, temperaturile, conținutul de umiditate, ciupercilor de degradare și pierderea de aer condiționat.

Nanotubul de carbon

Nanotubul de carbon este produsul conceptual al nanotehnologiei. Conform lui G. Elvin, un nanotub de carbon este o foaie de grafit subțire cat un atom, rulată într-un cilindru fără sudură, cu un diametru de aproximativ un nanometru. Nanotuburile de carbon Multiwalled au fost testate pentru a avea o rezistență la rupere de 63 GPa, în comparație cu oțelul din carbon, ce are rezistență la rupere de aproximativ 1,2 Gpa.

Fig. 16 – Potențialul unei noi metode strcturale folosind nano-tuburi de carbon

Sursă: Andy Naunheimer/George Elvin, nanoStudio.com

Un exemplu de material compus cu ajutorul nano-tuburilor de carbon, numit “microlattice” este format ”dintr-o rețea de tuburi goale interconectate cu o grosime de 1000 de ori mai mică decât cea a părului uman” după cum declară creatorul principal Dr. Tobias Schaedler de la HRL Laboratories.

Fig. 17 – cel mai usor metal din lume compus din 99% aer, creat de HRL Laboratories, California

Sursă: http://valdevit.eng.uci.edu/news.html

Microlattice a fost inspirat din structura oaselor umane, care sunt foarte rigide la exterior pe când interiorul este cât se poate de sec. Acest fapt le face ușor de zdrobit, dar sunt suficient de ușoare pentru a rezista la greutatea noastră. Acest nou metal mimează oasele, cu un exterior rigid, iar structura polimerică de celule deschise 3D are o compoziție de 99,99% constituită din aer.

Fig. 18 – Imagine 3D a turnului de carbon propus de Peter Testa

Sursă:http://edificecomplex.tumblr.com/post/256424773/peter-testa-carbon-fiber-tower

Un alt exemplu este cel al arhitecților Peter Testa și Sheila Kennedy, care au practici foarte diferite, dar ambii încearcă designul inovator prin colaborarea cu producătorii, prin interacțiunea multidisciplinară, precum și prin adaptarea tehnologiilor în curs de formare. Aceștia susțin că, complexitatea clădirilor contemporane este o realizare enormă, dar trebuie să pună sub semnul întrebării modul în care am ajuns până la punctul de a construi cu o astfel de complexitate. Mai mult, cei doi arhitecți sunt de părere că trebuie să regândim modul în care ne asamblăm clădirile. Aceste cuvinte ar putea părea ciudate provenind de la arhitectul Peter Testa, care, împreună cu partenerul său, Devyn Weiser, a proiectat un turn din fibră de carbon din materiale compozite. Potrivit lui Testa, a carui firmă, Peter Testa Arhitects, este situată în Santa Monica, California, dorința de a utiliza instrumente complexe de modelare pe calculator va permite proiectarea de noi clădiri, materiale și produse care ar putea transforma industria de construcții.

Testa și Weiser urmăresc o examinare sistematică a metodelor de construcție. Producătorii sunt cei mai dispuși să-și asume răspunderea; ei încearcă să profite de pe urma investițiilor rezonabile. Momeala pentru mulți producători este mărimea, un avantaj pe care Testa nu l-a pierdut. Proiectul turnului de carbon a fost conceput cu o gândire strategică. Testa afirmă că industria nu este complet fixată, iar în cazul în care se găsesc aplicații pentru materiale provocatoare și care pot fi folosite la o scară destul de mare, este posibil să dea naștere unor noi diviziuni ale industriei.

Fig. 19 – Imagine exterioară si interioară a turnului

Sursă:https://arquitecturacarbono.wordpress.com/2011/03/25/rascacielos-en-materiales-compuestos-futuro-de-la-fibra-de-carbono-peter-testa/

Natura și metodele de lucru ale KVA implică riscuri, dar Sheila Kennedy se consideră a fi unul dintre arhitecții care nu s-ar bucura de munca lui, dacă nu ar afecta producția culturală. "Nu poți face prozelitism, frumusețea implică asumarea de riscuri", recunoaște ea. "Cu toate acestea, deoarece tehnologia și mașinăriile pe care le folosim devin mai frecvente, riscul se va diminua."

3.2.5 – Nanosenzori și medii inteligente

Nanotehnologia va avea cel mai mare impact în sfera nanosenzorilor. Date despre mediul înconjurător, utilizatorii clădirii, precum și performanțele materialelor vor fi colectate de către nanosenzorii implantați în diferite elemente și materiale de construcții. Nanosenzorii vor interacționa cu utilizatorii construcțiilor, pe când alți senzori vor transforma clădirile în spații interactive.

Fig. 20 – Senzor

Sursă: www.topnews.in

Materialele de construcție vor fi printre primele piese transformate în componente inteligente. Acestea vor avea capacitatea de a colecta date privind temperatura, umiditatea, vibrații, stres, degradare, precum și o serie de alți factori. Această colecție de date va fi foarte utilă în monitorizarea și dezvoltarea întreținerii și siguranței clădirilor. Îmbunătățiri impresionante sunt, de asemenea, așteptate în domeniul conservării energiei, în sisteme de control al mediului care vor recunoaște gradul de ocupare al clădirii și vor a regla temperatura spațiilor în mod corespunzător. În mod similar, ferestrele se vor putea auto-ajusta pentru a reflecta sau a lăsa radiația solară să pătrundă în interior. În cele din urmă, rețelele de senzori încorporate vor interacționa ca un întreg, rezultând "medii inteligente", ce se auto-adaptează la nevoile individuale și preferințele fiecărei persoane.

Lucrările privind mediile inteligente sunt deja în curs de realizare. Leeds Nanomanufacturing Institute (NMI), de exemplu, face parte dintr-un program finanțat de Uniunea Europeană cu un buget de 9,5 milioane de euro pentru a dezvolta o casă cu pereți speciali, ce vor colecta date cu privire la tensiuni, vibrații, niveluri de temperatură, umiditate și gaz.

Așadar, observăm că integrarea nanotehnologiei în proiectele și construcțiile contemporane este absolut necesară și că vine să aducă numeroase avantaje, fie ele de natură energetică sau economică. În continuare, voi discuta cinci cazuri de construcții în care nanotehnologia, ecologia și mediul înconjurător sunt elemente prioritare, în scopul evidențierii importanței și beneficiilor adaptării la noile tehnologii.

În ceea ce privește mediile inteligente, acestea pot fi spații interactive, activate cu ajutorul tehnologiei și intensificarea experiențelor celor din interior. Aceste spații fizice pot fi pereți, așa cum este Peretele Aegis Hyposurface sau Peretele de Gheață, „Ice”. Primul exemplu este un proiect al lui Mark Goulthorpe, creat ca sistem de afișaj cu un ecran mișcător, a cărui suprafață se comportă în funcție de interacțiunea cu omul. Cel de-al doilea exemplu este o instalație de 5 x 3.5 metri de sticlă suspendată care are senzori cu infraroșu pentru a detecta prezența unui vizitator de la 500 mm distanță. În momentul detectării, senzorii creează fluctuații.

Fig. 21 – Peretele Aegis Hyposurface

Sursa: https://mcburry.net/aegis-hyposurface/

Fig. 22 – Peretele de Gheață, „Ice”

Sursa: http://www.klein-dytham.com/bloo/

Atât partea teoretică a acestei lucrări, cât și cea de cercetare, arată faptul că nanotehnologia și arhitectura coexistă și evoluează influențându-se reciproc. În timp ce nanotehnologia evoluează sub supravegherea oamenilor de știință, în laboratoare și alte medii artificiale, arhitectura detectează noi direcții și nevoi de dezvoltare a nanotehnologiei. Astfel, ia naștere nanoarhitectura, un concep despre care vom auzi din ce în ce mai mult în anii care urmează.

Casele inteligente, clădirile sustenabile și, în general, construcțiile care favorizează protecția mediului înconjurător, vor reprezenta o prioritate nu doar pentru arhitecți și ingineri, ci și pentru beneficiarii proiectelor. Pe măsură ce avansul tehnologic pătrunde în casele tuturor locuitorilor planetei, nanotehnologia va deveni parte integrantă a construcțiilor.

Astfel, principala ipotză enunțață în introducerea acestei lucrări, conform căreia nanotehnologia stă la baza unui tip de arhitectură sustenabil, a fost confirmată. De asemenea, ipoteza secundară conform căreia arhitectura este inspirată din natură și creată cu ajutorul materialelor „inteligente” și poate revoluționa modul în care construim și trăim, se confirmă prin studiile de caz ale lui John M. Johansen.

4. Studii de caz ale arhitectului John M. Johansen

4.1 Utilizarea nanotehnologiei în arhitectură

Nanotehnologia a existat ca și concept în arhitectură de zeci de ani, însă a început să fie pusă în practică recent, abia în momentul în care nanotehnologia a devenit disponibilă publicului larg. Experimentele și exercițiile de imaginație ale arhitecților au început să prindă contur de îndată ce inspirația a putut fi completată de posibilitățile oferite de tehnologiile contemporane.

Două tipuri de nanotehnologie permit arhitecturii să se redefinească în mod accelerat în acest moment și anume nanotehnologia „umedă” și cea „uscată”. Acestea sunt principalele două categorii în care se încadrează tehnicile folosite astăzi de către cercetătroi. Metodele „uscate” sunt utilizate în designul dispozitivelor, al aparaturilor, manipulând cantități infime de atomi pentru a crea fabrici de dimensiuni moleculare. În schimb, metodele „umede” presupun replicarea potențialului biologic al divizării celulelor și al ADN-ului. Așa cum subliniază autorul Jonathan Hill, nanothenologia permite clădirilor și obiectelor să își dilate sau să își contracte volumul, să își modifice forma sau să evolueze continuu, în funcție de stimuli externi. Un astfel de progres nu este doar benefic epocii noastre, ci și esențial, pentru bună-starea mediului înconjurător, îmbunătățirea calității vieții și eficientizarea resurselor planetei.

Renumitul arhitect american John M. Johansen, care a studiat sub îndrumarea lui Walter Adolph Gropius, un renumit arhitect și pedagog german de la Universitatea Harvard, propune proiecte inovative, ale căror nucleu esre manipularea moleculară și creșterea cu și dincolo de limitele cuvei. În primele faze ale proceselor de creștere moleculară, moleculele mici supraviețuiesc într-o cuvă sigilată ermetic. Există posibilitatea ca moleculele perisabile să se transforme în molecule durabile care vor rezista și vor supraviețui în mediul extern. Această dezvoltare de la molecule simple la molecule complexe, din interior spre exteriorul cuvei, este presupunerea critică și esențială a propunerii autorului. În lucrarea sa, Nanoarchitecture: A New Species of Architecture, John M. Johansen susține că oricine își poate crea propriile materiale inteligente, care să se adapteze după nevoile rezidentului unei case, spre exemplu.

Lucrările lui John M. Johansen reprezintă partea de cercetare a acestei lucrări, pe care am realizat-o prin observație și studiu de caz. Am ales să analizez cinci proiecte ale acestui autor, iar motivația din spatele acestei alegeri este contribuția adusă la mișcărea modernistă arhitecturală. Viziunea futuristă a acestuia nu este doar fascinantă, dar are la bază principii practice, realiste și bazate pe date științifice, cu ajutorul cărora viitorul arhitecturii poate fi redefinit.

4.1.1 Molecular-Engineered House for the year 2200

John M. Johansen susține că noile procese de construcție pot oferi oportunități uimitoare și că moleculele pot fi programate să producă cutii utilitare pe post de adăposturi sau construcții rezidențiale în orice stil. În accepțiunea sa, inginerii și arhitecții nu sunt încă obișnuiți să privească înainte, înspre tehnologiile disponibile pentru că nu sunt plătiți să facă acest lucru. Cu toate acestea, un arhitect are posibilitatea de a depăși șocul tehnologic.

Fig. 23 – Peretele natural al casei moleculare

Sursa: http://www.ona.vg/vision/growthhouse.html

Autorul expune ideea unei case moleculare sub forma unui jurnal creat de proprietarul unei case construite prin inginerie moleculară, redactat în timpul construcției sale, în anul 2200. Jurnalul este realizat de-a lungul a nouă zile, astfel:

Ziua 1: Excavarea începe in locul în care cuvele de asamblare vor fi plasate.

Ziua 2: Cuvele sunt livrate pe terenul de construcție, împreună cu substanțe chimice și materiale vrac sub formă lichidă. Diferitele materiale sunt apoi pompate în cuve.

Ziua 3: Codul dezvoltat de un architect cuprinde designul, ingineria și modelul molecular, este plasat în cuvă. Acest cod reprezintă ceea ce cu mult timp în urmă au fost desenele, specificațiile și strategiile unei echipe de management în domeniul construcțiilor.

Fig. 24 – Planul și o secțiune longitudinală

Ziua 4: Creșterea moleculară, sub forma unui sistem vascular, este inițiată. Acest lucru începe cu rădăcini rezultate din compozit chimic. Ajungând în sus și în afara cuvei la nivelul solului, rădăcinile formează grinzi rudimentare ce se extind pe orizontală la marginea casei, unde se curbeaza în sus pentru a susține suprastructura. Nervuri transversale conectează grinzile și formează platforma de la parter.

Ziua 5: Intersecția suprastructurii începe cu dezvoltarea nervurilor primare verticale, interioare și exterioare. Umplutura minoră de nervuri –„zăbrelele”– începe, de asemenea, să se dezvolte. „Zăbrelele” au densități diferite și sunt programate să îndeplinească cerințele de rezistență, fiind mai puțin dense și mai deschise în construcție, ca de exemplu acolo unde sunt specificate deschiderile ușilor.

Ziua 6: Platformele superioare, susținute de console laterale ce decurg din grinzi structurale majore, sunt accesibile printr-o scară central în spirală. Membranele de protecție exterioară acoperă interiorul, moleculele acestora conectându-se pentru a crea o țesătură neîntreruptă. Aceasta asigură căi de acces ce sunt stimulate de doi activi moleculari în prima fază. Membranele sunt infuzate cu curent electric printr-un selector manual care cauzează desprinderea moleculelor și formarea unor deschideri. În faza următoare, alte molecule acționează pe post de mușchi la marginea deschiderii și se curbează pentru a atrage membrana exterioară în afară. Astfel, devine posibilă intrarea în casa construită.

Fig. 25 – Diagrama evoluției construcției

Sursa: http://www.ona.vg/vision/growthhouse.html

Ziua 7: Spațiul este experimentat pentru prima oară. Acesta este amplu pentru o casă de dimensiuni reduse. Lumina diafană strălucește prin membranele translucide. Cu un semnal, aceste membrane se modifică de la translucid la opac la transparent, oferind o priveliște oriunde, în orice moment dorit. Casa construită este autosustenabilă, funcționând fără a fi dependentă de serviciile publice din exterior. Energia solară stimulează încălzirea, răcirea, reciclarea deșeurilor și purificare a apei. Cuvele și sistemul vascular, vitale pentru creșterea casei noastre, rămân și vor transmite materiale suplimentare, atunci când este necesară repararea sau înlocuirea. În ceea ce privește finisajele interioare, acestea cresc în timp, în jurul proprietarului. „Body suport", cunoscute anterior drept canapele, scaune, mese, și paturi, răsar din podea, din nervurile peretelui și atârnă din bolta arcuită, mobila fiind ca o extensie a structurii în sine. Podeaua, un „covor topografic", este format dintr-un conținut elastic, molecular, spongios, ce răspune confortului, bunului plac sau experienței noastre tactile.

Ziua 8: A doua zi, casa devine mai familiară. Asemenea unui „modulator de lumină", membrana răspunde tuturor schimbărilor condițiilor mediului din imediata vecinătate. Aceasta se manifestă ca și cum ar fi tulbure, opalescentă, diafană și opacă, creând un înveliș de protecție artificial, organic.

Ziua 9: După șase zile de creștere moleculară, proprietarul se poate muta în casă. Aceasta anticipează nevoia de schimbare, extinderea spațiului de locuit, pentru a forma un mic spațiu pentru studiu, recompartimentarea dormitoarelor, reamenajarea și reproiectarea elementelor de „body suport". Casa își extinde picioarele pe roți atunci când este necesară deplasarea pe un nou teren. Aceste modificări de formă demonstrează flexibilitatea ingineriei moleculare. În viitor, dacă găsirea unui cumpărător pentru casa se dovedește a fi dificilă, aceasta poate fi demolată, sau mai corect, casa se va demola singură. Materialele folosite în creșterea construcției vor fi reciclate pentru clădirile viitoare.

Observăm că viziunea autorului este ieșită din comun, extinsă în afara oricărui tipar cunoscut în zilele noastre. Cu toate că nanotehnoogia anticipează progrese extraordinare, vizionarul propune soluții cu totul avansate față de conceptul de clădire cunoscut astăzi. Cu toate că explicațiile legate de construcția casei și de evoluția acesteia sunt vagi, este ușor de observat că nanotehnologia stă la baza acestei structuri.

4.1.2 – Multistory apartment building

Acest proiect este similar cu cel al casei moleculare. Autorul descrie de această dată o construcție pe etaje, în care rădăcina, tulpina, ramura, platforma, zăbrele, membrana și deschiderea se dezvoltă din cuvele amplasate la locul construcției. Johansen sugerează că un astfel de proiect ar fi mult mai complex decât construcția unei simple case moleculare, întrucât ar trebui să includă mai multe faze. De asemenea, ar presupune o structură mai sofisticată și o strategie de codificare moleculară mai complicată. Codurile fiecărui etaj ar trebui să fie corect și strict coordonate.

Fig. 26 – Plan

Sursa: http://www.ona.vg/vision/multistoryapartment.html

Sistemele de control ale luminii, auto-curățarea, reparațiile și demolările se dezvoltă, de asemenea. O structură de această dimensiune presupun mai multe coloane de susținere, motiv pentru care ar fi necesar ca o serie de cuve să fie asamblate și combinate la terenul construcției.

Având în vedere creșterea construcției pe etape, reumplerea materialul vrac sub formă lichidă, în cuve originale ar alimenta și etapele ulterioare.

Proprietarul viitorului și-ar aminti de unitățile de locuire proiectate uniform, în care latitudinea era micsorată și le-ar considera inumane. Sistemele de codificare vor facilita diversificarea mai mare, în special în ceea ce privește design-ul interior. Să presupunem că structurile de bază ale constructiilor vor crește în conformitate cu directivele unui cod central all-inclusive pentru a realiza întreaga structură, unitățile de locuit și toate serviciile de bază comune. Dar, să presupunem apoi că fiecare unitate de locuință este prevăzută cu o cuvă locală separată, iar în cadrul acesteia un cod separat ar putea determina o creștere de design interior personalizat – creștere inauntrul Creșterii. Astfel de coduri specifice ar putea fi achiziționate de la agentul de închiriere local. De asemenea, desenele sau modelele personalizate ar putea fi produse de cître designeri la alegerea locatarului, oferind astfel orice tip de interior, de la stilurile din trecut, la stilul contemporan sau la un stil inexistent în prezent.În acest context, remodelarea partițiilor, a iluminatului, a materialelor de suprafață și a mobilierului din interiorul unității de locuit ar fi simplu de realizat. Cu toate acestea, forma de bază și caracterul exteriorului si interiorului unei case sau al unui apartament ar trebui sa reflecte procesul de creștere.

4.1.3– Tendril Bridge

Fig. 28 – Tendril Bridge

Sursa: http://www.ona.vg/vision/tendrilbridge.html

Un alt proiect imaginat de către Johansen împreuna cu Mohamad Alkayer, un alt susținător al arhitecturii evoluționiste, este Tendril Bridge. Acesta este un pod cu două turnuri console, adecvate pentru procesul de creștere. Tipul de consolă utilizat permite o creștere echilibrată din ambele părți ale turnurilor. Alinierea corectă este asigurată de dispozitive electronice utilizate în prezent pentru aviație în timpul zborului. O caracteristică suplimentară a unui astfel de pod ar fi aceea de „deformare controlată variabil", în care condițiile de încărcare ar fi în continuă schimbare, comune tuturor podurilor. Acestea ar fi monitorizate și prin nanotehnologie moleculară, prin „capacitatea morfo", pentru a permite acomodarea tuturor forțelor în schimbare în întreaga structură. Acest fenomen, cunoscut sub denumirea de „tensegrity" se regăsește în întreaga natură. Spre exemplu, fenomenul se mai regăsește în nucleul unei celule vii care este suspendat de șuvițe.

4.1.4 – The Morphable Museum 2004

Fig. 30 – Vederi interioare ale muzeului

Sursa: http://www.ona.vg/vision/morphablemuseum.html

Muzeul, așa cum îl cunoaștem, este un tip de construcție care necesită o acomodare complexă pentru schimbarea exponatelor, programare pentru depozitare, transport și afișare, precum și schimbarea modelelor de trafic ale vizitatorilor. Din aceste motive, facilitățile anticipate ale metamorfozei, așa cum este schimbarea formei unei clădiri, poate fi servită în moduri nemaiexperimentate.

Un astfel de muzeu este conceput pentru a se dezvolta de la orice număr de centre de creștere din care, prin codare specială, molecule se vor extrage din cuvele chimice în grupuri de coloane structurale. Fiind selectate periodic, pe nivele, platforme precum petalele sau frunzele vor fi programate să crească spre exterior în șase direcții, sau să se retragă ca spații expoziționale în funcție de necesități. Aceste centre de creștere și elementele precum petalele de podea au la bază geometria hexagonală. Acest lucru permite petalelor din orice centru de creștere adiacent să se întalnescă și să se contopească în pardoseli continue sau într-o varietate de spații mici și mari pentru a găzdui expoziții extinse sau închise ca auditoriu și săli multi-media. Muzeul, în diferite stadii de creștere sau de final, s-ar fi închis într-o membrană translucidă continuă.

Lifturile, fiecare funcționând în grupuri de coloane, ar transporta vizitatorii pe verticală. Dinamica modificărilor continue a structurii și a spațiului ar crea o experiență arhitecturală necunoscută în prezent.

Fig. 31 – Vedere de ansamblu

Sursa: http://www.ona.vg/vision/morphablemuseum.html

Fig. 32 – Distributia moleculara catre centrele de crestere

Sursa: http://www.ona.vg/vision/morphablemuseum.html

4.1.5 – The Community Center 2004

Proiectele discutate până în prezent au necesitat repetarea a unuia sau a câtorva coduri, menite să instruiască creșterea unor structuri mai simple. Proiectul Centrului Comunitar încorporează numeroase tipuri de clădiri cu numeroase funcții, în special rezidențiale și ar avea nevoie de mai multe coduri de programare. Coordonarea mai multor coduri diferite este o provocare mai mare pentru orice design realizat cu ajutorul ingineriei moleculare. În proiectarea unor structuri capabile să susțină comunități ale viitorului, putem prevedea doar modul în care oamenii s-ar comporta în condiții socio-economice, culturale și demografice. În lucrarea lui William J. Mitchell, E-topia, este evidențiată necesitatea unor rețele urbane care să ofere vantajul flexibilității, al mobilității și al spațiului. În acest sens, rețelele wireless digitale reprezintă primul pas înspre viitorul rețelelor urbane. Putem, cu toate acestea, să presupunem că, în viitor, nevoile atât fizice cât și psihice, vor fi satisfăcute, prin alimente, adăpost, mijlocuri de transport, asamblare, singurătate, intimitate, sau spațiile de divertisment de la locul de muncă, chiar și prin cautarea iluminării spirituale.

Fig. 33 – Diagrama evoluției construcției

Sursa: http://www.ona.vg/vision/communitycenter.html

Pentru a pune în practică un astfel de proiect, care să permită unui sistem coordonat de creștere să se dezvolte, este recomandată adoptarea unei geometrii hexagonale. Din moment ce natura însăși abundă în geometrii, acest lucru spune despre conceptul de design că, în mod clar, este inspirat din organisme vii și nu din mașinării.

Fig. 34 – Planuri ce isi modifica forma

Sursa: http://www.ona.vg/vision/communitycenter.html

Fig. 35- Rețeaua de distribuție în centrul de creștere

Sursa: http://www.ona.vg/vision/communitycenter.html

Acest proiect, la fel ca și cele anterioare, se dezvoltă prin mai multe centrele de creștere. Fiecare centru, situat pe o structură hexagonală, este poziționat pentru a furniza materiale chimice de bază pentru diverse structuri, precum: turnuri, spații interioare mari, unități de locuit sau de lucru, studiouri de divertisment, camere multi-media și chiar și încăperi religioase. Pentru furnizarea acestor materiale de construcții de bază, în stare lichidă, trebuie să existe un sistem de distribuție. Arhitectul propune trei sau mai multe locații de aprovizionare care alimentează o rețea de alegere alternativă de canale, ca o măsură de siguranță sau de surplus; controlul livrărilor ar implica pompe și valve.

Codurile, care ar instrui moleculele cu privire modul și locul în care se vor dezvolta, vor fi plasate de către persoanele implicate în proiect. Pe alocuri, un singur cod plasat într-o cameră de creștere, ar conduce la producerea unei structuri izolate. Cu toate acestea, pentru a se dezvolta o serie de structuri, codurile vor fi centralizate și separate în componente într-o singură cameră de o creștere. Camerele de creștere mai mici ar putea fi amplasate oriunde în structura mare pentru creșterea oricărui design architectural și individual, putând fi înlocuit cu un alt design, interior sau exterior, într-un moment ulterior etapelor creșterii comunitare.

Decizia de proiectare finală este cea de arhitectură, de expresie. Acest lucru ar putea fi, așa cum spune arhitectul, abstract. Prin abstract, ne referim la organic, acesta fiind un concept similar unui principiu funcțional și structural sau reprezentațional, exprimând estetic procesele și spiritul procesului de creștere. "