Kineettiset muistiseokset: moottoriton julkisivun itsenäisyys
Liikkuvat julkisivut ovat pitkään kiehtoneet arkkitehtejä, jotka etsivät reagoivia rakennusvaippoja. Suurin osa mekaanisista liikkuvista vaipoista, moottoroiduista kaihtimista irisaukkoihin, kärsii kuitenkin rajusta huoltotaakasta: servomoottorit jumittuvat, sähköiset ohjauskaapelit rapautuvat rannikon suolailmassa ja anturien mikrokontrollerit vaativat jatkuvaa virtaa ja ohjelmistohuoltoa. Muistiseokset (SMA) poistavat vikaherkän sähkömekaanisen ketjun upottamalla toiminnan suoraan metallin kiteiseen rakenteeseen.
Kiinteän olomuodon martensiittinen faasimuutos
Arkkitehtonisten muistiseosten perustava metallienvälinen yhdiste on Nitinol (lähes ekviatomaarinen nikkelin ja titaanin seos, Ni-Ti). Matalammissa lämpötiloissa Nitinol on myötyvässä, matalasymmetrisessä monokliinisessä kidehilassa, joka tunnetaan nimellä martensiitti-faasi. Tässä tilassa seosta voidaan muokata mekaanisella jännityksellä ilman pysyvää plastista myötöä.
Kun auringonvalo osuu julkisivuun ja lämmittää metallin yli räätälöidyn muutoskynnyksen (tyypillisesti 24–38°C arkkitehtonisissa ilmastoissa), atomit asettuvat jäykäksi, erittäin järjestäytyneeksi kuutiorakenteeksi, jota kutsutaan austeniitti-faasiksi. Tämä hetkellinen atomijärjestyksen muutos synnyttää valtavia palautusjännityksiä, jopa 600 MPa, ja nostaa raskaita lasilaattoja, taivuttaa varjostuslehtiä tai avaa tuuletuskanavia ilman yhtäkään moottoria tai sähkövattia.
Termobimetalliset levylaminaatit
Metallienvälisen Nitinolin rinnalla arkkitehdit käyttävät termobimetalleja: laminoituja levyjä, joissa yhdistyvät kaksi metallia, joilla on huomattavasti erilaiset lämpölaajenemiskertoimet (kuten austeniittinen ruostumaton teräs, joka on kylmähitsattu matalalaajenevaan nikkeli-rauta-seokseen, kuten Invariin). Kun päivittäinen auringonkaari lämmittää rakennusvaippaa, toinen puoli laajenee selvästi nopeammin kuin toinen, mikä taivuttaa levyn ennustettaviin matemaattisiin kaariin.
Käyttöedut servomoottorijärjestelmiin verrattuna
• Nolla loistoteho: Toimii täysin ympäristön termodynaamisten lämpötilaerojen ja auringon säteilyvirran voimin.
• Erinomainen väsymiskestävyys: Nitinol voi suorittaa miljoonia muutossyklejä ilman mekaanista heikkenemistä.
• Vikasietoinen biomimeettinen käyttäytyminen: Kun pilvet peittävät auringon, jäähtyminen käynnistää luonnollisen rentoutumisen ilman algoritmista logiikkaa.
Tapaustutkimukset: Bloom ja mukautuvat rakennusvaipat
Arkkitehti Doris Sungin merkittävä installaatio Bloom osoitti, kuinka 14 000 ainutlaatuista termobimetallikomponenttia voivat muodostaa itseohjautuvan, itsestään varjostavan katoksen, joka kaartuu auki päästämään kuumaa ilmaa ulos pintalämpötilojen noustessa ja sulkeutuu läpäisemättömäksi säänsuojaksi viileinä öinä. Kaupallisessa torniarkkitehtuurissa tutkijat Fraunhofer Institute for Machine Tools and Folding Technology -instituutissa ovat kehittäneet passiivisia SMA-toimisia julkisivun tuuletusläppiä, jotka estävät katastrofaalisen ylikuumenemisen tiheästi lasitetuissa pilvenpiirtäjissä.