Funciona sin necesidad de energía eléctrica ni sistemas mecatrónicos, utilizando únicamente la respuesta inherente de los materiales a estímulos ambientales.
Sistema de sombreado autoajustable inspirado en piñas: una solución sostenible y autónoma frente a las condiciones climáticas
Inspirándose en la estructura de las piñas, investigadores de las universidades de Stuttgart y Friburgo han desarrollado un innovador sistema de fachada autónomo en términos energéticos, capaz de adaptarse pasivamente a las condiciones climáticas. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Nature Communications.
Innovación en el diseño arquitectónico pasivo
La mayoría de los sistemas de respuesta climática en fachadas arquitectónicas dependen de dispositivos técnicos complejos que consumen energía. Este nuevo desarrollo adopta un enfoque radicalmente diferente, aprovechando la capacidad de respuesta inherente de los materiales mediante diseño computacional avanzado y fabricación aditiva. Según el profesor Achim Menges, director del Instituto de Diseño Computacional y Construcción (ICD) de la Universidad de Stuttgart, este sistema logra adaptarse a los cambios climáticos sin requerir energía operativa ni elementos mecatrónicos.
«La estructura del biomaterial es, en sí misma, la máquina«, señala Menges.
El «Solar Gate»: un modelo bioinspirado
El sistema de fachada, denominado «Solar Gate», representa el primer sistema de sombreado adaptativo y autónomo en energía, basado en materiales naturales. Su diseño se inspira en los mecanismos de movimiento de las piñas, que se abren y cierran en respuesta a variaciones de humedad y temperatura, sin necesidad de consumir energía metabólica.
El equipo de investigación replicó la estructura anisotrópica (dependiente de la dirección) de la celulosa presente en los tejidos vegetales utilizando impresoras 3D convencionales. Este enfoque permite que los elementos del Solar Gate reaccionen a los estímulos climáticos de manera eficiente y sostenible.
Materiales higromórficos biobasados y la impresión 4D
La celulosa, un material natural y renovable, posee propiedades higromórficas, es decir, se hincha o contrae según las variaciones de humedad. Estas características, observadas en la apertura y cierre de las piñas o en las brácteas del cardo plateado, fueron aprovechadas para desarrollar fibras de celulosa biobasadas mediante impresión 4D.
Mediante este método, los materiales fabricados pueden cambiar de forma autónomamente en respuesta a estímulos externos. En condiciones de alta humedad, las fibras celulósicas absorben agua, lo que hace que los elementos impresos se curven y se abran. En condiciones de baja humedad, el material libera agua, contrayéndose y cerrándose.
El profesor Thomas Speck, líder del Grupo de Biomecánica Vegetal de Friburgo, destaca que el Solar Gate no solo reproduce la funcionalidad y robustez de sus modelos biológicos, sino también la estética de los movimientos vegetales.
Integración arquitectónica y beneficios ambientales
El sistema de sombreado adaptativo ha sido sometido a pruebas bajo condiciones meteorológicas reales durante más de un año. Posteriormente, fue instalado en el tragaluz orientado al sur de la Biomimetic Shell, un edificio demostrador de la Universidad de Friburgo.
Durante el invierno, los elementos impresos en 4D se abren para permitir la entrada de luz solar y favorecer el calentamiento natural. En verano, se cierran para minimizar la radiación solar, regulando el clima interior del edificio de manera eficiente y sin consumir energía eléctrica.
Impacto en la sostenibilidad
El Solar Gate representa una alternativa sostenible y autónoma a los sistemas de sombreado convencionales. Dado que los edificios contribuyen significativamente a las emisiones globales de carbono debido al alto consumo de energía necesario para calefacción, refrigeración y ventilación, la reducción de esta demanda energética es crucial.
Además, este sistema subraya el potencial de tecnologías accesibles y rentables como la fabricación aditiva, y demuestra cómo materiales renovables como la celulosa pueden desempeñar un papel clave en soluciones arquitectónicas sostenibles. La combinación de innovación, sostenibilidad y diseño bioinspirado hace del Solar Gate un modelo a seguir en el desarrollo de tecnologías ecológicas.
Más información: www.nature.com
Sonia Catina Hetzel dice
Interesante los avances arquitectónicos. Sorprende la aplicación de sus diseños tomando como referencia la naturaleza