Motyle inspirują polskich naukowców do tworzenia innowacyjnych powłok dla budynków. Dzięki unikalnym właściwościom skrzydeł tych owadów powstają materiały, które mogą znacząco ograniczyć zużycie energii w budownictwie i technologii kosmicznej.
Polscy naukowcy rozwijają innowacyjne materiały do pasywnego chłodzenia i ogrzewania budynków, czerpiąc inspirację z natury, szczególnie z budowy skrzydeł motyli. Projekt ten, skupiający się na biomimetyce w budownictwie, ma na celu opracowanie specjalnych powłok zdolnych do efektywnego zarządzania ciepłem, co może znacząco zmniejszyć zużycie energii w sektorze budowlanym. To działanie wpisuje się w globalne dążenia do zrównoważonego budownictwa i redukcji śladu węglowego.
Motyle jako wzór dla nowoczesnych powłok budowlanych
Kluczem do tej innowacji są struktury występujące na skrzydłach motyli, które wykazują ekstremalne właściwości optyczne. Przykładem jest czarny motyl Troides magellanus, którego skrzydła osiągają 98-procentową absorpcję światła widzialnego, działając jak naturalna pułapka światła. Z kolei skrzydła bardzo białych motyli doskonale odbijają światło słoneczne. Te zdolności nie wynikają z pigmentacji, lecz ze złożonej mikro- i nanostruktury powierzchni, która jest kluczowa dla regulacji temperatury ciała owadów. Dr hab. Michał Borysiewicz z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki (IMIF), kierujący projektem Biotherm, podkreśla, że struktury występujące w badanych przez nich powłokach nanostrukturalnych okazały się „bardzo podobne do tych, które występują w naturze”.
Jak motyle regulują ciepło – i co z tego wynika dla budynków
Celem projektu jest stworzenie powłok, które będą jednocześnie bardzo czarne, zdolne do pochłaniania ciepła, oraz bardzo białe, skutecznie odbijające ciepło. Taka zdolność do zarządzania temperaturą budynków w sposób pasywny eliminuje potrzebę aktywnego zasilania. Profesor Mariusz Zdrojek z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej wyjaśnia, że opracowywany materiał „na słońcu nie będzie się grzał, bo będzie zaprojektowany w taki sposób, żeby odbijał światło, nie absorbował go”. Badania obejmują również pogłębianie zrozumienia, w jaki sposób owady regulują swoją temperaturę, analizując ich zachowania i środowisko w kontekście czarnych i białych skrzydeł.
mówią: dr hab. Michał Borysiewicz, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki, prof. Mariusz Zdrojek, Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska; źródło: Agencja Newseria
Polscy naukowcy opracowują powłoki inspirowane skrzydłami motyli
Nad projektem pracuje konsorcjum złożone ze specjalistów z Łukasiewicz – IMIF, Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Jagiellońskiego, obejmujące ekspertów od nanomateriałów, fizyków, zoologów i specjalistów od modelowania optycznego. Naukowcy planują wytwarzanie nowych materiałów metodą magnetronowego rozpylania katodowego, aby uzyskać struktury analogiczne do naturalnych, o zbliżonych właściwościach optycznych i termicznych. Zespół z Politechniki Warszawskiej odpowiada za charakteryzację tych materiałów, precyzyjnie mierząc ich zdolność do pochłaniania i odbijania światła w szerokim spektrum. „Będziemy mogli dzięki temu porównać materiały, które wytworzymy w projekcie, z tymi, które wytworzyła natura, żeby zrozumieć mechanizmy działające w tych materiałach” – wyjaśnia prof. Zdrojek.
Od budynków po kosmos – zastosowania powłok bioinspirowanych
Opracowywane powłoki mają duży potencjał w zrównoważonym budownictwie, gdzie mogłyby pokrywać elementy budynków, częściowo zastępując energochłonne systemy klimatyzacyjne lub grzewcze bez potrzeby zewnętrznego zasilania. Szacuje się, że zastosowanie bioinspirowanych powłok może przynieść znaczne oszczędności energii, biorąc pod uwagę, że budynki odpowiadają za około 40 procent całkowitego zużycia energii w Unii Europejskiej. Projekt przewiduje również zastosowanie w technologii kosmicznej, gdzie czarne materiały mogłyby naturalnie ogrzewać satelity, a białe – chłodzić je w bezpośrednim nasłonecznieniu. Co więcej, te energooszczędne powłoki mogą zwiększać sprawność ogniw słonecznych, odbijając więcej światła z otoczenia i kierując je na panele. Finalnie, naukowcy zamierzają wykorzystać te powłoki do budowy modułów termoelektrycznych, testując efektywność wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie materiału absorbującego ciepło z jednej strony i odbijającego z drugiej.
Co dalej z projektem Biotherm?
Choć projekt jest na wczesnym etapie, naukowcy dostrzegają w nim znaczący potencjał implementacji w codziennym życiu, zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i komercyjnym. Całkowity budżet projektu wynosi około 2,2 miliona złotych i jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu NCN OPUS. Dalsze badania skupią się na testowaniu wytworzonych materiałów w warunkach imitujących działanie słońca, a także w zastosowaniach optycznych, gdzie mają poprawiać wydajność detektorów i obiektywów kamer poprzez wyłapywanie światła rozproszonego.
Czytaj też:
Fotografia: Peellden, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons