建築業界の将来は、ドメインの復活が進むにつれて、無数の可能性を保持しています。 1つの革新は、構造物を音響的に見えない、地震エネルギーを吸収する、または周囲の音から電気を収穫する能力です。この性質の品質は、建物の機能と持続可能性を再定義するのに役立ちます。建築家と科学者は、この創造の最前線にいます。これを可能にしているのは、良い建物を設計する代替方法を提供できるメタマテリアルです。
メタマテリアルは、自然に発生する材料には通常は見られない特性を示す構造を持つ合成複合材料です。化学組成を特徴とする従来の材料とは異なり、メタマテリアルは内部構造に独自の特性を負っています。これらの設計材料は、波を操作するために顕微鏡レベルで設計されており、振動、音、または光波との望ましい反応のために設計できるようにします。
その最も予見可能な用途は、音響制御にあります。従来の防音は、音波を吸収する厚くて重い材料に依存しています。一方、音響メタマテリアルは、音波を完全にリダイレクトでき、建物を「音響的に見えない」ように効果的にレンダリングすることができます。材料は、特定の種類の騒音公害を排除するのに効率的にするために、正確な周波数をターゲットにするために開発できます。
構築された環境では、音響メタマテリアルは、医療機器の騒音の周波数や交通の音をブロックするアパートの建物を排除するための病院スペースなど、複数のスペースタイプで使用を見つける可能性があります。都市が密度が高まり、騒音汚染が公衆衛生上の懸念になると、メタマテリアルは有望な方法を可能にする可能性があります。調査によると、これらの材料は、従来の方法よりも薄いプロファイルで並外れた騒音低減を実現できるため、音響の快適さを高めながら内部空間を解放します。
また、メタマテリアルは、地震波を操作する能力を備えたユースケースを見つけ、自然災害に対応するための建物の方法を提示します。設計された建築材料は、特定の地震頻度と戦うために調整されることにより、構造を保護するために地震エネルギーを吸収して消散させることができます。
この革新は、地震に耐えるデザインをアクセスしやすく、費用対効果の高いものにすることができます。このドメインの発明は、特に気候変動が自然災害の頻度と強度を高めることで、有利になります。メタマテリアルコンポーネントを使用して既存の建物を改造する能力は、世界中の脆弱な地域の地震の安全性に革新をもたらす可能性があります。
電磁波に応答できるメタマテリアルは、光と熱を制御することもできます。彼らは、太陽放射を選択的にフィルタリングし、自然光をリダイレクトし、熱特性をリアルタイムで操作します。建築家にとって、これは、居住者の快適さを高めながら、機械的HVACシステムへの依存を減らす高度なデイライト戦略の機会をもたらします。
MITの研究者は、温度で特性を変える繊維を開発し、気象条件に自動的に適応する布地を作成する可能性があります。他の革新には、構造的健康に関するリアルタイムフィードバックを提供するために、機械的ストレスの下で明るく光る材料が含まれます。これらの適応機能は、建物のメンテナンスをリアクティブなアプローチから予測的なアプローチにシフトする可能性があります。受動的な建物のコンポーネントからアクティブシステムへのこのシフトは、建物の設計に制御と精度をもたらします。
これまでのところ、メタマテリアルは材料として理解されていました。それらを機械と考えたいと思います。 -Hasso Plattner Instituteの研究者によると
実験室から建設現場への移行は、本当の勢いを増しています。 3D印刷と計算設計の進歩により、大規模なメタマテリアルの現実世界のアプリケーションへの扉が開かれています。 Tu Delftでは、研究者は、必要な構造を作成するために望ましい特性から逆方向に動作するAIツールを開発し、それによって設計の革新と製造の実現可能性のバランスを取ります。 「逆設計」アプローチは、建築家が、健全な分離、熱特性、構造応答などの望ましい建物性能特性をすぐに指定できることを示しています。カスタマイズされた材料は、正確なパフォーマンスと設計基準を満たすことができます。
建築におけるメタマテリアルの広範な取り込みは、環境的および社会的影響を与える可能性があります。適応構造を有効にすることにより、これらの新しいビルディングブロックは、建設の二酸化炭素排出量を減らし、建物の寿命を延ばすことができます。
さらに、既存の構造をメタマテリアルコンポーネントで改造する機能は、文化遺産のサイトを保存しながら、現代の安全性と快適な基準のためにアップグレードするのに役立ちます。社会的には、音響環境と熱環境が改善され、特に騒音や極端な温度が住民に影響を及ぼす都市環境では、幸福を高めることができます。
先の課題に対処することで、材料科学者、エンジニア、建築家の間の協力的な努力が求められています。建築基準には更新が必要で、製造プロセスはスケールアップする必要があり、専門家は新しいトレーニングを必要とします。潜在的な報酬は、環境的に持続可能で応答性の高いアーキテクチャを促進する限り、これらの課題を直面する価値があります。
この記事は、のトピックの一部です。素材の再考：テクニック、アプリケーション、ライフサイクル、STOが誇らしげに発表しました。
STOは、このトピックを後援して、建築設計におけるデジタル化された素材の重要性を強調しています。ロンドンに本拠を置く建築会社You+Peaのケーススタディで実証されているように、その高品質のPBRファイルは、コンセプトから実行まで自信を持って意思決定するための正確なツールを建築家に提供します。このアプローチは、より正確で効率的な設計をサポートする仮想および物理的な領域を橋渡しします。
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