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    其實很多仿生概念在裡頭,強調建築與環境的互動,所以這些生物學家也該參一腳吧

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都會世界的三項智慧發明

作者:Alex GoldmarkGOOD網站特約編輯)

建築大師蓋瑞(Frank Gehry)曾打造西班牙畢爾包古根漢美術館及迪士尼音樂廳,吸引無數遊客前往朝聖,但建築界下一項重大突破可能並非來自建築師,而是源於化學家,因為未來建築樣貌除了受建築師的靈感影響,也會受到使用材質左右。

科學家正在研發新式複合建材,不僅比過去更強韌、更平價、更環保,也同樣更具智慧,能夠與週遭環境互動、呼應,也能隨之調整,對無論是溫度、光線、壓力、濕度、甚至是污染物,都能產生反應。

這些潛在利益相當驚人,有些所謂的「智慧建材」能維持室內溫度穩定,故不需使用空調,同時降低用電量;其他材質具備修復能力,既能抵抗風吹雨打,亦可延長使用年限;還有些材質會改變四周環境,以下介紹可能改變你我居住空間的科技,如自我修復的橋樑、空氣濾淨塗料等。

清道夫

最簡易的創新科技早已面世,但並非磚瓦本身,而是完工前最後一道塗料,英國Johnstone’s與美國Sto®等數家公司均推出外牆塗料,從蓮花取得靈感,製作出能抗污的材質結構,蓮花葉面粗糙,細胞上都有小小的蠟質結晶,構成微小的氣泡,讓水珠流下時將塵埃一併帶走。新式塗料運用相同原理,故只要一場下雨,即可沖掉牆面任何塵埃,不僅隨時讓建築物煥然一新,還能降低維護費用,同時減少使用清潔劑造成的化學污染。

其他塗料更進一步,還能改善鄰近空氣品質,這項技術非常適合菲律賓首都馬尼拉,當地是全球人口密度最高的城市,因為氧化氮濃度過高,每年導致逾4000名早產兒死亡,2010年間,地方政府世界自然基金會、「全球氣候行動運動」、油漆公司Boysen合作,在一座地鐵站繪製200平方公尺的壁畫。

藝術家以Boysen KNOxOUT油漆為顏料,這項產品使用超細二氧化鈦製成,發揮光觸媒功能,吸收光線後分解空氣中的氧化氮,釋出微量水分、二氧化碳及硝酸鈣,「菲律賓純化學與應用化學研究所」實驗後,認為這幅壁畫每天能分解三萬輛車排放的污染物。後來這幅壁畫面積增加一倍,正對著馬尼拉最繁忙的高速公路,一旁的Marikina河曾於2009年潰堤,大量污水湧入市區,導致近50萬居民無家可歸。

自行修復

保持乾淨是一回事,保持健康是另一回事,建築環境能否和人體骨骼一樣擁有修復能力?

仿生協會」主席Janine Benyus指出,「人骨終其一生都在不斷重塑,以加強抗壓力」,她期望建築結構也能仿效這種特質,不會因長期使用而耗損。

這種想法或許很快就將實現,美國伊利諾大學建築系榮譽教授Carolyn Dry投入結構混凝土創新研究,她表示,「混凝土相當易碎,故一般修復也撐不住」,她研發一種具黏性的修復材質,能夠塞入混凝土脆弱的縫隙中,只要遇上壓力,這種材質就會釋出黏性滲入裂痕,形成新的連結點,這種方式可自動維持結構完整、壓低修理成本、提高建築安全性。

預防勝於治療正是這項發明的優點,目前已在四座一般尺寸橋樑上測試,使用自我修復纖維的橋樑耐久性優於對照組,她指出,「整體結構已改變為柔軟材質,能量分散至各處」,不僅可避免橋樑因龜裂崩塌,因為纖維可減少震動,讓橋樑彈性更佳。

美國政府應該對這項發明格外感興趣,「美國土木工程師學會」指出,未來五年內,該國基礎建設修護所需經費預估達2.2兆美元,雖然這項發明已可量產,但尚無廠商願意製造,她指出,在目前鎖定的美國市場中,營造公司仍傾向使用傳統混凝土,重新舖設路面的頻率較高,但她期望因為美國運輸部打算落實「生命周期預算」(lifecycle budgeting),會讓業界開始改用更耐久的建材。

不過Carolyn Dry發明的自我修復飛機即將有資金挹注,「美國空軍小企業創新研究」計畫支持開發自我修復的玻璃纖維與石墨複合墊片,若能使用較薄、抗壓性較高的材質,即可降低飛機重量與耗油量,她認為未來應用潛力無窮,包括外海管線在海床上承受極大壓力仍無影響,或是船隻能迅速修復裂痕避免沉沒。

威斯康辛大學複合中心主任Pradeep Rohatgi教授也在類似領域努力,但策略不同,他著眼於年產值已達上億美元的「金屬基複合材料」市場,這項產業結合金屬與另一種物質,創造出新產品與效能,他宣稱正在開發一種新型金屬,能夠抵抗爆炸高溫或汽車衝撞力道,希望未來可維持強度,但改善易碎問題。

他也正在研發如泡沫狀的金屬結構,其中充滿所謂的「微型氣泡」,「這些氣室比一般氣泡小,故吸引能量的效能更高,而且非常輕盈」,這些微氣泡會填入另一種物質,例如燃煤電廠所產生的飛灰,這種回收後的粉塵功效與Carolyn Dry設計的黏性物質相同,只要遇到壓力、撞擊或高溫,氣泡就會破裂,釋出粉塵填補裂縫。Pradeep Rohatgi正在尋求量產機會,未來研究經費已獲通用汽車福特汽車贊助。

省電節能

黑色屋頂會吸熱,白色屋頂會阻熱,在氣候變異時難以抉擇,但未來建築師或許已不需擇其一,新式屋頂壁磚能依據戶外溫度改變深淺顏色,麻省理工學院前研究員Robbie Barbero與人共同創立Thermeleon公司,推出屋頂壁磚塗料,能夠改變壁磚屬性,維持建築物溫暖或涼爽,他表示,「屋主不需多花心思」。

塗料內含聚合物,氣溫下降時會溶化在膠質內,露出能吸熱的黑色表面,隨著氣溫提高,聚合物會與膠質分裂,形成白色混合物反射光線,他期望這項產品明年可量產,也表示投資者眾。

屋頂很適合做為省電節能的起點,但對上班族而言,智慧型窗戶或許更為切身,美國與中國多所大學均在研發感熱變色(thermochromic)窗戶,也會隨戶外溫度改變,最常見的做法是運用氧化釩薄膜塗料,氧化釩遇熱會大幅改變透明度與折射率,雖然透明度降低會影響視野,但對於不宜使用百葉窗的環境卻很適合。

建築環境若能取代人類部分思考與管理功能,效果不可小覷,由於氣候改變,預測與因應各種變化情況愈來愈困難,面對突然變遷(如天災),人類的應變能力並不穩當,若能建構可即時反應的建築環境,將可節省無數修復與重建經費,所需科技已然存在,關鍵在於投資者能否及時行動。

本文原載於獨立永續專業團體「未來論壇」雜誌《Green Futures》及 This big city 城市

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關於作者

《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。