都會世界的三項智慧發明

作者：Alex Goldmark（GOOD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，地方政府與世界自然基金會、「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及福特汽車贊助。

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