Ερευνητές δημιούργησαν γυάλινα τούβλα ίδιας αντοχής με τους τσιμεντόλιθους!

Τι θα γινόταν αν τα δομικά υλικά μπορούσαν να συναρμολογηθούν και να αποσυναρμολογηθούν τόσο εύκολα όσο τα τουβλάκια LEGO; Μια τέτοια αναδιαμορφώσιμη τοιχοποιία θα μπορούσε να αποσυναρμολογηθεί στο τέλος της ζωής ενός κτιρίου και να συναρμολογηθεί εκ νέου σε μια νέα δομή, σε έναν βιώσιμο κύκλο που θα μπορούσε να προμηθεύσει γενιές κτιρίων χρησιμοποιώντας τα ίδια φυσικά δομικά στοιχεία.

Αυτή είναι η ιδέα πίσω από την κυκλική κατασκευή, η οποία στοχεύει στην επαναχρησιμοποίηση και τον επαναπροσδιορισμό των υλικών ενός κτιρίου όποτε είναι δυνατόν, ώστε να ελαχιστοποιηθεί η κατασκευή νέων υλικών και να μειωθεί ο «ενσωματωμένος άνθρακας» της κατασκευαστικής βιομηχανίας, ο οποίος αναφέρεται στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου που σχετίζονται με κάθε διαδικασία κατά τη διάρκεια της κατασκευής ενός κτιρίου, από την κατασκευή έως την κατεδάφιση.

Τώρα οι μηχανικοί του MIT, παρακινούμενοι από τις οικολογικές δυνατότητες της κυκλικής κατασκευής, αναπτύσσουν ένα νέο είδος αναδιαμορφώσιμης τοιχοποιίας από τρισδιάστατα εκτυπωμένο, ανακυκλωμένο γυαλί. Χρησιμοποιώντας μια προσαρμοσμένη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης γυαλιού που παρέχεται από την Evenline, ένα από τα παραρτήματα του MIT, η ομάδα κατασκεύασε ισχυρά, πολυστρωματικά γυάλινα τούβλα, το καθένα σε σχήμα οκτώ, τα οποία είναι σχεδιασμένα να αλληλοσυμπλέκονται, όπως τα τούβλα LEGO.

Σε μηχανικές δοκιμές, ένα μόνο γυάλινο τούβλο άντεξε πιέσεις παρόμοιες με εκείνες ενός τσιμεντένιου μπλοκ. Ως δομική επίδειξη, οι ερευνητές κατασκεύασαν έναν τοίχο από αλληλοσυνδεόμενα γυάλινα τούβλα. Οραματίζονται ότι η τρισδιάστατα εκτυπώσιμη γυάλινη τοιχοποιία θα μπορούσε να επαναχρησιμοποιηθεί πολλές φορές ως ανακυκλώσιμα τούβλα για προσόψεις κτιρίων και εσωτερικούς τοίχους.

«Το γυαλί είναι ένα εξαιρετικά ανακυκλώσιμο υλικό», αναφέρει η Kaitlyn Becker, επίκουρη καθηγήτρια μηχανολογίας στο MIT. «Παίρνουμε το γυαλί και το μετατρέπουμε σε τοιχοποιία που, στο τέλος της ζωής μιας δομής, μπορεί να αποσυναρμολογηθεί και να συναρμολογηθεί εκ νέου σε μια νέα δομή, ή μπορεί να ξαναμπεί στον εκτυπωτή και να μετατραπεί σε ένα εντελώς διαφορετικό σχήμα. Όλα αυτά στηρίζονται στην ιδέα μας για ένα βιώσιμο, κυκλικό δομικό υλικό».

«Το γυαλί ως δομικό υλικό σπάει κάπως τα μυαλά των ανθρώπων», δηλώνει ο Michael Stern, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του ΜΙΤ και ερευνητής τόσο στο Media Lab όσο και στο Lincoln Laboratory του ΜΙΤ, ο οποίος είναι επίσης ιδρυτής και διευθυντής της Evenline. «Δείχνουμε ότι αυτή είναι μια ευκαιρία να διευρύνουμε τα όρια του τι έχει γίνει στην αρχιτεκτονική».

Η έμπνευση για το νέο σχέδιο κυκλικής τοιχοποιίας προέκυψε εν μέρει στο εργαστήριο γυαλιού του ΜΙΤ, όπου οι Becker και Stern, τότε προπτυχιακοί φοιτητές, έμαθαν για πρώτη φορά την τέχνη και την επιστήμη της εμφύσησης γυαλιού.

«Βρήκα το υλικό συναρπαστικό», αναφέρει ο Stern, ο οποίος αργότερα σχεδίασε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή ικανό να εκτυπώνει λιωμένο ανακυκλωμένο γυαλί, ένα project που ανέλαβε ενώ σπούδαζε στο τμήμα μηχανολόγων μηχανικών. «Άρχισα να σκέφτομαι πώς η εκτύπωση γυαλιού μπορεί να βρει τη θέση της και να κάνει ενδιαφέροντα πράγματα, με τις κατασκευές να είναι ένας πιθανός δρόμος».

Παράλληλα, ο Becker, ο οποίος αποδέχθηκε μια θέση καθηγητή στο MIT, άρχισε να διερευνά τη διασταύρωση της κατασκευής και του σχεδιασμού και τους τρόπους ανάπτυξης νέων διαδικασιών που επιτρέπουν καινοτόμα σχέδια.

«Ενθουσιάζομαι με την επέκταση των χώρων σχεδιασμού και κατασκευής για απαιτητικά υλικά με ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά, όπως το γυαλί και οι οπτικές του ιδιότητες και η ανακυκλωσιμότητά του», λέει ο Becker. «Εφόσον δεν είναι μολυσμένο, μπορείτε να ανακυκλώνετε το γυαλί σχεδόν απεριόριστα».

Αυτή και ο Stern συνεργάστηκαν για να δουν αν και πώς το τρισδιάστατα εκτυπώσιμο γυαλί θα μπορούσε να μετατραπεί σε μια δομική μονάδα τοιχοποιίας τόσο ανθεκτική και στοιβαζόμενη όσο τα παραδοσιακά τούβλα. Για τη νέα τους μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε τον Glass 3D Printer 3 (G3DP3), την τελευταία έκδοση του εκτυπωτή γυαλιού της Evenline, ο οποίος συνδυάζεται με έναν κλίβανο για να λιώνει θρυμματισμένα γυάλινα μπουκάλια σε μια λιωμένη, εκτυπώσιμη μορφή, την οποία ο εκτυπωτής στη συνέχεια εναποθέτει σε πολυεπίπεδα μοτίβα.

Η ομάδα εκτύπωσε πρωτότυπα γυάλινα τούβλα χρησιμοποιώντας γυαλί από σόδα-ασβέστη που χρησιμοποιείται συνήθως σε ένα στούντιο υαλουργίας. Ενσωμάτωσαν δύο στρογγυλά καρφιά σε κάθε τυπωμένο τούβλο, παρόμοια με τα καρφιά σε ένα τούβλο LEGO. Όπως και τα τουβλάκια παιχνιδιών, τα μανταλάκια επιτρέπουν στα τούβλα να μπλοκάρουν και να συναρμολογηθούν σε μεγαλύτερες δομές. Ένα άλλο υλικό που τοποθετείται μεταξύ των τούβλων αποτρέπει τις γρατσουνιές ή τις ρωγμές μεταξύ των γυάλινων επιφανειών, αλλά μπορεί να αφαιρεθεί εάν μια δομή από τούβλα επρόκειτο να αποσυναρμολογηθεί και να ανακυκλωθεί, επιτρέποντας επίσης τα τούβλα να επαναλιωθούν στον εκτυπωτή και να διαμορφωθούν σε νέα σχήματα. Η ομάδα αποφάσισε να μετατρέψει τα τούβλα σε σχήμα οκτώ.

«Με το σχήμα οκτώ, μπορούμε να περιορίζουμε τα τούβλα, ενώ παράλληλα τα συναρμολογούμε σε τοίχους που έχουν κάποια καμπυλότητα», λέει ο Massimino.

Η ομάδα εκτύπωσε γυάλινα τούβλα και δοκίμασε τη μηχανική τους αντοχή σε μια βιομηχανική υδραυλική πρέσα που πίεζε τα τούβλα μέχρι να αρχίσουν να σπάνε. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα ισχυρότερα τούβλα ήταν σε θέση να αντέξουν σε πιέσεις που είναι συγκρίσιμες με αυτές που μπορούν να αντέξουν οι τσιμεντόλιθοι. Αυτά τα ισχυρότερα τούβλα κατασκευάστηκαν κυρίως από τυπωμένο γυαλί, με ένα ξεχωριστά κατασκευασμένο χαρακτηριστικό σύμπλεξης που προσκολλάται στο κάτω μέρος του τούβλου. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι το μεγαλύτερο μέρος ενός τούβλου τοιχοποιίας θα μπορούσε να κατασκευαστεί από τυπωμένο γυαλί, με ένα χαρακτηριστικό σύμπλεξης που θα μπορούσε να τυπωθεί, να χυθεί ή να κατασκευαστεί ξεχωριστά από διαφορετικό υλικό.

«Το γυαλί είναι ένα περίπλοκο υλικό για να δουλέψει κανείς», λέει ο Becker. «Τα αλληλοσυνδεόμενα στοιχεία, κατασκευασμένα από διαφορετικό υλικό, έδειξαν τις περισσότερες υποσχέσεις σε αυτό το στάδιο».

Η ομάδα εξετάζει κατά πόσον περισσότερα από τα στοιχεία σύμπλεξης ενός τούβλου θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από τυπωμένο γυαλί, αλλά δεν θεωρεί ότι αυτό αποτελεί ανασταλτικό παράγοντα για να προχωρήσει στην αναβάθμιση του σχεδιασμού. Για να αποδείξουν τις δυνατότητες της γυάλινης τοιχοποιίας, κατασκεύασαν έναν καμπύλο τοίχο από αλληλοσυνδεόμενα γυάλινα τούβλα. Στη συνέχεια, σκοπεύουν να κατασκευάσουν προοδευτικά μεγαλύτερες, αυτοφερόμενες γυάλινες κατασκευές.

«Έχουμε περισσότερη κατανόηση των ορίων του υλικού και του τρόπου κλιμάκωσης», λέει ο Stern. «Σκεφτόμαστε τα σκαλοπάτια προς τα κτίρια και θέλουμε να ξεκινήσουμε με κάτι σαν περίπτερο - μια προσωρινή δομή με την οποία οι άνθρωποι μπορούν να αλληλεπιδράσουν και την οποία θα μπορούσατε στη συνέχεια να αναδιαμορφώσετε σε ένα δεύτερο σχέδιο. Και μπορείτε να φανταστείτε ότι αυτά τα μπλοκ θα μπορούσαν να περάσουν από πολλές ζωές».

[via]