Ученые Корнелльского университета представили HelioSkin — гибкую и легкую фотоэлектрическую «ткань», способную обертывать сложные конструкции для повышения эффективности поглощения солнечного света. Эта инновация может сократить выбросы CO₂ на 28% в таких сферах, как отопление, освещение и охлаждение.
Новая разработка нацелена на решение серьезной экологической проблемы: здания сегодня отвечают за 40% всех парниковых выбросов в США. HelioSkin предлагает инновационное решение, превращая обычные конструкции в гибкие, энергоэффективные и эстетически привлекательные солнечные поверхности.
Интеллектуальный дизайн: сочетание природы и технологий
Дженни Сабин, профессор архитектуры Корнелльского университета, подчеркивает, что их разработка выходит за рамки традиционной генерации энергии. HelioSkin не просто вырабатывает электричество, а создает динамическую среду, адаптирующуюся к условиям окружающей среды.
Конструкция объединяет цифровое проектирование, 3D-печать и передовые методы производства, что позволяет создать уникальные солнечные панели и фильтры. Такой подход сохраняет эстетику архитектурных решений, не нарушая дизайн зданий, а оптимизируя светопоглощение.
Основой исследования стали принципы клеточного морфогенеза и гелиотропизма – механизмов, с помощью которых растения адаптируются и следуют за солнечным светом.
Как природа вдохновила ученых?
Для изучения этого явления ученые выбрали арабидопсис (Arabidopsis) — растение, которое легко поддается клеточным исследованиям. В условиях тени клетки на затемненной стороне арабидопсиса увеличиваются на 25%, что заставляет его изгибаться в сторону солнца на 90°.
Этот природный механизм вдохновил создание гибкой структуры HelioSkin, способной менять форму и направление, затрачивая при этом минимум энергии.
В основе технологии лежат методы оригами и киригами — сложные геометрические техники, которые позволяют структуре разворачиваться и адаптироваться к солнечному свету.
Перенос технологий в архитектуру
Как отмечает Адриенн Родер, профессор Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Корнелльского университета, исследователи уже научились моделировать клеточные механизмы растений в архитектурных программах. Теперь их цель — интегрировать эти принципы в HelioSkin.
Ключевым фактором в разработке стало участие конечных пользователей. Команда активно сотрудничала со специалистами энергетического сектора, архитекторами и экологами, чтобы создать практичное и эффективное решение.
Этот подход открыл широкие возможности применения:
- Гибкие солнечные панели с динамическими узорами
- Энергосберегающие покрытия для фасадов
- Интерактивные рекламные поверхности для компаний, стремящихся к нулевым выбросам
Интеграция с цифровыми технологиями
Для расширения функционала HelioSkin команда ведет работу с E Ink — компанией, специализирующейся на адаптивных дисплеях. Совместное сотрудничество позволит:
- Интегрировать гибкие фотоэлектрические рекламные панели
- Использовать адаптивные изображения на фасадах стадионов и торговых центров
- Снизить стоимость массового производства за счет метода рулонной печати
Рулонная печать аналогична производству перовскитных солнечных элементов, известных своей высокой эффективностью и низкой стоимостью. Сначала фотоэлектрические листы печатаются в двух измерениях, а затем превращаются в трехмерные адаптивные структуры, способные покрывать сложные формы.
Перспективы устойчивого строительства
Параллельно с разработкой HelioSkin, ученые Наньянского технологического университета (NTU Singapore) предложили новую технологию 3D-печати бетона, способную захватывать углерод и повышать прочность конструкций.
Этот метод позволяет значительно сократить выбросы CO₂ в строительстве, что делает индустрию более экологичной и энергоэффективной.
Будущее HelioSkin: новые горизонты солнечной энергетики
HelioSkin — это не просто фотоэлектрическая поверхность, а новый взгляд на интеграцию солнечной энергии в архитектуру.
Эта разработка способна кардинально изменить облик городов, делая здания не только эстетически привлекательными, но и энергоэффективными. Инновация приближает мир к будущему с минимальным углеродным следом, открывая новые возможности для устойчивого развития и экологичного строительства.