向自然學習的綠能設計:康乃爾大學研發團隊以向日葵為靈感,創造可追蹤太陽軌跡的「HelioSkin」太陽能布料

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向陽仿生科技:康乃爾大學團隊研發模仿向日葵的嶄新太陽能材料

美國康乃爾大學(Cornell University)由設計師Jenny Sabin帶領的研究團隊正致力開發一種名為「HelioSkin」(太陽皮層)的彈性太陽能材料,這種綠建築材料整合了類似向日葵生物力學的追日能力。這項研究獲得美國國家科學基金會(National Science Foundation)「融合加速器計畫」(Convergence Accelerator program)的支持,顯示其在綠能科技領域的重要性與前瞻性。

研究團隊正在開發這種輕量化且具彈性的太陽能收集布料,預計將應用於可伸縮屋頂、體育場館或摩天大樓外牆等大型建築結構。這種兼顧實用與創新的材料,不僅能夠在各種建築環境中靈活運用,更代表著建築能源系統的一次重大突破,為現代都市景觀注入永續發展的新元素。研究團隊透過生物啟發的設計理念,讓科技與自然相互輝映,開創了太陽能應用的嶄新可能性。

美國康乃爾大學(Cornell University)由設計師Jenny Sabin帶領的研究團隊正致力開發一種名為「HelioSkin」(太陽皮層)的彈性太陽能材料,這種綠建築材料整合了類似向日葵生物力學的追日能力
美國康乃爾大學(Cornell University)由設計師Jenny Sabin帶領的研究團隊正致力開發一種名為「HelioSkin」(太陽皮層)的彈性太陽能材料,這種綠建築材料整合了類似向日葵生物力學的追日能力

材料結構與視覺呈現:白色網格狀布料的實際應用展望

根據團隊提供的模擬圖,「HelioSkin」在實際應用場景中呈現為一種白色的格子狀材料,能夠被拉伸在體育場館屋頂上方,或者沿著公園小徑上方的帳篷桿之間展開。這種獨特的視覺設計不僅考量了功能性,更注重美學表現,使太陽能裝置不再是「難看」的屋頂附加物,而成為建築設計的有機組成部分。

「HelioSkin」由兩層結構組成:底層是一種具張力的布料基層,上層則是一種鑲嵌式的機械「仿生」皮層。此種材料的結構設計靈活多變,可適應不同環境與需求,從小型庭院遮陽篷到大型體育場館皆可應用。

令人關注的是,這種新時代的綠建築材料不但能收集太陽能,還能為建築增添獨特的美感,使人們願意接受並樂於使用。這種將實用性與藝術性完美結合的設計理念,正是現代永續建築所追求的目標,也發揮出「HelioSkin」作為新世代太陽能材料的獨特價值。

HelioSkin 整合了仿生設計,打造美觀的太陽能收集外皮。利用植物的向日性能,HelioSkin 透過機械追蹤產生更多能源,服務於注重永續發展和設計的房主、組織和建築師,以增加住宅部門對太陽能板的採用率
HelioSkin 整合了仿生設計,打造美觀的太陽能收集外皮。利用植物的向日性能,HelioSkin 透過機械追蹤產生更多能源,服務於注重永續發展和設計的房主、組織和建築師,以增加住宅部門對太陽能板的採用率

向日葵啟發的技術:太陽追蹤機制如何提升能源效率

「HelioSkin」的第二層皮膚中的光伏元件能夠追蹤太陽在天空中的運行路徑,這種機制類似於向日葵或其他植物的向日性(heliotropisim)。研究團隊由Jenny Sabin領導,成員包括康乃爾大學物理學教授Itai Cohen、整合植物科學學院副教授Adrienne Roeder,以及亞利桑那州立大學(Arizona State University)教授Mariana Bertoni。

這個跨領域團隊結合了物理學、植物科學和材料工程等多方面的專業知識,為「HelioSkin」的開發提供了堅實的學術基礎。Roeder教授在一段關於此專案的影片中表示:「追蹤光線是非常有效率的,研究團隊知道這對向日葵有益。追蹤光線能夠增強向日葵的生長,因此我們希望將這種特性應用於太陽能電池。」她進一步解釋道:「在『HelioSkin』中,我們有一種可變形的皮層,能夠追蹤光線以提高效率。」這種仿生設計不但有機會促成自然與科技的和諧並存,也大幅提升了太陽能收集的效率,為可再生能源技術開闢了新的發展方向。

模擬圖:「HelioSkin」在實際應用場景中呈現為一種白色的格子狀材料,能夠被拉伸在體育場館屋頂上方,或者沿著公園小徑上方的帳篷桿之間展開
模擬圖:「HelioSkin」在實際應用場景中呈現為一種白色的格子狀材料,能夠被拉伸在體育場館屋頂上方,或者沿著公園小徑上方的帳篷桿之間展開

從小型試驗到大規模應用:「HelioSkin」的商業化藍圖與美學考量

儘管研究團隊的最終目標是將「HelioSkin」商業化應用於大型專案,但他們計劃先進行為期三年的試驗計畫,在較小規模環境中測試材料效能。研究團隊將首先將其作為後院遮陽篷進行測試,以「提供照明並為戶外電器供電」,然後再擴大規模應用於公園。除了功能性考量,團隊還致力於提升太陽能基礎設施的美學吸引力,以鼓勵更多民眾採用。

他們注意到,許多屋主因為傳統太陽能板的外觀問題而不願安裝。Sabin就此表示:「永續性不僅關乎性能和功能,同樣重要的是美感,讓人們對此感到興奮,願意參與其中。」她強調:「我們的終極目標是鼓勵太陽能的廣泛採用,以產生社會影響。」這種將科技、美學與社會意識融合的理念,正是「HelioSkin」項目的核心價值,也代表著未來綠能發展的新方向,為人類建構更永續、更和諧的生活環境提供了可能。

HelioSkin 是一種輕量化、可拉伸的建築布料,不僅美觀吸引人,還能包覆複雜的形狀
HelioSkin 是一種輕量化、可拉伸的建築布料,不僅美觀吸引人,還能包覆複雜的形狀

渲染圖展示了一個太陽能後院遮陽棚原型,其潛在功能包括提供照明和為戶外電器供電
渲染圖展示了一個太陽能後院遮陽棚原型,其潛在功能包括提供照明和為戶外電器供電

HelioSkin研究團隊

主要研究員:Mariana Bertoni(馬里安娜·貝爾托尼)、Itai Cohen(伊泰·科恩)、Adrienne Roeder(艾德麗安·羅德)、Jenny Sabin(珍妮·薩賓)

專案經理:Anita Lin(安妮塔·林)

研究團隊:Zeiad Amin(澤亞德·阿明)、Alana Berry(艾蘭娜·貝瑞)、Si Chen(司晨)、Jeffrey Chinemezu Enwere(傑弗里·奇內梅祖·恩威爾)、Catherine Pak(凱瑟琳·帕克)、Jeeya Savani(吉雅·薩瓦尼)、Avilash Singh(阿維拉什·辛格)、Yadav(亞達夫)、Isabel Schinella(伊莎貝爾·希內拉)、Michael Martinez-Szewczyk(麥可·馬丁內茲-舍夫齊克)、Jinsong Zhang(張金松)、Hanyu Zhang(張漢宇)

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