بلاط أسمنتي مستوحى من جلد الفيلة يبرّد المباني بامتصاص الماء

استلهم باحثون من جامعة بنسلفانيا الأميركية، من جلد الفيلة المتشقق بلاطاً أسمنتياً منخفض التكلفة، قادراً على تبريد المباني عن طريق امتصاص الماء وتبخيره ببطء، محوِّلين ما يبدو عيباً هيكلياً إلى حلٍّ مناخي.

وتقول دوريت أفيف، الأستاذة المُشارِكة في الهندسة المعمارية، وأحد باحثي الدراسة، في بيان الأربعاء: «تمتلك الفيلة شبكة من الشقوق في جلدها تستطيع الاحتفاظ بالماء. وعندما ترشّ نفسها بالماء، يبقى هذا الماء داخل هذه الشقوق قبل أن يتبخّر ببطء، مما يُساعدها على تبريد جسمها».

وطُرحت هذه الفكرة لأول مرة على أفيف من قِبل زميلتها منذ فترة طويلة، شو يانغ، عالمة المواد في كلية الهندسة بجامعة بنسلفانيا. وقد لاقت الفكرة استحسان أفيف، التي يركز بحثها على جعل المباني أكثر كفاءة في عالم يزداد احتراراً.

في ورقة بحثية نُشرت في مجلة «أدفانسد ماتيريلز»، حوّلت أفيف ويانغ وكون-هاو يو من جامعة سيراكيوز بولاية نيويورك الأميركية، هذه الفكرة إلى نوع جديد من البلاط الأسمنتي الذي يلتقط الماء ويحتفظ به ثم يُبخره ببطء، مما يُبرّد الأسطح دون الحاجة إلى مراوح أو تقنيات متحركة معقدة.

وتقول يانغ: «في البناء التقليدي، تُشير الشقوق إلى ضعف المادة، وبداية تدهورها. ولكن من خلال هندسة مواقعها وكيفية تَشكُّلها، أنشأنا شبكات من قنوات دقيقة تعمل كالشعيرات الدموية، قادرة على سحب الماء عبر السطح وحجزه في مكانه».

وبدأ الباحثون ابتكارهم بمزيج من أسمنت بورتلاند العادي ومادة مسامية تُسمى «التراب الدياتومي»، مصنوعة من الطحالب المتحجرة. يُصب المزيج في قوالب رقيقة ويُترك ليمتص الماء جزئياً، ثم يُجفف في ظروف مضبوطة بدقة. ومع انكماشه، يتراكم الإجهاد ثم يتحرَّر على طول أنماط مُصممة مسبقاً، مُشكلِّاً شبكة شقوق منتظمة.

ووفق نتائج الدراسة تعمل المسامات المجهرية داخل المادة كخزانات صغيرة تمتص كل قطرة ماء بسرعة، بينما تعمل شبكة الشقوق المصممة هندسياً كنظام قنوات يعيد توزيع الماء على السطح.

عندما يلامس الماء السطح، يُمتص بسرعة فائقة - في أجزاء من الثانية - بدلاً من أن يتناثر. يتغلغل الماء في شبكة الشقوق ويُعاد توزيعه على سطح البلاطة الشبيهة بخلية النحل، حتى في مواجهة الجاذبية على الأسطح المائلة. هذا التلامس الممتد يُبقي السطح رطباً لفترة أطول، مما يسمح للتبخر بالقيام بدوره.

ووفق النتائج يُجبر الشكل السداسي للبلاط المصمم الماء على الانسياب بشكل متعرج جانبياً بدلاً من التصريف عمودياً، مما يوفر تبريداً مستمراً لمدة تصل إلى 20 ساعة.

وتوضح يانغ أن هذا النظام، على عكس أنظمة التكييف الميكانيكية التي تستهلك الوقود الأحفوري، وتسهم في تراكم الحرارة الخارجية عن طريق طرد الحرارة الداخلية إلى الخارج، هو نظام سلبي تماماً يُبرّد «غلاف» المبنى نفسه.

ويتطلع الباحثون في المستقبل إلى تطوير أنظمة تحكم ذكية تدمج فيها دورات الري بناءً على بيانات الطقس الآنية، مما يضمن تزويد المبنى بالماء فقط عندما تتطلب التوقعات ذلك.

ويقول هاو يو: «الآن وقد فهمنا كيفية تحرك الماء عبر هذه البلاطات المزخرفة، يُمكننا دمج هذه المواد مع توقعات الطقس وأنظمة توصيل المياه الآلية، بالضبط حيثما ومتى دعت الحاجة، لتحقيق أقصى قدر من التبريد مع تقليل استهلاك المياه إلى أدنى حد».