达索系统让建筑物也长出有生命的皮肤

寂静回声

人类的皮肤历经数十亿年进化，能够实现恒温，保护我们的身体。如果我们创造出像人类皮肤一样的建筑物外墙，能够减少建筑物的能源消耗吗？

初创公司Smart Panel的工程师们受到大自然的启发，使用仿生学创造新的建筑表皮，研发可持续发展的未来创造技术，使我们的生活空间成为自然环境的一部分。
Smart Panel正在开发一种新型建筑围护结构，受大自然的启发，该围护结构可保持建筑物内部温度恒定，为居民提供舒适的居住环境。
在Smart Panel的案例中，正是由于碳纤维、传感器和工程技术的最新发展，使得人体皮肤的仿生学成为可能。
皮肤作为人体最大的器官提供了许多基本功能：从抵御病原体、化学物质和辐射的外部侵袭到进行体温调节，以及充当针对身体伤害的警报系统等。达索系统根据皮肤的基本分子特性开发了一种多尺度模型，可以准确预测化学物质渗透皮肤层的情况。该虚拟模型被用于设计可预测的药物输送系统，无痛注射、安全可穿戴设备，以及适应人体体形、尺寸、生物化学和活动机能的多种注射剂。
达索系统与 Urgo Medical 和其他专家合作，启动了GENESIS 项目。该项目旨在制造用于治愈深层伤口，特别是烧伤患者使用的人造皮肤。众所周知，自体移植需要多次手术、长期住院、持续治疗。它将成为自体移植的替代方案。该项目还强调了虚拟孪生在高级皮肤治疗中日益凸显的重要性。

Smart Panel正在复制人体皮肤的三层结构（表皮、真皮和皮下组织），并将它们应用到建筑围护结构上，创建建筑与外部环境相互作用的功能表面。
这种复合板层由不同材料层制成，内部有一层类似于航天飞机外壳所使用的薄绝缘层。主流体管道由冷/热传导流体通过节点连接处控制的网格进行引导。

从节点到主系统，信息电气/电子设备和流体再分配通过节点轴连接到新一代MEP系统。信息通道通过传感器收集各种环境数据。

装备齐全的建筑物可以通过复合外墙面板的互连通道网络重新分配热流体，在所有外墙上产生温度梯度。对于暴露在外的部分，这些面板将通过交换加热和/或冷却的盐水基流体来创建内部平衡，这些流体将被引导到内部地板系统和天花板面板，无需使用空调即可实现对建筑内部的温度调控。
拆除空调有助于减少温室气体排放，提高城市生物多样性，降低城市热岛效应，极大地改善城市环境。要知道，建筑和土木工程每年消耗了60%左右从地球提取的原材料，占全球每年能源消耗的40%。

空调使用导致了高达60%的建筑物能源消耗。因此，SMART PANEL开发的创新建筑围护结构，通过取代空调大量降低其能源消耗，带来了巨大的能源和经济节约。
达索系统3DEXPERIENCE解决方案可帮助Smart Panel弥合多层次复杂性之间的差距。

· 构思产品，模拟毛细血管内的液体循环，并将其与树叶和皮肤的自然系统进行比较。

· 通过在Smart Panel的内部团队（工程师、建筑师、工业专家和学者）和国际合作伙伴（法国、日本、英国、美国）之间创建一个社区，在 3DEXPERIENCE 平台上进行协同项目管理。

· 产品设计软件允许在3DEXPERIENCE中创建面板，完成各种组件的组装和集成。

· 仿真软件SIMULIA有助于设计正确的温控系统。人工智能将集成并使用生成的数据作为输入来学习，以设计性能更优的系统。

· BIM 和施工管理软件对使用标准化系统建造中高层建筑至关重要。
Smart Panel 由 Albert Abut 创立，他是一名建筑师（拥有DPLG，法国建筑师文凭），拥有 30 多年在世界各地开展能源效率和可持续发展项目及建筑设计相关经验。

联合创始人阿德里安·皮尚 (Adrien Pichon) 将他在航空航天和汽车制造行业工业合作伙伴关系方面的专业知识用于挑战智能面板核心材料的开发。

经过多年的钻研，Smart Panel汇集了包括AAA、CEA Liten、UGA、NYU和Burrohappold Engineering在内的技术专家团队和合作伙伴。所有这些智力及经验资源现在都可以聚集在 3DEXPERIENCE 平台上协同工作。
Albert Abut除了建筑师的身份，他还是造船专家，在风场、盐分、湿度和温度影响的极端条件下使用的材料和技术方面拥有丰富的知识。他这种卓越的洞察力体现在每个相关项目中。

Albert Abut认为，在法国，除非能源使用量为零，否则无法获得建筑许可证。事实上，全球40%的能源消耗与建筑和基础设施有关，36%与温室气体排放有关。对于如何创建可持续的未来，建筑和城市设计负有巨大的责任。

目前Albert Abut和SMART PANEL正在开发的项目是一个零能源ZEB，它产生和利用各种可再生能源，避免排放传统的温室气体。受到人体解剖学的启发，Smart Panel是一个划时代的系统，通过使水流经立面来提供冷却功能，这些立面在结构上对人体皮肤由70%的水构成进行了模拟。
Smart Panel已经制定了明确的发展计划。对空调的需求不断增长是当今能源辩论中最关键的盲点之一，到2050 年，HVAC 机械的全球能源需求预计将增加两倍，这个需求相当于当今美国、欧盟和日本电力总和的新电力容量。自1950 年代以来，建筑商押宝于用绝缘材料将建筑物的外部与内部分开/隔离，以提高气密性，“减少”能量损失。这导致了依赖HVAC机械来调节室内温度，导致了高能源需求，形成恶性循环带来更多的能源消耗。而Smart Panel用仿生学原理来实现温度调节，则颠覆了这一趋势。
仿生学包括三个关键元素：模仿，在产品设计中复现自然生态系统的形式和形状；精神，理解和重建飞行或伪装等过程；连接，了解大自然如何真正发挥作用，模仿生物策略及蚁群等生态系统。

从根本上讲，仿生设计可用于创建产品、流程或两者的组合。制造业和基础设施行业应该涵盖所有三个要素，并像一个自然生态系统一样运作：创造有机且可分解的创新材料；并采用与生物圈和全球经济和谐相处的设计和生产流程。
早在15世纪，达芬奇（Leonardo da Vinci）就通过研究鸟类飞行，提出了设计飞行机器的见解。从达芬奇到空中客车等现代航空航天公司，创新者们继续在这一前提下发展，他们不仅关注鸟类，还关注鲨鱼等生物，致力于揭开如何使飞机成为真正可持续运输方式的奥秘。空中客车公司最新的仿生项目之一是eXtra性能机翼演示器，它采用了主动机翼控制技术，可以对机翼进行自动调整以改善空气动力学和性能，使飞机像鹰一样翱翔。
还有许多其他令人着迷的仿生例子。以蜘蛛丝为例：蜘蛛纺成网的精细、粘稠、有弹性的纤维比钢相对更坚韧，比橡胶更有弹性。科学家们看到了蜘蛛丝在各种应用中的潜力，包括防弹衣、外科缝线甚至桥接电缆。他们面临的最大挑战是创造足够多的东西。这就是为什么像Spintex Engineering这样的组织正致力于扩大蜘蛛丝，至少是合成蜘蛛丝的生产规模。这家公司已经找到了一种模仿蜘蛛喷丝头的方法，使其能够在室温下从液体凝胶中纺出纤维，而无需使用苛刻的化学物质。
就像科学家们试图大规模重现蜘蛛丝一样，其他人也在越来越多地寻找利用自然的秘密创造更好产品和工艺的方法。但是，与大自然不同的是，人类没有38亿年的时间来完善研发过程。

3DEXPERINCE平台等技术在这里大有用武之地。达索系统的解决方案使研究人员、工程师和科学家能够在虚拟世界中模拟进化——为他们的设计建模，并在计算机上测试数千个想法，以快速确定新一代可持续产品的制胜特征。




在大城市，一切——建筑、生活方式、环境、政府、交通网络及其居民——都被构建成一个生态系统，其中系统的弹性和适应性对于确保系统的可持续性至关重要。观察自然可以成为灵感的源泉。我们甚至可以将自然视为一个巨大的实验室，研究其适应颠覆的策略。

仿生学通过理解和模仿大自然最擅长的事物来设计“人造”创新系统。达索系统的研究团队利用仿生学进行创新，通过两种解决问题的模型：绒泡菌和群体，开发城市规划的新方法。

第一种方法源自对多头黏菌（physarum polycephalum）的观察，这是一种由多个细胞核组成的单细胞生物，尺寸可达数十厘米。这种黏菌虽然没有大脑，却能够学习并解决问题，例如找到穿过迷宫的最短路径或建立最有效的网络。它的原生质膜将形成管道来扩张并探索所有可能的路径，然后使用最有效的路径到达食物来源。这种行为已成为最短路径问题解决方案的灵感来源，在设计交通系统时尤为重要。
第二种模型是群体，是一种在城市中分配代理的社会经济系统。代理代表蜂群中的蜜蜂，是一个根据城市结构的特定特征来优化每月分配的预算个体。该代理的目标是通过在支付的租金金额、房屋面积以及上班通勤、去购物区和公园花费的时间之间找到平衡，最大限度地提高居民的幸福感。

这两种方法已集成到 3DEXPERIENCity 中。主要的新特点是研究团队正在让他们一起工作，将一个模型的结果整合为另一个模型的起点。以这种方式聚合数据大大增加了潜在解决方案的数量。通常，科学文献介绍的是使用有限数据设计模型的应用。因此，他们的研究结果与工业或城市规划问题的现实往往不太相符。例如，代理模型经常被使用，并且与基于鸟类群体行为计算距离相关。但当它们与黏菌模型交互时，它们可以合并来自现实交通网络的数据。

仿生学的未来是什么？我们将会赋予制造的产品、建造的建筑更多生命的特征，未来的产品和建筑将不仅仅是软件定义产品、软件定义建筑，而是产品即生命、建筑即生命，人类实现与自然和谐相处，实现产品、自然和生命的和谐。

库兹韦尔曾经在《奇点临近》一书中这样描绘宇宙的未来：如果技术奇点发生，人类智能将以光速在宇宙中殖民和扩散，直至充满整个宇宙。我们可能难以想象整个宇宙充满智能的景象，却可以展望随着仿生学的发展，我们居住的星球，我们所采用的技术可以让人类的造物（制造业的产品和建造的建筑）拥有更多的生命元素和特征，碳基与硅基生命和谐共生，我们的星球生机盎然。