TED日本語 - ドリス・キム・サン: 呼吸する金属


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - ドリス・キム・サン: 呼吸する金属

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Metal that breathes


Doris Kim Sung






I was one of those kids that, every time I got in the car, I basically had to roll down the window. It was usually too hot, too stuffy or just too smelly, and my father would not let us use the air conditioner. He said that it would overheat the engine. And you might remember, some of you, how the cars were back then, and it was a common problem of overheating. But it was also the signal that capped the use, or overuse, of energy-consuming devices.

Things have changed now. We have cars that we take across country. We blast the air conditioning the entire way, and we never experience overheating. So there's no more signal for us to tell us to stop.

Great, right? Well, we have similar problems in buildings. In the past, before air conditioning, we had thick walls. The thick walls are great for insulation. It keeps the interior very cool during the summertime, and warm during the wintertime, and the small windows were also very good because it limited the amount of temperature transfer between the interior and exterior. Then in about the 1930s, with the advent of plate glass, rolled steel and mass production, we were able to make floor-to-ceiling windows and unobstructed views, and with that came the irreversible reliance on mechanical air conditioning to cool our solar-heated spaces. Over time, the buildings got taller and bigger, our engineering even better, so that the mechanical systems were massive. They require a huge amount of energy. They give off a lot of heat into the atmosphere, and for some of you may understand the heat island effect in cities, where the urban areas are much more warm than the adjacent rural areas, but we also have problems that, when we lose power, we can't open a window here, and so the buildings are uninhabitable and have to be made vacant until that air conditioning system can start up again. Even worse, with our intention of trying to make buildings move towards a net-zero energy state, we can't do it just by making mechanical systems more and more efficient. We need to look for something else, and we've gotten ourselves a little bit into a rut.

So what do we do here? How do we pull ourselves and dig us out of this hole that we've dug? If we look at biology, and many of you probably don't know, I was a biology major before I went into architecture, the human skin is the organ that naturally regulates the temperature in the body, and it's a fantastic thing. That's the first line of defense for the body. It has pores, it has sweat glands, it has all these things that work together very dynamically and very efficiently, and so what I propose is that our building skins should be more similar to human skin, and by doing so can be much more dynamic, responsive and differentiated, depending on where it is.

And this gets me back to my research. What I proposed first doing is looking at a different material palette to do that. I presently, or currently, work with smart materials, and a smart thermo-bimetal. First of all, I guess we call it smart because it requires no controls and it requires no energy, and that's a very big deal for architecture. What it is, it's a lamination of two different metals together. You can see that here by the different reflection on this side. And because it has two different coefficients of expansion, when heated,one side will expand faster than the other and result in a curling action. So in early prototypes I built these surfaces to try to see how the curl would react to temperature and possibly allow air to ventilate through the system, and in other prototypes did surfaces where the multiplicity of having these strips together can try to make bigger movement happen when also heated, and currently have this installation at the Materials & amp; Applications gallery in Silver Lake, close by, and it's there until August, if you want to see it. It's called "Bloom," and the surface is made completely out of thermo-bimetal, and its intention is to make this canopy that does two things. One, it's a sun-shading device, so that when the sun hits the surface, it constricts the amount of sun passing through, and in other areas, it's a ventilating system, so that hot, trapped air underneath can actually move through and out when necessary.

You can see here in this time-lapse video that the sun, as it moves across the surface, as well as the shade, each of the tiles moves individually. Keep in mind, with the digital technology that we have today, this thing was made out of about 14,000 pieces and there's no two pieces alike at all. Every single one is different. And the great thing with that is the fact that we can calibrate each one to be very, very specific to its location, to the angle of the sun, and also how the thing actually curls.

So this kind of proof of concept project has a lot of implications to actual future application in architecture, and in this case, here you see a house, that's for a developer in China, and it's actually a four-story glass box. It's still with that glass box because we still want that visual access, but now it's sheathed with this thermo-bimetal layer, it's a screen that goes around it, and that layer can actually open and close as that sun moves around on that surface. In addition to that, it can also screen areas for privacy, so that it can differentiate from some of the public areas in the space during different times of day. And what it basically implies is that, in houses now, we don't need drapes or shutters or blinds anymore because we can sheath the building with these things, as well as control the amount of air conditioning you need inside that building.

I'm also looking at trying to develop some building components for the market, and so here you see a pretty typical double-glazed window panel, and in that panel, between those two pieces of glass, that double-glazing, I'm trying to work on making a thermo-bimetal pattern system so that when the sun hits that outside layer and heats that interior cavity, that thermo-bimetal will begin to curl, and what actually will happen then is it'll start to block out the sun in certain areas of the building, and totally, if necessary. And so you can imagine, even in this application, that in a high-rise building where the panel systems go from floor to floor up to 30,40 floors, the entire surface could be differentiated at different times of day depending on how that sun moves across and hits that surface.

And these are some later studies that I'm working on right now that are on the boards, where you can see, in the bottom right-hand corner, with the red, it's actually smaller pieces of thermometal, and it's actually going to, we're trying to make it move like cilia or eyelashes.

This last project is also of components. The influence -- and if you have noticed,one of my spheres of influence is biology -- is from a grasshopper. And grasshoppers have a different kind of breathing system. They breathe through holes in their sides called spiracles, and they bring the air through and it moves through their system to cool them down, and so in this project, I'm trying to look at how we can consider that in architecture too, how we can bring air through holes in the sides of a building. And so you see here some early studies of blocks, where those holes are actually coming through, and this is before the thermo-bimetal is applied, and this is after the bimetal is applied. Sorry, it's a little hard to see, but on the surfaces, you can see these red arrows. On the left, it's when it's cold and the thermo-bimetal is flat so it will constrict air from passing through the blocks, and on the right, the thermo-bimetal curls and allows that air to pass through, so those are two different components that I'm working on, and again, it's a completely different thing, because you can imagine that air could potentially be coming through the walls instead of opening windows.

So I want to leave you with one last impression about the project, or this kind of work and using smart materials. When you're tired of opening and closing those blinds day after day, when you're on vacation and there's no one there on the weekends to be turning off and on the controls, or when there's a power outage, and you have no electricity to rely on, these thermo-bimetals will still be working tirelessly, efficiently and endlessly. Thank you. (Applause) (Applause)

私は車に乗ると必ず 窓を開けずにはいられない子供でした どんなに暑くても 息苦しくても 臭くても 父はエアコンをつけてくれませんでした エンジンがオーバーヒートするからダメだと言うのです 覚えている方もいるでしょう 当時の車は オーバーヒートする事が よくありました でもそれはエネルギーの浪費を 制限していたのです

状況は変わり今の車は大陸を横断の運転で エアコンをつけっぱなしにしても オーバーヒートすることはありません 使いたい放題に使えるのです

これって良いことなのでしょうか?建物に関しても同様のことが言えます かつてエアコンがなかった時代建物には厚い壁がありました 厚い壁には断熱効果があり室内を夏季には涼しく 冬季には暖かく保ちます 小さな窓も上手くできていました 室内外の熱の移動を 制限していたのです 1930年代板ガラスや圧延鋼板の発明 大量生産技術により 私たちは床から天井までの窓と遮る物のない視界を手に入れました 引き換えに 太陽に温められた室内を冷やすために 私達はすっかりエアコンに依存するようになりました 刻々とビルは高く大きくなり技術もさらに進化し 空調システムは巨大なものになりました それらは大量のエネルギーを必要としています 大気中に大量の熱を放出し ご存じのとおりヒートアイランド現象を引き起こします 都市部において 都会が 近接する郊外部より暖かくなる現象のことです しかし他にも問題があります 停電すると 窓が開けられないので 私たちはビルに居られなくなり エアコンのシステムが再起動するまでビルは使えません さらに悪いことに ネット・ゼロ・エネルギー・ビルを目指していますが 空調の効率化だけでは不十分です 何か他の手段が必要ですが現在 行き詰まりの状態です

そこでどんな対策を講じられるか? 私たち自ら掘った穴からどうしたら抜け出せるでしょう? 生物学的に見るとどうでしょう 実は私は建築に関わる前に生物学を専攻していました ヒトの肌は体温を自然に調節する機能を持つ 素晴しい器官です 肌は体を守る最初の砦なのです そのために肌の毛穴や 汗腺などは 協調して絶えず効率的に働きます ビルの表面は 皮膚に非常に似たものであるべきではないでしょうか そうすれば 壁は場所に応じてより動的に かつ敏感に変化できるのです

これが私の研究につながります 私が最初に提案したことは数多くの異なる素材を調査することです 最近研究しているのはスマートマテリアルと スマート・サーモ・バイメタルです まずこれを「スマート(賢い)」と称するのは 外部からの制御やエネルギーが一切不要で これが建築に重要な変化をもたらすのです これは二種の異なる金属を貼り合せたたシートで 見ると表裏で光り方が違いますね それぞれの面が 二種の異なる熱膨張率を持つため 温められると一方の面が他方の面より早く膨張し 結果的に湾曲するのです 初期の試作品ではこれらの表面が 温度に応じてどのように湾曲し 換気に応用できるか観察しました また他の試作品ではこの素材の短冊状のものを 何本も使い 温まった時に 表面がより歪曲するように設計しました これはマテリアル&アプリケーション・ギャラリーに展示されています すぐ近くのシルバーレイクで8月まで展示しているので 是非 御覧下さい タイトルは「Bloom」その表面は全て サーモバイメタルで作っていますそれによりこの覆いは 二つの機能を持っています一つ目は 日傘の機能 太陽が表面に当たる部分では太陽光の透過を防ぎます また他の場所は風通しを良くする役目を担い 内部の熱され閉じ込められた空気は 必要に応じ外部へと移動するのです

これは低速度撮影したビデオで 太陽の当たる場所と影の移動に従い それぞれの薄片が動くのがわかります 実は 現代のデジタル技術を駆使し 1万4千枚の金属片から作られています 金属片は一つとして同じものはなく全て異なります 素晴らしいことにそれぞれの金属片は 配置される場所や太陽の角度 湾曲率に合うよう 一枚一枚を正確に調整できるのです

この様なコンセプト検証実験は 将来的に実際に建築へ導入する際 大きな意味を持ちます 例えば この家は 中国の宅地開発業者のもので 4階建のガラスの家なんです 視界が妨げられないようガラスのままですが これをサーモバイメタルで包み込みました 家全体を覆うスクリーンで 太陽の動きに合わせて開閉するのです 加えてスクリーンはプライバシー確保になります 時間によって プライベートな空間を 変化させることができます つまり将来は建物に カーテン 雨戸 ブラインドなどは不要になり この素材で建物を覆えば 同時に建物内の空調の量もコントロールできるわけです

市場に向けた建築資材の開発も視野に入れています これはごく典型的な二重ガラス窓です この二重ガラス窓のパネルの 二枚のガラスの間に サーモバイメタルシステムを組み込むことに挑戦しています 太陽光が外側のガラスに当たり 内部の空洞を暖めたときに 中のバイメタルが湾曲し始めます そして建物の ある部分だけ 太陽光を遮断するのです 必要であれば全体でも良いのです 想像してくださいこれが実用化されれば 高層ビルの30階や40階でも このシステムを設置すれば外壁全体が 太陽の動き方や日光の当たり方に応じて 時間によって変化させられるのです

こちらは 私が最近取り組んでいる研究です 右下隅の 赤いものは 実はとても小さなサーモメタルです これを睫毛や繊毛のように動かそうとしています

最後のプロジェクトも建築要素です お気付きかもしれませんがこれも生物学から影響を受けました バッタです バッタは変わった呼吸器官を持っています 気門と呼ばれる身体側面の孔で呼吸します 空気がその孔を通過し身体を冷却するのです このプロジェクトでは どのようにそれを建築に応用するか どのように建物側面の穴に空気を通すかそれを調べています 初期研究のブロックです それぞれの孔は貫通しており こちらがバイメタルを施したもの こちらはバイメタルを使用していないものです すこし見え難いですが表面に赤い矢印が見えるでしょう 左側は低温時サーモバイメタルは平らで ブロック内の空気の通過を遮断しています 右側のサーモバイメタルは湾曲し 空気が通過するようになっています これが私が現在取り組んでいる二つの構成要素です また これらはとても特別な物です 全く新しい考え方です 窓を開ける代わりに自動的に空気が壁を通するのです

このスマートマテリアルは 本当に素晴らしいものなんです 毎日ブラインドの開閉に疲れたとき 休暇中や週末に 空調を制御する人が居ないとき または大規模停電で電力がなくなっても このサーモバイメタルは 疲れることなく効率的に 永遠に動き続けるのですありがとうございました (拍手)

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