Una schiuma-bio derivante dalla cellulosa di legno in grado di realizzare tramite l’innovativa stampa 4D facciate esterne di edifici ecosensibili. Questo è il progetto Archibiofoam, che punta a cambiare la concezione delle costruzioni verso l’idea di edifici che reagiscono naturalmente alle condizioni ambientali.
Archibiofoam, il progetto di una bio-schiuma “stampabile”
Guidato dall’Università finlandese di Aalto insieme alla sua spinoff Woamy, all’Università degli Studi di Milano (con il Centro per la complessità e i biosistemi) e all’Università di Stoccarda, il progetto Archibiofoam punta a sviluppare un nuovo bio-materiale capace di cambiare forma e di reagire in base all’ambiente circostante, in modo da portare alla costruzione di edifici ventilati passivamente senza usare il cemento o l’acciaio.
Forte dell’investimento ricevuto recentemente dall’EIC (Consiglio Europeo per l’Innovazione) nell’ambito del bando europeo Pathfinder Challenges 2023, nei prossimi tre anni i ricercatori provvederanno a “stampare” materiale in questa bio-schiuma (bio-foam) per realizzare facciate esterne di edifici con aperture a oblò capaci di aprirsi e chiudersi in risposta all’ambiente.
Sarà poi compito della spinoff Woamy portare sul mercato l’innovativo sistema, così da trasformare il sogno in realtà.
Il contributo dell’Università di Milano
In questo progetto di tecnologia avanzata giocherà un ruolo importante l’Università degli Studi di Milano con il Centro per la complessità e i biosistemi, rappresentati dal professore di fisica della materia presso il dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli” Stefano Zapperi.
Utilizzando un software proprietario, il suo team del Centro sarà in grado di specificare i parametri di progettazione da ottimizzare algoritmicamente, come la sensibilità al calore e all’umidità del bio-foam, in modo da ottenere i migliori risultati.
Come racconta il professor Stefano Zapperi:
“Stiamo attualmente assistendo a una rivoluzione nel design strutturale grazie agli algoritmi che possono trovare la geometria più efficace per una funzione desiderata, come programmare i cambiamenti di forma sotto stimoli esterni. Durante il progetto Archibiofoam, intendiamo espandere le capacità del nostro software e adattarlo alle caratteristiche fisiche della bio-schiuma e alle esigenze del settore edilizio. Prevedo una pipeline in cui l’architetto specifica solo i suoi requisiti in termini di forma, caratteristiche meccaniche e funzioni di risposta, e il computer fornisce un modello digitale 3D pronto per essere fabbricato su larga scala”.
Stampa 4D, la nuova tecnologia per la bio-schiuma
Il progetto include anche il team di ricercatori dell’Istituto per il Design e la Costruzione Computazionale dell’Università di Stoccarda, guidato dall’esperta in robotica Tiffany Cheng, che si occuperà di regolare l’enorme stampante 4D utilizzata per estrudere il materiale dalla schiuma umida.
Questa stampa 4D consente di programmare oggetti stampati in modo che si trasformino autonomamente in risposta a stimoli ambientali. La progettazione digitale e la fabbricazione robotica delle schiume derivate dal legno offrono la possibilità di creare architetture adattive, riducendo drasticamente l’impronta di carbonio non solo nel processo di produzione dei materiali, ma anche durante tutto il ciclo di vita dell’edificio.
Commenta la dottoressa Tiffany Cheng:
“La fabbricazione additiva robotica è particolarmente adatta per strutturare i materiali ad alta risoluzione, sbloccando così il potenziale di performance del bio-foam su larga scala. Adattando il sistema mono-materiale attraverso il nostro processo di produzione, miriamo a soddisfare i molteplici requisiti funzionali dei componenti edilizi, come la capacità di carico e il cambiamento di forma per la ventilazione adattiva”.
Obiettivo di Archibiofoam: ridurre le emissioni del settore
Una delle principali motivazioni del progetto Archibiofoam è ridurre le emissioni del settore delle costruzioni. Parliamo dell’industria più inquinante al mondo, con circa il 40% delle emissioni globali annuali.
Mentre il patrimonio edilizio globale continua a invecchiare, anche la sua efficienza di riscaldamento e raffreddamento diventa obsoleta. Ma intervenire sull’infrastruttura edilizia esistente significherebbe comunque rilasciare enormi quantità di emissioni nel breve termine.
Perciò è necessaria una rivalutazione dell’intero ciclo di vita dei materiali per ridurre l’inquinamento, e i bio-materiali (come questa bio-schiuma) possono contribuire in tutto ciò. Se sviluppati e utilizzati, i bio-materiali potrebbero sostituire i tipici materiali da costruzione non rinnovabili e ad alta intensità di risorse come cemento, acciaio e vetro.
Anche perché, come nel caso della bio-schiuma, si tratta di materiali che hanno una resistenza paragonabile, ma con il vantaggio di essere composti per il 90% da aria, oltre che biodegradabili e aderenti ai principi dell’economia circolare.
Come spiega il ricercatore Juha Koivisto, a capo del team di Aalto che coordinerà il progetto:
“La comunità scientifica sa da tempo che l’integrità strutturale di queste bio-schiume è competitiva con altri materiali da costruzione, ma non è stata testata al massimo del suo potenziale. Non solo dimostreremo che la nostra tecnologia di schiuma a celle chiuse può essere utilizzata come materiale sostitutivo, ma dimostreremo anche la sua capacità unica di rispondere ai fattori ambientali come calore e umidità per consentire il riscaldamento e il raffreddamento passivi degli edifici, migliorando l’impronta di carbonio delle infrastrutture edilizie esistenti di vari ordini di grandezza”.
