Растения-светильники могут осветить путь к экологичным зданиям
Здания будущего могут освещаться коллекциями светящихся растений, спроектированными вокруг инфраструктуры для сбора солнечного света, транспортировки воды, сбора почвы и компостирования. Таково видение междисциплинарного сотрудничества профессора архитектуры MIT и профессора химической инженерии.
Светящиеся растения, представленные в 2017 году, не являются генетически модифицированными. Вместо этого они насыщены наночастицами, которые преобразуют запасенную растением энергию в свет, подобно светлячкам. «Преобразование делает практически любое растение устойчивой, потенциально революционной технологией», — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии в MIT. «Оно обещает освещение, независимое от электрической сети, с "батареями", которые никогда не нужно заряжать, и линиями электропередач, которые никогда не нужно прокладывать».
Страно и его коллеги осознали необходимость партнеров, которые могли бы развить концепцию и понять её вызовы и потенциал как части будущего устойчивой энергетики. Он обратился к Шейле Кеннеди, профессору архитектуры MIT, известной своей работой в области чистой энергетической инфраструктуры.
«Наука была настолько новой и зарождающейся, что это казалось интересной дизайнерской задачей», — говорит Кеннеди. Команда задумалась над фундаментальными вопросами: как понять и выразить идею растительного освещения как живой биологической технологии и как вовлечь публику в представление этого нового будущего.
«Если мы будем рассматривать разработку растения просто как ещё одну лампочку, это неправильный путь», — добавляет Страно.
В 2017 году Кеннеди и Страно получили Professor Amar G. Bose Research Grant для развития сотрудничества. Эти гранты поддерживают нетрадиционные, опережающие время и часто междисциплинарные исследования.
Их первый год работы по гранту привел к созданию нескольких поколений светящихся растений кресс-салата, которые светятся дольше и ярче первых экспериментальных версий. Команда оценивает новый компонент для нанобионных растений — частицы-световые конденсаторы. Эти наночастицы, внедренные в растение, накапливают всплески генерации света и «высвобождают их со временем», — объясняет Страно. В норме свет, создаваемый в биохимической реакции, может быть ярким, но быстро затухает. Емкостные частицы продлевают длительность генерируемого растительного света с часов до потенциально дней и недель.
Исследователи дополнили свой первоначальный патент на концепцию светящихся растений, также подав новый патент на конденсатор и другие компоненты.
Дизайн для демонстрации
По мере развития технологии команда также представляет, как люди могут взаимодействовать с растениями в повседневной жизни. Архитектурные возможности их светящегося растения будут представлены в новой инсталляции «Plant Properties, a Future Urban Development» в музее Cooper Hewitt, Smithsonian Design Museum в Нью-Йорке.
Посетители инсталляции, частью выставки «Nature—Cooper Hewitt Design Triennial» 2019 года, могут заглянуть в масштабную архитектурную модель нью-йоркского доходного дома, которая также служит инкубатором для растений. Инсталляция демонстрирует дорожную карту того, как существующее жилое здание могло бы быть адаптировано и преобразовано дизайном для поддержки естественного роста растений в будущем, когда доступная энергия может быть очень ограничена.
«В Plant Properties инфраструктура на основе нанобионных растений спроектирована для использования собственных ресурсов природы», — говорит Кеннеди. «Здание собирает и транспортирует солнечный свет, собирает и перерабатывает воду, обогащает почву компостом».
Проектирование выставки принесло новые вызовы. «Мы многое узнали об уходе за растениями, — добавляет Страно. — Одно дело — провести лабораторную демонстрацию, и совсем другое — обеспечить 33 непрерывные недели публичной демонстрации».
Исследователям пришлось найти способ показать растения в условиях музея с низким освещением, где грязь и насекомые, привлекаемые живыми растениями, обычно изгоняются. «Но вместо того чтобы видеть в этом непреодолимое препятствие, — говорит Кеннеди, — мы поняли, что эта ситуация — как позволить живым растениям процветать в закрытом пространстве музея — в точности повторяет архитектурную проблему поддержки значительного количества растений, растущих внутри зданий».
В инсталляции несколько смотровых отверстий в модель здания предлагают взглянуть на то, как люди в здании живут с растениями. Посетителей музея поощряют присоединиться к эксперименту и собирать информацию о росте растений и яркости, загружая свои фотографии растений в Instagram и отмечая лабораторию MIT Plant Nanobiotics, используя @plantproperties.
Команда также собирает данные о том, как растения реагируют на наночастицы и другие потенциальные стрессы. «Растения на самом деле испытывают больший стресс от музейной среды, чем от вносимых нами модификаций, но эти эффекты необходимо изучать и смягчать, если мы хотим использовать растения для внутреннего освещения», — отмечает Страно.
Яркое и заботливое будущее
Кеннеди и Страно говорят, что растения могут стать центром новой, но также «до-электрической» идеи в архитектуре.
На протяжении большей части человеческой истории, объясняет Кеннеди, естественные процессы — от солнечного света до компостирования отходов — были частью основной инфраструктуры зданий. Но в современном мышлении эти процессы были исключены или скрыты, не позволяя людям столкнуться лицом к лицу с экологическими издержками энергетической инфраструктуры, сделанной из токсичных материалов и работающей на ископаемом топливе.
«Люди не ставят под сомнение воздействие нашей собственной основной электрической сети сегодня. Она очень уязвима, очень хрупка, очень расточительна и также полна токсичных материалов, — говорит она. — Мы не ставим это под сомнение, но нам нужно».
«Освещение прямо сейчас потребляет огромную часть нашего энергетического спроса, приближаясь к 20% нашего мирового энергопотребления, генерируя два гигатонны углекислого газа в год, — добавляет Страно. — Подумайте, что растения заменяют не только лампу на вашем столе. Существует огромный энергетический след, который потенциально может быть заменен светящимся растением».
Команда продолжает работать над новыми способами внедрения наночастиц в растения, чтобы они работали в течение всей жизни растения, а также экспериментирует с более крупными растениями, такими как деревья. Но для процветания растений архитекторам придется разработать инфраструктуру зданий, которая интегрирует растения в новую внутреннюю экосистему солнечного света, воды и утилизации отходов, говорит Кеннеди.
«Если растения будут обеспечивать людей светом, нам нужно сохранять растения здоровыми, чтобы получать пользу от всего, что они нам дают, — говорит она. — Мы думаем, что это спровоцирует гораздо более заботливые или nurturing отношения людей и их растений, или растений и людей, которых они освещают».