©Alain Herzog/EPFL© 2020 EPFL

Een man loopt over een spanbrug. Als hij midden op de brug staat komt er van de andere kant een andere persoon aangelopen. Van afstand is te zien dat de onderbouw van de brug beweegt en van vorm verandert. 

Bouwelementen die zich voegen naar steeds veranderende omstandigheden vallen onder de noemer van zich aanpassende structuren, in het Engels beter bekend als ‘adaptive structures’. Deze vorm van bouwkunde komt meer en meer in zwang nu de bouwsector onder druk staat iets te doen aan het ontlasten van het milieu. Deze branche zoekt nieuwe manieren van bouwen om aan steeds stringentere milieu-eisen te voldoen.

 Adaptieve structuren zijn structuren die in staat zijn om de belasting actief op te vangen door middel van onder andere sensoren en actuatoren, die informatie leveren aan een besturingscommando.

Gebouwen worden zo gebouwd dat ze bestand zijn in het geval van extreme situaties (mensenmassa’s, extreme wind), die echter maar zeer zelden optreden.

De voetgangersbrug (6,6 meter lang, 1 meter breed, 16 centimeter diep in passieve toestand) staat niet in het wild, maar is een proefopstelling die staat in een ruimte van het Toegepaste Computer- en Mechanica Laboratorium (IMAC), onderdeel van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (de Franstalige Technische Universiteit van Lausanne). Met het ontwerp willen de onderzoekers aantonen dat een structuur zo kan worden ontworpen dat als de belasting boven een bepaalde waarde stijgt, de constructie zich automatisch aanpast door van vorm te veranderen. 

Vermindering van de spanning door vormbeheersing. © 2020 IMAC

Het idee erachter is dat structuren gebouwd worden om bestand te zijn in het geval van extreme situaties (mensenmassa’s, extreme wind en andere natuurlijke omstandigheden), die echter maar zeer zelden optreden. Het prototype is een geslaagde mix van bouwkunde en controletechniek, zoals een van de onderzoekers in deze korte video laat zien. Op de video, die deze week door IMAC werd gepresenteerd, tonen de onderzoekers hoe het principe werkt.

Sensoren en actuatoren

In de loopbrug is een besturingssysteem vervat, dat bestaat uit sensoren en actuatoren, hydro- of elektrische apparaten. Elk element van de constructie is uitgerust met een druksensor. Bovendien wordt de beweging van de constructie steeds door een optisch systeem waargenomen. Er is ook gebruik gemaakt van machine learning om de nauwkeurigheid te verbeteren. De besturingseenheden verwerken de informatie real time die ze van de sensoren ontvangen en sturen de actuatoren aan om te zorgen dat de structuur zich vergroot of juist inkrimpt, afhankelijk van de druk op de structuur. 

Als deze vorm van ‘adaptief’ bouwen op grote schaal bij het ontwerp en de bouw van constructies (losse elementen, gebouwen) wordt toegepast, is er een stuk minder bouwmateriaal nodig. Bij het conventionele ontwerp van constructies wordt er voor gezorgd dat de sterkte en de vervorming van de constructies voldoen aan de vereiste limieten om het hoofd te kunnen bieden aan de zwaarste belastingen. 

Bouwsector is grote grondstoffenverbruiker

De bouwsector is de grootste verbruiker van grondstoffen en neemt meer dan een derde van de wereldwijde vraag naar energie voor zijn rekening. Eenmaal gebouwd blijven gebouwen en andere structuren milieuonvriendelijk. Ze zijn verantwoordelijk voor tot vijftig procent van de totale CO2-uitstoot tijdens hun levensduur.

Word lid!

Op Innovation Origins lees je elke dag het laatste nieuws over de wereld van innovatie. Dat willen we ook zo houden, maar dat kunnen wij niet alleen! Geniet je van onze artikelen en wil je onafhankelijke journalistiek steunen? Word dan lid en lees onze verhalen gegarandeerd reclamevrij.

Over de auteur

Author profile picture Ewout Kieckens is een Nederlandse journalist in Rome die schrijft over de Italiaanse levensstijl en cultuur. Hij heeft boeken geschreven over uiteenlopende onderwerpen zoals het Vaticaan en Italiaanse vrouwen. Hij is zeer geïnteresseerd in innovaties, met name in de Italiaanse bijdrage aan vooruitgang.