Superpevné vidlice stromů můžou držet dřevostavby

Když se uřízne strom, využijí se většinou jen jeho větve. Rozvětvení zůstane tak maximálně na spálení, v lepším případě na štěpku. Jenže v MIT si uvědomili, jak velká škoda to je. Vždyť rozvětvení je ta nejpevnější část stromů.

Když se nad tím zamyslíte, je to pochopitelné. Strom musí v tomto místě udržet zatížení větve, které vychází z terminálů pod úplně jiným úhlem. Kdybyste takovou vidlici rozřízli, našli byste třírozměrný shluk vláken, různě pokroucených, spojených, ale extrémně pevných. Kdo někdy sekal dříví, ten ví, že suk je nejtvrdší.

A tak na jedné z nejslavnějších technických univerzit světa, Massachusetts Institute of Technology (MIT), přišla s nápadem na využití Caitlin Muellerová, docentka architektury, stavebního a environmentálního inženýrství. Místo toho, aby se nevyužité vidlice stromů rozemlely na mulč nebo spálily v kamnech, začala jejich tvary a pevnost zkoumat z hlediska využití ve stavební konstrukci.

Cirkulární ekonomika v praxi – každý kousek stromu se využije. I tyhle vidlice stromů. Foto: Felix Amtsberg

„Vidlice na stromech jsou přirozeně navržená konstrukční spojení, která mají potenciál velmi efektivně přenášet sílu díky své vnitřní struktuře vláken,“ říká Caitlin Muellerová. „Když vezmete vidlici a rozříznete ji uprostřed, uvidíte neuvěřitelnou síť vláken, která se proplétají, aby vytvořila tyto často trojrozměrné body přenosu zatížení ve stromě. Začínáme dělat to samé pomocí 3D tisku, ale zdaleka nejsme blízko tomu, co dělá příroda, pokud jde o složitou orientaci vláken a geometrii.“

Schema zapojení vidlic do konstrukčního systému. Foto: MIT

Z odpadu do počítače

Celá cesta byla trochu složitější. Prvotní impulz byl vlastně trochu jiný. Docentce bylo líto, když nedaleko Somerville High School byla pokácena velká skupina stromů. Přišlo jí škoda je jen tak nevyužít a nechat je odvézt. Když už byly jednou pokácené, chtěla, aby byly smysluplně využity, když už nemůžou zlepšovat životní prostředí města. A tak jí napadlo, že upcyklace by mohla zahrnout strom trochu jinak.

Se svolením města byly svezeny zbytky z prořezu stromů do MIT, kde je rozřezali a pomocí speciálního 3D skenování převedli každou vidlici stromů do digitální podoby. Vznikla tak jejich digitální knihovna, která obsahovala orientaci větví a jejich vláken.

Každá vidlice byla nascanována, zjištěna její vlákna a v Autodesk Boston Technology Center přesně počítačově nařezána. Foto: Felix Amtsberg

S touto knihovnou se pak už dalo pracovat v samotných návrzích. Vědci vytvářeli příhradové konstrukce, ovšem s pomocí právě této knihovny. Počítače vzaly v potaz zatížení, konstrukci a rozdělení sil a z knihovny vybrali vhodnou vidlici, která by toto zatížení snesla. Počítačový program vše dokázal snadno upravit a změnit tak, aby i odchylky neznamenaly zeslabení konstrukce, ale naopak aby se vhodnou kombinací různých vidlic její síla násobila.

Další krok už je výrobní. Na počítačově řízeném stroji se opracuje stromová vidlice tak, aby co nejvíce vyhovovala danému uzlu, měla vhodné rozměry, tvar a stále držela svou pevnost. Následně se všechny uzly spojí konstrukčním materiálem, tedy dřevěnými trámky.

V létě 2021 dostalo výzkumné centrum dostatek materiálu pro práci. Foto: Neil Patel of Lee Kennedy Co.

Volnost a udržitelnost v architektuře

Má to hned několik výhod. Jednak je to zajímavé využití dřevěného materiálu, který tak splní svůj účel a zachycený oxid uhličitý se nepustí do ovzduší. Také je tu nezanedbatelné hledisko designu.

„Mnoho ikonických budov postavených v posledních dvou desetiletích má neočekávané tvary,“ řekla Caitlin Muellerová. „Větve stromů mají velmi specifickou geometrii, která se někdy hodí k nepravidelnému nebo nestandardnímu architektonickému tvaru řízenému ne nějakým algoritmem, ale prostě materiálem samotným.“

Zdroje: vlastní dotazování - MIT, web MIT, Wikipedia