Mơ về thành phố tân tiến như trong truyện Doraemon? Những vật liệu mới dưới đây sẽ khiến viễn cảnh đó của bạn không còn xa vời

Có thể nói kiến trúc của những tòa nhà đồ sộ và đắt tiền vốn luôn được quyết định bởi khía cạnh thẩm mỹ, thiết kế và kĩ thuật. Ngày nay những ảnh hưởng tương tự cũng áp dụng cho những căn hộ nhỏ, kể cả có là nhà riêng hay là chung cư.

Nhưng xu hướng tương lai sẽ dần thay đổi những ưu tiên đó, khi sự thực dụng đang lên ngôi—căn nhà lý tưởng sẽ không tốn quá nhiều tài nguyên diện tích, trong khi vẫn ấm áp vào mùa hè và thoáng mát vào mùa đông, chưa kể phải luôn ngập tràn ánh sáng quanh năm.

Bê tông là vật liệu chủ đạo của trào lưu thẩm mỹ hiện đại chủ nghĩa thế kỉ 20, phù hợp với sự ưa chuộng của chủ nghĩa này với những đường thẳng và tính đối xứng. Sau đó những tiến bộ trong kĩ thuật xây dựng đã giúp cho những kiến trúc sư như Frank Gehry và Zaha Hadid có thể khắc tạo nên những công trình kiến trúc vừa phi lý vừa có tính nghệ thuật cao như vậy.

Tuyệt tác của kiến trúc sư Frank Gehry.

Vậy những vật liệu nào đang định nghĩa lại hình ảnh của các thành phố trong thế kỉ 21?

Kính thông minh

Bất kể có là kiểu nhà gì, thì loại kính này cũng giúp việc kiểm soát ánh sáng tự nhiên trong nhà dễ dàng hơn rất nhiều. Thậm chí chúng ta còn có một vài loại kính "thông minh" khác nhau: Có loại có thể tự làm sạch nhờ phủ một lớp chống dính siêu mỏng bên ngoài; loại khác thì sử dụng xúc tác kích hoạt UV để biến những vết nhờn bẩn trên mặt kính thành CO2 và nước.

Các dạng khác có thể phản hồi lại ánh sáng mặt trời và nhiệt độ (giống như kính mắt đổi màu), giảm chói và kiểm soát nhiệt độ trong nhà tốt hơn. Ở các loại kính đổi màu, năng lượng từ ánh sáng mặt trời đã làm các nguyên tử nhảy khỏi trạng thái trật tự, vốn tạo nên rất nhiều khoảng trống giúp 75% ánh sáng lọt qua, biến thành trạng thái hỗn loạn khiến chỉ 25% ánh sáng lọt qua. Thậm chí có những loại kính mới làm bằng vật liệu đổi màu theo điện tích còn giúp bạn kiểm soát chủ động bằng việc chạy một dòng điện qua nó, khiến cho nó dần tối sau 5 phút và giảm đến 50% lượng ánh sáng lọt qua.

Kính đổi màu.

Nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng để làm cho kính được phủ một lớp sương, giúp cho các văn phòng hay nhà tắm có được sự riêng tư cần thiết mà không phải tiếp cận với ánh sáng tự nhiên.

Tận dụng ánh sáng mặt trời

Một cách để sử dụng năng lượng tốt hơn là tận dụng ánh sáng tự nhiên, thay vì phải phát triển những kĩ thuật nhân tạo khác.

Các kĩ sư ứng dụng kĩ thuật này trong các tòa nhà, bằng việc định hướng ánh sáng tự nhiên thông qua các ống thông gió sử dụng gỗ phản chiếu. Kĩ thuật này không những giúp việc thắp sáng trở nên rẻ và tiết kiệm năng lượng hơn, mà có thể còn giúp giảm một số hội chứng liên quan đến ánh sáng ở người như dị ứng theo mùa hay cận thị

Các loại thép mới

Thép cũng cũng luôn sẵn sàng chuyển mình để đương đầu với những xu thế mới. Cũng không cần những công thức hóa học phức tạp hay nguyên liệu mới thần kì—chúng ta có thể thay đổi đặc tính của thép chỉ đơn giản nhờ thay đổi cấu trúc của nó.

Khi mà các thành phố ngày một trở nên đông đúc và các tòa nhà cao tầng mọc lên như nấm, xây dựng các cấu trúc vững trãi và hiệu năng ngày càng trở nên cần thiết. Tuy nhiên đắp càng cao thì nhà càng phải nhẹ và chắc, đặc biệt là trong các khu vực xảy ra động đất. May mắn thay, có một loại vật liệu mới mang tên 'thép bọt biển', không những chứng minh sức mạnh và độ cứng rắn, mà còn đặc biệt có khả năng hấp thu động lượng để giúp tòa nhà không bị rung lắc, đồng thời cách âm và cách điện.

Thép bọt biển.

Thực ra vật liệu này vẫn còn đang trong quá trình thử nghiệm trong ngành xây dựng dân dụng, nhưng ngành hàng không đã đi trước một bước khi quyết định lên kế hoạch sử dụng nó. Họ định sẽ thêm vào lớp 'bọt biển' những phiến kim loại mỏng, để tạo nên cấu trúc kẹp như một cái bánh sandwich. Cấu trúc này có khả năng phục hồi nguyên trạng ngay cả khi bị ép cong đến một nửa kích thước, một vật liệu chống sốc tuyệt vời.

Vật liệu hỗn hợp Composite

Không phải mọi thứ đều được làm bằng thép. Với rất nhiều vật liệu phi kim đã được sử dụng trong máy bay, tuabin và phi thuyền—chưa kể sự cải tiến liên tục một loại vật liệu xây dựng có từ ngàn đời nay là gỗ—các kiến trúc sư đang hết sức nỗ lực để khai phá những giải pháp vật liệu thay thế cho thép cho các tòa nhà tương lai.

Các tòa nhà nhẹ hơn có thể bớt đắt đỏ và tốn ít thời gian xây dựng hơn, đặc biệt nếu người ta giảm trọng lượng ở gần đỉnh của tòa nhà. Mặc dù thép bọt biển trông thì có vẻ là một giải pháp tốt cho điều này, nhưng vấn đề là nó vẫn là kim loại, mà kim loại thì giãn nở khi tăng nhiệt.

Một giải pháp khả thi là thay đổi hình dạng của tòa nhà, mà qua đó thay đổi luôn cách tòa nhà phân bổ lực. Các tòa nhà Monocoque là một ví dụ điển hình, với cách xây dựng mái vòm chịu lực tái hiện bề mặt vỏ trứng

Vấn đề ở đây là hình dạng tự do như vỏ trứng là cực khó để có thể làm nên từ thép. Sử dụng vật liệu tổng hợp composite là một giải pháp — khi vật liệu được tổng hợp từ rất nhiều nguồn khác nhau. Điều này đem lại những lợi ích phi thường cho nó trong nhiều trường hợp, đặc biệt là khả năng đúc khuôn chính xác đến từng chi tiết. Chúng thậm chí còn có thể kết nối với nhau theo nhiều hướng, tiết kiệm rất nhiều thời gian so với kĩ thuật gò hàn vừa lộn xộn, vừa tốn thời gian trong quá khứ.

Những đặc tính của vật liệu composite còn dễ dàng được định hình theo ý muốn, nhờ vào bản chất pha tạp của nó. Tính toàn vẹn cấu trúc của composite thường đến từ các sợi thớ chồng lặp, làm từ kính, carbon, boron hoặc thậm chí cả thớ gỗ. tất cả chúng sẽ được tráng nhựa, một kiểu nhựa phản ứng nhiệt như nhựa ABS, thứ thường được dùng trong các mũ bảo hiểm leo núi.

Một số vật liệu composite nổi bật vì vẻ bề ngoài hơn là vì độ dẻo dai của nó —như là gỗ báo. Dĩ nhiên hãng Vij5 của Hà Lan, đơn vị đã phát minh ra loại gỗ này, không mơ ước chế ra gỗ từ những con vật chạy nhanh nhất hành tinh ở châu Phi, mà là từ những tờ báo được cuộn chặt, tráng nhựa sau đó cắt ra thành những tấm ván có độ rộng ngang với một tờ báo mở. Hầu hết khả năng chống chịu của loại gỗ này đến từ loại hồ hữu cơ mà nó sử dụng. Tuy nhiên vẻ đẹp cổ điển với mực báo và chữ viết tạo nên hiệu ứng thớ như gỗ thật, mới là điểm đáng nổi bật nhất của sản phẩm này.

Gỗ báo, với vẻ đẹp vừa sang trọng vừa mang nét cổ kính với họa tiết không đâu xa chính là những vết mực in từ chữ trên mặt báo.

Vậy là bây giờ chúng ta có thể hình dung về thành phố của tương lai. Chúng ta sẽ có ống thông gió và những ván gỗ phản quang để giữ cho văn phòng sáng một cách tự nhiên. Các tòa nhà sẽ tự động trở nên ấm hơn khi mùa đông về, và mát mẻ khi nhiệt độ ngoài trời tăng cao. Sẽ không có bu lông hay đai ốc trong tầm mắt và mọi thứ sẽ cong một cách hoàn hảo, kể cả cửa sổ. Các bề mặt sẽ nhẵn nhụi và nhìn như một tấm vải— một diện mạo vừa thân thuộc lại vừa xa lạ. Những tòa cao ốc sẽ vươn lên những tầm cao mới, cả nghĩa đen và nghĩa bóng. Trong những ngày nắng bạn có thể đi dạo quanh thành phố mà không bị chói mắt bởi ánh sáng mặt trời đã bị hấp thụ trong những tấm kính mờ đục. Nhưng trong những ngày âm u hơn, vẫn những tấm kính đó sẽ trong suốt đến nỗi bạn có thể tọc mạch được chuyện nhà hàng xóm nếu họ không đóng rèm cho cẩn thận.