Rigid auxetics for adaptive space: from soft mechanics to multifunctional architectural elements

This research introduces an innovative architectural and engineering application of auxetic materials by translating their unique deformation characteristics from traditionally soft and flexible forms into rigid panel systems. Unlike conventional auxetic implementations, which rely on foams or textiles, this study pioneers the use of rigid materials such as wood and polylactic acid (PLA), employing advanced fabrication techniques including laser cutting and 3D printing. The core advantage lies in the linear deformation of rigid auxetic panels, enabling multifunctional adaptability across various architectural domains. In optical applications, auxetic shading panels are integrated within the air cavity of double-glazed units in curtain wall systems, significantly reducing spatial requirements, construction complexity, external frame costs, and maintenance challenges, thus presenting substantial economic and functional potential. Acoustic applications are demonstrated through open-plan office scenarios, where auxetic panels function effectively as sound absorbers, minimizing ambient noise levels. In interior design contexts, these panels serve as flexible spatial partitions, ensuring privacy and customizable spatial layouts. Furthermore, in automation contexts, the research incorporates motor-driven rotation to induce controlled linear motion, expanding the panels' responsiveness and adaptability. Utilizing parametric design methodologies alongside computational simulation tools (Radiance, Ladybug, Honeybee, and Pachyderm), this study systematically assesses the performance of auxetic panel systems, ensuring compliance with lighting standards and achieving significant reductions in glare and energy consumption. The findings confirm the efficacy and versatility of rigid auxetic systems as intelligent and adaptive architectural elements, markedly enhancing sustainability, occupant comfort, and spatial flexibility.

La ricerca introduce un'applicazione innovativa nel campo dell'architettura e dell'ingegneria dei materiali auxetici, traducendo le loro caratteristiche di deformazione uniche da forme tradizionalmente morbide e flessibili in sistemi di pannelli rigidi. A differenza delle implementazioni auxetiche convenzionali, che si basano su schiume o tessuti, questo studio è all'avanguardia nell'uso di materiali rigidi come il legno e l'acido polilattico (PLA), impiegando tecniche di fabbricazione avanzate tra cui il taglio laser e la stampa 3D. Il vantaggio principale risiede nella deformazione lineare dei pannelli auxetici rigidi, che consente un'adattabilità multifunzionale in vari ambiti architettonici. Nelle applicazioni ottiche, i pannelli ombreggianti auxetici sono integrati nella cavità d'aria delle unità a doppio vetro nei sistemi di facciate continue, riducendo significativamente i requisiti spaziali, la complessità costruttiva, i costi dei telai esterni e le difficoltà di manutenzione, presentando così un notevole potenziale economico e funzionale. Le applicazioni acustiche sono dimostrate attraverso scenari di uffici open space, dove i pannelli auxetici funzionano efficacemente come assorbitori acustici, riducendo al minimo i livelli di rumore ambientale. Nel contesto dell'interior design, questi pannelli fungono da divisori spaziali flessibili, garantendo la privacy e la personalizzazione degli spazi. Inoltre, nel contesto dell'automazione, la ricerca incorpora la rotazione motorizzata per indurre un movimento lineare controllato, ampliando la reattività e l'adattabilità dei pannelli. Utilizzando metodologie di progettazione parametrica insieme a strumenti di simulazione computazionale (Radiance, Ladybug, Honeybee e Pachyderm), questo studio valuta sistematicamente le prestazioni dei sistemi di pannelli auxetici, garantendo la conformità agli standard di illuminazione e ottenendo riduzioni significative dell'abbagliamento e del consumo energetico. I risultati confermano l'efficacia e la versatilità dei sistemi auxetici rigidi come elementi architettonici intelligenti e adattivi, migliorando notevolmente la sostenibilità, il comfort degli occupanti e la flessibilità spaziale.