I was one of those kids that, every time I got in the car, I basically had to roll down the window. It was usually too hot, too stuffy or just too smelly, and my father would not let us use the air conditioner. He said that it would overheat the engine. And you might remember, some of you, how the cars were back then, and it was a common problem of overheating. But it was also the signal that capped the use, or overuse, of energy-consuming devices.
Io ero di quelle ragazzine che, ogni volta che salivano in macchina, dovevano abbassare il finestrino. Di solito era troppo calda, troppo soffocante o semplicemente troppo puzzolente, e mio padre non ci lasciava usare l'aria condizionata. Diceva che poteva surriscaldare il motore. E forse qualcuno di voi ricorda come erano le macchine allora, quando il surriscaldamento era un problema frequente. Ma c'era anche il segnale che indicava il limite di uso, o l'uso eccessivo di dispositivi che consumano energia.
Things have changed now. We have cars that we take across country. We blast the air conditioning the entire way, and we never experience overheating. So there's no more signal for us to tell us to stop.
Ora le cose sono cambiate. Guidiamo le nostre auto attraverso il paese. Usiamo l'aria condizionata per tutta la strada e non abbiamo mai problemi di surriscaldamento. Quindi non c'è più un segnale che indica di fermarsi.
Great, right? Well, we have similar problems in buildings. In the past, before air conditioning, we had thick walls. The thick walls are great for insulation. It keeps the interior very cool during the summertime, and warm during the wintertime, and the small windows were also very good because it limited the amount of temperature transfer between the interior and exterior. Then in about the 1930s, with the advent of plate glass, rolled steel and mass production, we were able to make floor-to-ceiling windows and unobstructed views, and with that came the irreversible reliance on mechanical air conditioning to cool our solar-heated spaces. Over time, the buildings got taller and bigger, our engineering even better, so that the mechanical systems were massive. They require a huge amount of energy. They give off a lot of heat into the atmosphere, and for some of you may understand the heat island effect in cities, where the urban areas are much more warm than the adjacent rural areas, but we also have problems that, when we lose power, we can't open a window here, and so the buildings are uninhabitable and have to be made vacant until that air conditioning system can start up again. Even worse, with our intention of trying to make buildings move towards a net-zero energy state, we can't do it just by making mechanical systems more and more efficient. We need to look for something else, and we've gotten ourselves a little bit into a rut.
Fantastico, no? Bene, abbiamo problemi simili negli edifici. In passato, prima dell'aria condizionata, avevamo muri spessi. I muri spessi sono ottimi per l'isolamento. Mantengono l'interno molto fresco d'estate e caldo d'inverno, e anche le finestre piccole erano molto efficaci perché regolavano la temperatura tra l'interno e l'esterno. Poi, intorno agli anni '30, con l'avvento del vetro industriale, l'acciaio laminato e la produzione di massa, siamo riusciti a fare finestre dal pavimento al soffitto e avere stupende vedute, e con questo è arrivata la dipendenza irreversibile dai sistemi di climatizzazione per raffreddare gli spazi riscaldati dal sole. Col tempo, gli edifici si son fatti sempre più alti e grandi, la nostra ingegneria ancora meglio, in modo che i sistemi meccanici diventassero enormi. Questi richiedono un sacco di energia. Rilasciano un sacco di calore nell'atmosfera che crea l'effetto isola di calore che forse qualcuno di voi conosce, in cui le aree urbane cittadine sono molto più calde rispetto alle aree rurali circostanti. Un altro problema che abbiamo è che quando l'elettricità va via non si può aprire una finestra e quindi gli edifici sono inabitabili e devono essere evacuati finché il sistema di climatizzazione possa ripartire. Ancora peggio, l'idea di costruire edifici ad energia zero non può funzionare soltanto realizzando sistemi meccanici più efficienti. Bisogna cercare qualcos'altro e non fermarci lì.
So what do we do here? How do we pull ourselves and dig us out of this hole that we've dug? If we look at biology, and many of you probably don't know, I was a biology major before I went into architecture, the human skin is the organ that naturally regulates the temperature in the body, and it's a fantastic thing. That's the first line of defense for the body. It has pores, it has sweat glands, it has all these things that work together very dynamically and very efficiently, and so what I propose is that our building skins should be more similar to human skin, and by doing so can be much more dynamic, responsive and differentiated, depending on where it is.
Quindi, cosa facciamo adesso? Come uscire da questo fosso in cui ci siamo infilati? Se osserviamo la biologia, e molti di voi probabilmente non sanno che ho studiato biologia prima di entrare in architettura, la pelle umana è l'organo che regola naturalmente la temperatura del corpo. Una cosa fantastica. Questa è la prima linea di difesa del corpo. Ha pori, ghiandole sudorifere, ha tutte queste cose che lavorano insieme in modo dinamico ed efficiente. Secondo me la pelle dei nostri edifici dovrebbe essere più simile alla pelle umana e quindi essere più dinamica, reattiva e differenziata, a seconda di dove si trova.
And this gets me back to my research. What I proposed first doing is looking at a different material palette to do that. I presently, or currently, work with smart materials, and a smart thermo-bimetal. First of all, I guess we call it smart because it requires no controls and it requires no energy, and that's a very big deal for architecture. What it is, it's a lamination of two different metals together. You can see that here by the different reflection on this side. And because it has two different coefficients of expansion, when heated, one side will expand faster than the other and result in a curling action. So in early prototypes I built these surfaces to try to see how the curl would react to temperature and possibly allow air to ventilate through the system, and in other prototypes did surfaces where the multiplicity of having these strips together can try to make bigger movement happen when also heated, and currently have this installation at the Materials & Applications gallery in Silver Lake, close by, and it's there until August, if you want to see it. It's called "Bloom," and the surface is made completely out of thermo-bimetal, and its intention is to make this canopy that does two things. One, it's a sun-shading device, so that when the sun hits the surface, it constricts the amount of sun passing through, and in other areas, it's a ventilating system, so that hot, trapped air underneath can actually move through and out when necessary.
Questo mi riporta alla mia ricerca. Per farlo ho proposto di esaminare le diverse gamme di materiali. Attualmente, o almeno per ora, lavoro con materiali intelligenti e un bimetallo termico intelligente. Prima di tutto, credo che lo chiamiamo intelligente perché non richiede controlli né impianti elettrici, cosa molto importante per l'architettura. Si tratta di due metalli diversi laminati insieme. Lo si può vedere qui dalla diversa riflessione su questo lato. E siccome hanno due coefficienti di dilatazione diversi, quando vengono riscaldati, un lato si dilaterà più rapidamente dell'altro e finisce per arricciarsi. Nei primi prototipi ho costruito queste superfici per cercare di vedere come reagiva l'arricciatura alla temperatura per, eventualmente, permettere all'aria di circolare attraverso il sistema. In altri prototipi, ho fatto superfici in cui la molteplicità dell'avere queste strisce insieme può causare maggior movimento anche in caso di riscaldamento. Abbiamo questa installazione esposta alla Galleria dei Materiali e delle Applicazioni qui vicino, a Silver Lake, ed è lì fino ad agosto, se volete andare a vederla. Si chiama "Bloom", e la sua superficie è composta interamente da bimetallo termico e il suo scopo è creare questo baldacchino che fa due cose: è un dispositivo che crea ombra, in modo che quando il sole colpisce la superficie limita la quantità di luce che passa; è un sistema di ventilazione, in modo che l'aria calda intrappolata sotto possa effettivamente uscire quando necessario.
You can see here in this time-lapse video that the sun, as it moves across the surface, as well as the shade, each of the tiles moves individually. Keep in mind, with the digital technology that we have today, this thing was made out of about 14,000 pieces and there's no two pieces alike at all. Every single one is different. And the great thing with that is the fact that we can calibrate each one to be very, very specific to its location, to the angle of the sun, and also how the thing actually curls.
In questo filmato time-lapse potete vedere che mentre il sole e l'ombra passano attraverso la superficie, ogni elemento si muove singolarmente. Tenete presente che con la tecnologia digitale che abbiamo oggi, questo oggetto è composto da 14.000 pezzi di cui non c'è ne uno uguale all'altro. Ogni pezzo è diverso. La cosa bella di questo è il fatto che ogni pezzo può essere calibrato specificamente in base alla sua posizione, all'angolo del sole e anche alla forma che assume.
So this kind of proof of concept project has a lot of implications to actual future application in architecture, and in this case, here you see a house, that's for a developer in China, and it's actually a four-story glass box. It's still with that glass box because we still want that visual access, but now it's sheathed with this thermo-bimetal layer, it's a screen that goes around it, and that layer can actually open and close as that sun moves around on that surface. In addition to that, it can also screen areas for privacy, so that it can differentiate from some of the public areas in the space during different times of day. And what it basically implies is that, in houses now, we don't need drapes or shutters or blinds anymore because we can sheath the building with these things, as well as control the amount of air conditioning you need inside that building.
Questo tipo di progetto sperimentale ha molte implicazioni per future applicazioni in architettura. In questo caso, vedete una casa per uno sviluppatore, in Cina. In realtà è una scatola di vetro di quattro piani. È ancora una scatola di vetro perché vogliamo l'accesso visivo, ma ora è rivestita con questo strato termico di bimetallo. È uno schermo che va intorno alla casa e questo strato si può aprire e chiudere in base al movimento del sole sulla superficie. Oltre a questo, può anche separare aree per la privacy, in modo da differenziarle da alcune aree pubbliche in momenti diversi della giornata. In pratica, questo implica che oggi nelle case non ci sia più bisogno di tende, tapparelle o persiane perché possiamo rivestire l'edificio con queste cose e controllare la quantità di aria condizionata necessaria al suo interno.
I'm also looking at trying to develop some building components for the market, and so here you see a pretty typical double-glazed window panel, and in that panel, between those two pieces of glass, that double-glazing, I'm trying to work on making a thermo-bimetal pattern system so that when the sun hits that outside layer and heats that interior cavity, that thermo-bimetal will begin to curl, and what actually will happen then is it'll start to block out the sun in certain areas of the building, and totally, if necessary. And so you can imagine, even in this application, that in a high-rise building where the panel systems go from floor to floor up to 30, 40 floors, the entire surface could be differentiated at different times of day depending on how that sun moves across and hits that surface.
Sto anche cercando di sviluppare alcuni componenti di costruzione per il mercato. Qui vedete una classica finestra a doppi vetri e, in quel pannello, tra le due lastre di vetro - i vetri doppi - sto cercando di realizzare un sistema termico bimetallico, così che quando il sole colpisce lo strato esterno e riscalda la cavità interna, la lega bimetallica comincerà ad arricciarsi e poi inizierà a bloccare i raggi del sole in determinate aree dell'edificio e, se necessario, ovunque. Immaginate questo prototipo applicabile anche a un grattacielo dove gli impianti a pannelli vanno da un piano all'altro fino a 30, 40 piani, tutta la superficie potrebbe modificare la propria forma in diversi momenti della giornata a seconda dell'intensità dei raggi del sole sulla superficie.
And these are some later studies that I'm working on right now that are on the boards, where you can see, in the bottom right-hand corner, with the red, it's actually smaller pieces of thermometal, and it's actually going to, we're trying to make it move like cilia or eyelashes.
Questi che vedete qui sono alcuni progetti futuri su cui sto lavorando, dove potete vedere, in basso a destra, che quello rosso è composto da pezzi più piccoli di bimetallo termico, che vogliamo che compia lo stesso movimento delle ciglia.
This last project is also of components. The influence -- and if you have noticed, one of my spheres of influence is biology -- is from a grasshopper. And grasshoppers have a different kind of breathing system. They breathe through holes in their sides called spiracles, and they bring the air through and it moves through their system to cool them down, and so in this project, I'm trying to look at how we can consider that in architecture too, how we can bring air through holes in the sides of a building. And so you see here some early studies of blocks, where those holes are actually coming through, and this is before the thermo-bimetal is applied, and this is after the bimetal is applied. Sorry, it's a little hard to see, but on the surfaces, you can see these red arrows. On the left, it's when it's cold and the thermo-bimetal is flat so it will constrict air from passing through the blocks, and on the right, the thermo-bimetal curls and allows that air to pass through, so those are two different components that I'm working on, and again, it's a completely different thing, because you can imagine that air could potentially be coming through the walls instead of opening windows.
L'ultimo progetto riguarda anche i componenti. L'ispirazione - e se avete notato, una delle mie aree di influenza è la biologia - viene dalle cavallette. Le cavallette hanno un sistema respiratorio diverso. Respirano attraverso piccoli fori laterali, detti stigmi, che portano l'aria che passa attraverso il loro corpo e le raffredda. Quindi, in questo progetto, sto cercando di vedere come potremmo considerare questo in architettura, come portare aria attraverso dei fori nelle pareti degli edifici. Ecco alcuni dei primi studi di blocchi in cui vi sono dei fori che li attraversano. Questo è prima di installare il bimetallo termico, e questo dopo l'installazione. Scusate, è un po' difficile da vedere, ma sulle superfici, si possono osservare queste frecce rosse. A sinistra, è quando fa freddo: il bimetallo termico è piatto e limita così il passaggio d'aria attraverso i blocchi. A destra, il bimetallo termico si arriccia e permette all'aria di passare. Questi sono due componenti diversi su cui sto lavorando, e ancora, è una cosa completamente diversa, perché potete immaginare che l'aria potrebbe potenzialmente arrivare dai muri invece di aprire le finestre.
So I want to leave you with one last impression about the project, or this kind of work and using smart materials. When you're tired of opening and closing those blinds day after day, when you're on vacation and there's no one there on the weekends to be turning off and on the controls, or when there's a power outage, and you have no electricity to rely on, these thermo-bimetals will still be working tirelessly, efficiently and endlessly. Thank you. (Applause) (Applause)
Quindi voglio lasciarvi con un'ultima impressione sul progetto, su questo tipo di lavoro e l'uso di materiali intelligenti. Quando siete stanchi di aprire e chiudere le persiane ogni giorno, quando siete in vacanza e non c'è nessuno lì nel weekend che accenda e spenga gli apparecchi, o quando c'è un'interruzione di corrente e rimanete senza elettricità, questi bimetalli termici continueranno a lavorare senza sosta, in modo efficiente e per sempre. Grazie. (Applausi) (Applausi)