A través del proyecto internacional de investigación Flectuation, la arquitectura de los sistemas de sombreado de las fachadas de los edificios se ha simplificado mediante la creación de una solución versátil y eficiente, controlada por un sistema basado en algoritmos de aprendizaje automático. Denominada FlectoLine, esta solución tiene la capacidad de responder a las diferentes condiciones climáticas y necesidades de los usuarios en el interior de un edificio.
Durante 10 años de investigación previa, llevada a cabo por los institutos de Estructuras de Edificación y Diseño Estructural (ITKE) y de Tecnologías Textiles y de Fibras (ITFT) de la Universidad de Stuttgart (Alemania), FlectoLine representa una evolución frente a los demostradores anteriores, Flectofold y FlectoSol, que exploraron mecanismos reforzados con fibra, aunque limitados a pruebas en interiores.
En el caso de FlectoLine, es el primer sistema completamente funcional instalado en un entorno exterior, concretamente en la fachada del Jardín Botánico de la Universidad de Friburgo, donde se demuestran las posibilidades de las fachadas adaptativas en situaciones reales. En total, se han utilizado 101 módulos de sombreado que ocupan una superficie de 83,5 m2. Cada módulo está fabricado con laminas de plástico reforzadas con fibra e incorpora un mecanismo flexible sin bisagras para una deformación elástica. Con este diseño se elimina la complejidad mecánica y las limitaciones geométricas típicas de los sistemas de cuerpo rígido convencionales.
Ya que la sostenibilidad es un componente esencial del sistema, se ha optado por integrar paneles fotovoltaicos para asegurar su autosuficiencia energética. La orientación de estos módulos puede ajustarse dinámicamente para optimizar la captación de energía solar, sin sacrificar el confort térmico ni lumínico dentro del edificio. De este modo, se reduce simultáneamente el consumo energético y se promueve la generación in situ de energía renovable.
Esta fachada integra un sistema de control avanzado basado en algoritmos de aprendizaje automático, que tiene la misión de registrar y analizar los datos del entorno, así como las preferencias de los ocupantes para ajustar su funcionamiento en tiempo real.
Gemelo digital para el control de FlectoLine
La fachada FlectoLine incorpora un avanzado sistema de control respaldado por un gemelo digital. Gracias al gemelo digital, se puede simular y optimizar en tiempo real aspectos como el comportamiento térmico, el aporte de luz natural y la producción fotovoltaica.
El gemelo digital recopila datos en tiempo real de los niveles de iluminación interior y exterior, de la temperatura interior y de las condiciones del viento. Estos datos se obtienen a través de los sensores de luz, de exposición solar y de temperatura distribuidos por el edificio, así como de los anemómetros ubicados en la fachada.
Además, los datos de pronóstico, como las predicciones meteorológicas detalladas (radiación solar, nubosidad, temperatura, velocidad del viento y precipitación) de las interfaces de programación de aplicaciones (API) meteorológicas y los pronósticos de la demanda de energía basados en el uso anterior, también se integran en el sistema.
Usando estos datos, un algoritmo de control basado en árboles de decisión optimiza tres aspectos del confort interior: iluminación para un brillo adecuado, minimización del deslumbramiento y regulación térmica, al tiempo que maximiza la producción de energía fotovoltaica.
Con toda esta información, el sistema calcula los ángulos óptimos del panel analizando continuamente las entradas en tiempo real y previstas, lo que garantiza un funcionamiento eficiente durante todo el día y equilibra la comodidad de los ocupantes, la eficiencia energética y la generación de energía renovable.
Sistemas principales adaptados a las condiciones ambientales
Para garantizar el rendimiento a largo plazo y la adaptabilidad frente a diferentes condiciones ambientales, FlectoLine utiliza dos sistemas principales de materiales. El primero sigue un enfoque biomimético, con capas elásticas y rígidas en materiales compuestos reforzados con fibra. Su estructura se inspira en la morfología de ciertas alas de insectos, donde la distribución de rigidez determina el sentido y la precisión del movimiento.
El segundo sistema opta por materiales termoplásticos reforzados con fibra de vidrio, unidos mediante adhesivos elásticos. Aquí, la diferenciación en la rigidez de las capas permite conseguir el mismo efecto de plegado eficiente, pero con un proceso de fabricación más rápido y rentable. Ambos sistemas incluyen una cobertura externa resistente a la intemperie, sometida a ensayos exhaustivos para validar su durabilidad frente a lluvias, rayos ultravioletas y vientos intensos.
Esta tecnología permite que las lamas se plieguen en climas fríos, maximizando el ingreso de luz y calor al interior, y se extiendan en días cálidos para proporcionar sombra. Para accionar los módulos, se aprovecha aire comprimido, lo que permite movimientos precisos sin la necesidad de mecanismos mecánicos complicados.
Inspiración y diseño biomimético
El diseño de FlectoLine se nutre de la colaboración entre las universidades de Stuttgart, Friburgo y Tubinga y se inspira directamente en modelos biológicos observados en la naturaleza. En un enfoque de investigación biomimética, los módulos de FlectoLine reproducen el comportamiento de zonas motoras observadas en organismos vivos. Por ejemplo, la Aldrovanda vesiculosa (trampa de agua) dispone de zonas motoras que operan con presión hidráulica y están distribuidas de manera particular para permitir movimientos rápidos y precisos. Esta estrategia ha sido trasladada al diseño de las láminas, equipadas con actuadores lineales integrados que replican la función natural.
Además, el movimiento de las lamas se facilita gracias a la combinación estratégica de materiales rígidos y flexibles, inspirados en la composición de las venas de las alas de algunos insectos. El empleo de áreas de distinta rigidez permite que las lamas se plieguen en la dirección deseada bajo presión mínima, optimizando tanto el consumo energético como el desgaste estructural a lo largo del tiempo.
Con un accionamiento integrado, FlectoLine se compone de placas de composite (en forma de cojín) reforzadas con fibra y zonas de articulación integradas, especialmente diseñadas para su funcionamiento con actuadores neumáticos integrados. La estructura del composite se divide en una parte más rígida debajo del actuador y una parte más flexible encima. Al presurizarse, el cojín se deforma con mayor intensidad en dirección a la placa más flexible, provocando que toda la placa se doble en esa dirección. Sujetando un lado junto a la zona de articulación, se consigue un movimiento de flexión del extremo libre.
Dado que el sistema de accionamiento está integrado directamente en la placa de composite, no se requieren conexiones mecánicas entre los elementos de plegado y el mecanismo de accionamiento. Las zonas de articulación flexibles requieren solo una baja presión (de 0,3 a 1,5 bar) para alcanzar posiciones angulares de 0° a 90°. Durante el proceso de plegado, se almacena energía elástica en las zonas de articulación flexibles, lo que permite que el módulo vuelva a su posición original al liberar la presión.
El diseño de FlectoLine marca un avance en la relación entre arquitectura y tecnología. Las envolventes dinámicas permiten ajustar en tiempo real la ganancia solar, la ventilación y la transmisión térmica, instaurando nuevas formas de interacción entre los ocupantes y su entorno. El sistema constituye un ejemplo claro de la tendencia hacia soluciones arquitectónicas adaptativas, que buscan optimizar el confort interior y minimizar la demanda energética de los edificios.