X射线显示白蚁的自冷却自我通风自我排水的摩天大楼

许多种类的白蚁，其社会建立在国王，王后，工人和士兵等级的基础上，生活在高耸的巢穴中，这些巢穴由复杂的隧道系统进行通风。

巢穴，也被称为土墩，像摩天大楼一样从地面突出，可以长到七米高。它们也是自冷却，自我通风和自排水 - 但到目前为止，这些气候控制功能背后的机制仍然未知。

由伦敦帝国理工学院，诺丁汉大学和CNRS-Toulouse领导的一组工程师，生物学家，化学家和数学家比以往任何时候都更加关注这些巢穴如何使用三维X射线成像。他们在白蚁丘的墙壁上发现了小洞或毛孔，帮助它们保持凉爽，通风和干燥。

来自帝国地球科学与工程系的主要作者Kamaljit Singh博士说：“白蚁巢是昆虫建筑完美的一个独特例子。它们的设计方式全年提供迷人的自我维持温度和通风控制特性不使用任何机械或电子设备。“

在他们发表在Science Advances上的新研究中，研究人员从非洲国家塞内加尔和几内亚采集了白蚁巢，并使用两种类型的三维X射线成像对其进行了研究。

首先，他们以较低的分辨率扫描巢穴，以测量巢穴的较大特征，如墙壁和通道(称为通道)。

从图像中他们计算出巢穴的内壁和外壁的厚度，以及白蚁用来围绕巢穴的内部通道的结构细节。

研究人员发现，巢壁上较大和较小孔隙的网络有助于与外界大气交换二氧化碳(CO2)以帮助通风。发现较大的微尺度孔隙在整个外壁上完全连通，提供了穿过墙壁的路径，并且通过使用三维流动模拟，作者展示了CO2如何通过巢穴移动到外部。

模拟结果表明，当外面的风速较快时，巢壁上的大微孔可用于通风，因为二氧化碳可以自由地离开。然而，在较慢的风速下，较大的孔隙也有助于通过扩散释放CO 2。

巢穴通常位于较热的地区，这意味着它们必须保持凉爽。事实上，作者发现较大的毛孔也有助于调节巢内的温度。位于巢的外壁的孔隙充满空气，这减少了通过壁进入的热量 - 类似于双层玻璃窗中的空气如何帮助保持内部的热量。

考虑到毛孔发挥的关键作用，该团队还想知道当下雨和毛孔被水阻塞时会发生什么。

他们发现巢穴采用“毛细管作用” - 液体在没有重力外部帮助的情况下流过小空间，迫使雨水从较大的孔隙流到较小的孔隙。这确保了较大的毛孔保持开放以保持巢的通风。

辛格博士说：“这些卓越的结构不仅可以自我通风并调节自身的温度 - 它们还具有内置的排水系统。我们的研究可以更深入地了解它们如何很好地管理它。”

科学家说，白蚁巢内新发现的建筑可以帮助我们改善建筑物的通风，温度控制和排水系统 - 并希望它们能够提高能源效率。

来自帝国数学系的共同作者Pierre Degond教授说：“这些发现大大提高了我们对建筑设计如何帮助控制通风，热调节和结构排水的理解- 甚至可能在人类住宅中。它们也为未来提供了新的方向研究，最终将使我们更接近理解可能有助于设计节能自持建筑的机制。“

共同作者诺丁汉大学的Bagus Muljadi博士说：“我们知道大自然拥有生存的秘诀。要解开它们，我们需要鼓励全球性的跨学科研究。

“这项研究表明，在解决最重要的21世纪问题时，还有很多东西可以从大自然中学习。”