Bıo-Inspıred Desıgn of Responsıve Facades: A Proposal for a Foldable Facade Module

Abstract

Tepkisel cepheler, binaların operasyonel enerji tüketimini azaltırken iç mekân konforunu artırmaya yönelik etkili çözümler sunmaktadır. Bu cepheler, çevrelerindeki değişikliklere canlı organizmalar gibi tepki vererek yapılarını değiştirebilmektedir. Bu bağlamda, biyomimikri ile mimarideki tepkisel cephe araştırmalarını birleştiren biyo esinli tepkisel cephe yaklaşımı ortaya çıkmaktadır. Son dönemde birçok çalışma bu sistemlerin yüksek performansını ve potansiyelini ortaya koysa da, bu alandaki araştırmalar daha büyük verimlilik, uyarlanabilirlik ve basitleştirilmiş mekanizmalar arayışında yoğunlaşmaya devam etmektedir. Bu tez, yüksek performanslı ve uygulanabilir bir tepkisel cephe tasarımı geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu hedef doğrultusunda, öncelikle biyomimikri, tepkisel cepheler ve biyo-esinli tepkisel cepheler üzerine yapılan çalışmalar incelenerek analiz edilmiştir. Ardından, yarasa kanatlarının mekanizması araştırılmış ve soyutlanarak katlanabilir cephe panellerine uyarlanmıştır. Origami ve katlanmış plak teknikleri kullanılarak, bu hareketi taklit eden bir cephe modülü tasarlanmış ve dijital olarak modellenmiştir. Panel hareketini sağlayan mekanizma tasarımı tamamlandıktan sonra, prototipler üretilmiştir. Son aşamada ise, önerilen sistemin performansını değerlendirmek için gün ışığı analizi gerçekleştirilmiştir.Responsive facades provide effective solutions for reducing the operational energy consumption of buildings while enhancing indoor comfort. These facades can modify their configurations—much like living organisms—in response to changes in their surrounding environment. In this context, the bio-inspired responsive facade approach emerges, integrating biomimicry with responsive facade research in architecture. Although many recent studies have demonstrated the high performance and potential of such systems, research in this field continues to intensify in pursuit of even greater efficiency, adaptability, and simplified mechanisms. This thesis aims to develop a high-performing and feasible responsive facade design. To achieve this, existing studies on biomimicry, responsive facades, and bio-inspired responsive facades are first systematically reviewed and analyzed. Then, the mechanism of bat wings is investigated and adapted into the design of foldable facade panels. Using origami and folded plate techniques, a facade module mimicking this motion is designed and digitally modeled. After completing the design of the mechanism that enables the panel movement, prototypes are produced. Finally, a daylight analysis is performed to assess the performance of the suggested system.