ASIST. DR. ARH. PURCARU ANDREI BOIȘTEANU MAGDA [307181]

ARHITECTURA ZONELOR UMEDE

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Coordonator: Student: [anonimizat]. PURCARU ANDREI BOIȘTEANU MAGDA

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI”, IAȘI

FACULTATEA DE ARHITECTURĂ “G.M. CANTACUZINO”

-2019-

[anonimizat] a fost percepută și primită în mod diferit în cultura fiecărei civilizații. [anonimizat] a cunoscut o [anonimizat] a devenit o entitate modelatoare. [anonimizat], privită inițial în mod rudimentar ca fiind o necesitate primară, a devenit parte componentă a exprimării estetice. Aceasta depășește nivelul de componentă a naturii, [anonimizat]-se în strânsă legătură cu arhitectura.

[anonimizat] „ab nihilo”. Fiecare demers ce dorește să tindă asimptotic necesită parcurgerea unui proces de asimilare a contextului și a tradiției, pentru a se putea înscrie în sfera particulară impusă de constrângerile mediului în care se desfășoară. Geneza arhitecturală este condiționată în particular de două tipuri de provocări. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], acesta la rândul său fiind născut în urma unei reacțiuni la nivelul cadrului natural. [anonimizat] a peisajelor naturale ce rezultă din prezența apei.

[anonimizat], geografic, economic, social, [anonimizat] a culmina în analiza particularităților arhitecturale rezultate în cadrul zonelor umede.

CUVINTE CHEIE: apă, [anonimizat], arhitectură, deltă.

Introducere

Apa reprezintă un element natural omniprezent în existența umană. Aceasta a cunoscut o evoluție constantă în ceea ce privește modul în care civilizația a ales să o [anonimizat]-i asumată o simbolistică vastă. Diversele entități pe care le poate deține apa pot fi clasificate în trei categorii: origine a vieții, [anonimizat].

[anonimizat] o sursă inepuizabilă a posibilităților, [anonimizat], [anonimizat], dar și toate amenințările de resorbție. A te cufunda în apă și a [anonimizat], fără a [anonimizat] a te intoarce la origini, a-[anonimizat], atrăgând din acesta forțe noi; este o fază trecătoare de regresie și dezintegrare de care depinde o fază progresivă de reintegrare și regenerescență.

Apa reprezină unul dintre cele patru elemente fundamentale ale universului: pămînt, aer, foc și apă. Este o sursă esențială pentru toate ființele Pământului și un simbol al vieții; nimic nu poate scăpa de sub influența apei și nimic nu-i poate supraviețui. În lipsa apei existența devine o simplă utopie, motiv pentru care aceasta este menționată în mod constant de-a lungul istoriei în toate culturile, în religie, literatură și artă. Întregi civilizații și așezări umane s-au format in jurul surselor de apă aceasta fiind necesară supraviețuirii speciilor.

Apa definește spațiul, fiind privită precum o componentă diafană a naturii.

„Este ochiul pământului; uitându-se în ea, privitorul își evaluează propria natură.”

Ambianța pe care apa o creează invocă declanșarea emoțiilor și meditației. Deși inodoră, insipidă și incoloră, aceasta reprezintă o metaforă a viații, juvenismului, frumuseții, fertilității și purității, dar și a morții, în ambivalența sa.

Argument – Oportunitatea studiului

„Apa este mai mult decât un habitat, este viață. Ne inundă planeta, așa cum ne inundă trupurile. Apa a dat formă Pământului, evoluției, fiziologiei, societății, culturii și religiei noastre.”

Apa joacă un rol definitoriu în mitologie, religie și ritualuri ce fac parte din toate culturile lumii, de la geneză până în prezent. În folclorul multora dintre aceste culturi, apa se prezintă precum un element creator dar și distrugător al vieții, similar divinității supreme, deosebirea fiind palpabilitatea fizica a apei, dovada clară și irefutabilă a existenței sale. Poveștile despre rolul său creator au generat o diversitate de mituri. Aceste mituri captează deseori aceleași atitudini contradictorii de frică și fascinație față de apă, o dictonomie foarte importantă în folclorul din toate părțile lumii. În Grecia Antică, spre exemplu, în poezia epică Odiseea, creaturile apei sunt împărțite în creaturi bune (sirenele) și rele (monștrii apelor). Mai mult, în diverse povestiri există descrieri repetate despre distrugerea vieții printr-un potop catastrofic. Exemplul evident îl constitue mitul lui Noe; învingător în lupta cu „apele morții” Noe devine al doilea întemeietor al rasei umane după Adam. Apele potopului au o acțiune duală: concomitant cu cea de distrugere se manifestă și cea de purificare și de înnoire a lumii.

Apa este considerată purificatoare în majoritatea religiilor, aici menționând hinduismul, islamismul, creștinismul si iudaismul. Hindușii, care constituie marea majoritate a populației din India, consideră fluviul Gange ca fiind un fluviu sacru.(fig. 1)

Acesta a fost întotdeauna cunoscut ca un centru spiritual în toată lumea. Relația dintre indieni și Gange este una mistică, pentru ei, apa este divinizată. Fluviul este numit “purificatorul sufletelor” și reprezintă cea mai mare sală de baie, dar și de rugăciuni de pe Glob. O singură intrare în fluviu, spun credincioșii hinduși, sau o singura picătură de apa baută din apele sale este suficientă pentru a se obține “purificarea de păcate”.

fig. 1 – Pelerinaj hindu în fluviul Gange

În islamism, cele cinci rugăciuni zilnice pot fi efectuate doar după spălarea corpului cu apă curată. Apa care spală impuritățile fizice, va contribui și la curățenia morală “numără-mă printre cei care se purifică bine” se rostește în timpul ritualului curățirii.

Iudeii consideră conceptul de purificare și sfințenie a apei, fiind menționat în cartea “Levitic”. Acest concept afirma faptul că pentru a ajunge în locul unde sălășuiește divinitatea este necesară purificarea perpetuă.

În tradiția creștină, apa reprezintă renașterea în viața spirituală și promisiunea vieții eterne, transcendența catre nemurire. În Biblie, apa este menționată de 442 de ori: „ Și pământul era netocmit și gol. întuneric era deasupra adâncului și Duhul lui Dumnezeu se purta deasupra apelor.[…]Și Dumnezeu a zis: să fie o tărie prin mijlocul apelor și să despartă ape de ape și așa a fost.”

Astfel este descris ritualul întemeierii lumii în prima carte a scripturii. Întâlnim această credință nu numai în tradiția iudeo – creștină(fig. 2). În cartea sa „Sacrul și profanul”, Mircea Eliade pomenește despre un ritual vedic de luare în stăpânire a unui teritoriu, gest inaugural premergător oricărei întemeieri. Pentru a se înstăpâni într-un teritoriu, preotul ridică un altar al focului pentru Agni. Prin acest gest se asigură comunicarea cu lumea de dincolo. Ritualul face însă trimitere la întemeierea lumii: deci este o imitare a creației primordiale, la scară redusă. Apa din care este creat lutul altarului reprezintă „apa primordială”, iar lutul, Pământul care ia naștere din aceasta. Asimilarea acestei stări premergătoare nașterii lumii își găsește suportul imagistic în proprietatea apei de a prelua orice formă.

fig. 2 – Raphael, The Separation of Land and Water (1519)

Apa este unul din elementele cele mai importante ale vieții pe Pâmânt. În istorie, i-a fost atribuită o simbolistică și o valoare aparte datorită faptului că viața, dar și dezvoltarea așezărilor umane a depins mereu de ea și astfel, una din marile dorințe ale omenirii a fost cea de a avea control asupra acesteia.

În timp însă, acest control a evoluat, percepția asupra apei s-a schimbat, ceea ce a condus, mai ales în cadrul orașelor, la schimbarea modului de abordare a acestor zone, dar și modul de utilizare, fără a se lua în calcul consecințele pe termen lung. Unele dintre aceste zone umede, erau asociate cu focarele de infecții și inundațiile, iar o dată cu revoluția industrială de la sfârșitul secolului XVIII a crescut gradul de poluare a apelor, fiind creată astfel imaginea generală că în cadrul localităților nu sunt un lucru benefic și trebuie sistematizate.

S-a produs astfel o dezvoltare în paralel: mediul (cvasi)natural, unde zonele umede au rolul de a purifica apele și în care se regăsește o diversitate foarte mare de floră și faună, și mediul construit considerat un mediu fabricat, consumator incontestabil de resurse naturale. Aceste două lumi, sunt considerate diametral opuse și nu se pot intersecta fără ca mediul natural să fie afectat.

Diversitatea imaginilor urbane învecinate cu o apă este copleșitoare întrucât există situații în care impactul acestor factori, prin schimbările majore suferite, au generat o transformare radicală a imaginii zonelor de lângă apă.

Astfel, la baza acestei lucrări au fost studiate următoarele:

• Posibilitatea de a stabili un raport în care mediul (cvasi)natural și cel construit să co-existe și beneficiile oferite de fiecare în parte să fie valorificate, fără a se decima însă reciproc;

• Integrarea apelor din punct de vedere ecologic în cadrul urban și chiar al clădirii;

• Reevaluarea apei ca valoare culturală.

Astfel, plecând de la aceste elemente, lucrarea de față își propune să determine modalitățile prin care natura, dar și principiile preluate din aceasta sunt aplicate și utilizate în dezvoltarea așezărilor umane de-a lungul istoriei, până în prezent, determinând efectul mediului asupra arhitecturii.

1.2 Prezentare generală

Istoria relației apă – om – adăpost este foarte complexă și s-a transformat de-a lungul timpului. Pentru a-i înțelege statutul prezent, este foarte important să examinăm istoria folosirii și exploatării apei. Nu ne putem susține pe noi înșine sau orice altă formă de viață fară apă.

Apa a atras așezarea comunităților umane, oferind cadrul propice locuirii și facilități pentru diverse funcțiuni: consum alimentar, de irigare și fertilizare, apărare, comerț, circulație/comunicare, pentru profesiuni legate de apă, exploatare energetică, de purificare, de deversare a deșeurilor sau simbolică.

Poziționarea lângă apă, căutarea de mijloace pentru locuirea și exploatarea malului și măsurile de protecție față de aceasta, au constituit o provocare care a stimulat imaginația și progresul tehnologic.

Dar modul în care abordarea arhitecturală a biomimetismului va influența viața locuitorilor unei astfel de arhitecturi este încă necunoscută. Tendința revenirii la natură în sensul creării unor clădiri „identice” mediului, sau cel puțin inspirate din organic, asimilează un impuls futurologic. Biomimetismul reprezintă cea mai avansată abordare holistică a designului și arhitecturii organice.

Este important ca designul arhitectural să ia în considerare aspectele sociale, pentru că în cele din urmă va avea o influență demonstrată asupra comportamentului și a relațiilor interumane. Pe baza acestui feedback este evaluat dacă acest tip de design satisface funcția sa de bază – ca program și ca funcțiune.

Pentru a dezvolta interpretarea fenomenologico-hermeneutică a biomimetismului, lucrarea este ogranizată în jurul a celor trei etape de concepere bioinspirată: forma, sistemul și procesul – indentificate ca fiind necesare pentru o emulație completă a naturii în biomimetică. Fenomenologia identifică și interpretează conexiunile esențiale pentru formă, sistem și proces, în raport cu oamenii, natura și mediul construit. Fiecare din cele trei operații principale de interpretare discută unul dintre cele trei nivele, deoarece se referă atât la concepțiile convenționale, cât și la cele fenomenologice privind natura, oamenii și mediul construit.

1.3 Semnificația apei ca element al compoziției arhitecturale

Sunt analizate conceptele: evoluției, dezvoltarea sistemului natural și relevanța acestuia pentru designul arhitectural inspirat de natură, practicile actuale semnificative ale biomimetismului în arhitectură, abordările diferite ale designului biomimetic, activitatea abordată și integrată în proiectele arhitectonice. Este studiat modul în care teoriile similare conchid deseori, la rezultate diferite în practică.

O abordare generală este realizată prin examinarea relației dintre formă și materia organică sau anorganică a naturii, ca model pentru generarea volumului și a structurii arhitecturale. Forma este potențialul durabil și reprezintă designul prin procese convenționale de generare și producere de structuri performante. Luând în considerare procesele de formare naturală relevante pentru studiu, este analizată: structura ierarhică și eterogenitatea proprietăților organismelor și creșterea răspunsului structurilor biologice la diferite încărcări. Forma este examinată fiind revizuite stilurile arhitectonice contemporane inspirate de mediul natural, volumele organice și gradul diferit în care acestea demonstrează anagajamentul bazat pe imagine sau interpretarea formei naturale. Este analizată viziunea fenomenologică a formei naturale, bazata pe cercetarea lui Goethe. Studiul conține un cumul al operațiilor (specifice și interdisciplinare), a structurilor specifice și a procesele tipice, care constituie identitatea unică și definește capacitățile biomimetismului.

Sunt abordate exemplificări inspirate din natură care indică integritatea potențială dintre formă și structură în arhitectură, precum și definiții instrumentale din domeniile științei și a ingineriei structurilor. Sunt prezentate fundamentele teoretice și tehnice pentru abordarea biomimeticii, prezentând metodologia cadrului organic și biologic conceput, pentru a explora aspectele morfogenezei arhitecturale.

Într-o manieră reversibilă, în arhitectură și biologie, modelarea computațională devine un increment important ca mijloc de studiu viitor, fiind dezvoltați algoritmi pentru evaluarea și simularea unor perfomanțe fizice complexe.

Proiectarea inspirată de formele naturale nu este nouă, dar a fost în general bazată pe caracteristicile strict formale ale elementelor biologice, iar biomimetismul este despre ceea ce se ascunde în spatele acelor forme, despre a înțelege cum sunt executate funcții în biologie, și despre transpunerea acestora în inovații care satisfac nevoile umane. Julian Vincent spune că “Biomimetismul este implimentarea de idei și funcții de la sistemele naturale, însă tranziția nu este una ușoară, tehnologia și biologia fiind contexte diferite”. Biomimetismul nu oferă metode care pot fi în mod direct aplicate în procesele tehnice arhitecturale.

Procesul poate da naștere unor principii realizabile fară să urmărească rezultatul acestuia. O formă sau o structură biomimetică pură, este aproape inposibil de găsit sau realizat în cadrul unei clădiri, și de cele mai multe ori doar părți din aceasta sunt inspirate de natură, lucru care cel mai probabil așa va rămâne, pentru că arhitectura biomimetică nu ține doar de tipul de materiale folosite, ci și de modalitatea de construcție a clădirii, de felul în care aceasta se adaptează mediului înconjurător, de eficientizarea proceselor de execuție si a elementelor constructive, astfel încât acestea să raspundă, în același timp, câtor mai multe necesități. Construirea biomimetică, în tot ce reprezintă acest termen, a unei arhitecturi este împrobabilă, însă singurul lucru pe care îl putem face este să luăm în considerare cât mai multe principii învățate de la natură și să le aplicăm, având în vedere contextul ecologic în care ne aflăm și care ne afectează și ne va afecta din ce în ce mai mult. Suprapunerea dintre ingineria structurală, biologie și arhtiectură duce uneori la o multitudine de similitudini, uneori surprinzătoare, ceea ce ne arată că aceste discipline sunt comparabile. Acest lucru face să merite atenția arhitecților spre celelalte discipline și invers.

2. Apa în teritoriu sub diferite forme

Metodele de proiectare experimentală sunt aplicate atât pentru a genera, cât și pentru a evalua proto-arhitectura. Aceste cadre metodologice se concentrează asupra unor teme reluate ciclcic în domeniul biomimetismului, care au fost identificate ca fiind endemice pentru arhitectură: realizarea unor edificii, a unor volume multifuncționale și particularizate per se printr-o abordare graduală a proprietăților arhitecturale și exploatarea unei „construcții concept” integrată ca proces, obținută prin medii de modelare inovatoare. Legătura dintre cele două obiective este exclusiv intrinsecă. Cadrele metodologice includ dezvoltarea a trei concepte și instrumente relevante pentru domeniul studiat – formă, sistem, proces.

Janine Benyus, afirmă: „Inovarea inspirată de natură oferă fundamentul acestei discipline emergente”, argumentând necesitatea de a imita natura pentru a asigura un viitor durabil. Lucrarea se concentrează asupra interpretării biomimesisului în ceea ce privește aplicarea acesteia în designul architectural și în proiectarea propriu-zisă. Benyus nu discută despre proiectarea de arhitectură în cartea sa; mai degrabă, ea se concentrează doar pe designul de produs, de exemplu: țesătura inspirată din mătasea de păianjen care oferă o rezistență ridicată; adezivul impermeabil inspirat de capacitatea midiilor de a se atașa pe fundul oceanului și ceramica de înaltă rezistență inspirată din sideful cochiliilor.

Există de altfel un organic al lui Wright, altul al lui Aalto, și altul al lui Häring, iar organicul lui Gaudi nu are multe în comun cu cel definit de Zevi. Termenul „organic” trimite totuși la o realitate arhitecturală determinată, chiar dacă într-un mod foarte vag și general.

Când ne referim la arhitecturi organice, le considerăm ca atare, fie pentru un anumit repertoriu de forme, fie pentru anumite principii de organizare, fie pentru anumite atitudini și idei generale de care se leagă. Dar puse în contexte diferite, ideile sunt afirmate mereu diferit. Noțiunea de „arhitectură organică” nu are un sens unic. Încercând să definească „cuvântul-cheie organic”, Wright a formulat „51 de definiții, până la punctul în care conceptul părea diluat și de neînțeles” – după cum remarca Jencks.

Raportarea la natură este ceea ce pare a fi invarianbilă organicului. Ce variază este ideea de natură, reprezentarea pe care arhitectul și-o face despre universul natural, idee care suferă transformări continue de-a lungul istoriei umane. Organicul este, astfel, permanent reinterpretat; dar tocmai de aceea este și o temă ce apropie, peste timp și spațiu, arhitecturi diferite.

În ciuda abordărilor diverse, principiul analogiei cu organismul natural pare a fi cel mai frecvent concept al arhitecturii bioinsăirate. Erich Mendelsohn definea organismul prin faptul că „nu poți să înlături o parte fără să distrugi întregul, fie ca masă, ca mișcare sau ca logică”, iar această definiție o aplică perfect arhitecturii sale. Rudolf Steiner privea construcția ca pe „un lucru viu care scoate în afară membre exact cum o fac organismele naturale”. Prin forma organică –afirma Hermann Finsterlin – casa trebuie să-ți lase senzația că ești „locuitorul din interiorul unui organism, rătăcind din organ în organ”. Iar pentru Frederick Kiesler „casa e un organism viu și nu doar o îmbinare de materiale moarte: ea trăiește în ansamblul său și în detalii. Casa e o epidermă a corpului uman”.

Ideea obiectului de arhitectură ca organism tentează. Pentru Reima Pietila, care afirmă explicit „ideile biomimetice” , organicul conduce la o ”entitate” ce prezintă aceeași ordine cu cea a unei ființe vii și același „comportament care păstrează viața”.

Jaques Gillet descrie principiul arhitecturii ca organism în tratarea formei arhitecturale ca „formă plină”, crescută dinspre interior spre exterior, exact ca organismele naturale care se dezvoltă sub presiunea vieții interioare și a creșterii. „În arhitectură, forma organică este formă plină, adică forma plenitudinii, ca a unui fruct, forma perseverenței, a perenității.” Gillet se apropie de biomimesis și prin accentuarea rolului expresiei în analogia dintre arhitectură și organsimul viu. „Organicul e în expresie[…]. Creșterea, individualitatea, naturalul sub principiile pe care se bazează expresia organică a formelor arhitecturii. Ele vin din interior.”

Într-un mod asemănător, Imre Makovecz interpretează caracterul organic al formei ahitecturale: „Cred numai în umplere, în plinătatea formei”. „În formarea arhitecturală consider fiecare lipsă, fiecare înlăturare, fiecare proces de eliminare ca pe o trădare.

Pentru mine orice pătrat rupt pe diagonala, orice metodă aditivă de a construi e ostilă – consider toate acestea ca sarcasm. Natura e murdărită și poluată de noi”.

Considerarea obiectului de arhitectură ca organism este așadar un principiu comun biomimetismului contemporan. Scharoun interpretează „clădirea ca organsim viu”, urmându-l pe Hugo Häring, a cărui teorie a fost considerată ca fiind cea mai coerentă și influentă în cadrul arhitecturii biomimetice, în perioada imediat postbelică. Pentru Häring, construcția organică însemna „determinarea formei prin deducere din esența obiectului”. Biocultura desemnează un caracter abstract și ca dovadă respinge teza conform căreia construcția organică ar implica neapărat forme curbe și eliberate de principiul ortogonal. „Formele pe care le căutam noi trebuie să înflorească singure. Ordinea organică se descoperă, nu se impune”.

Dar dacă arhitectura organică se definește ca expresie a unei realități esențiale, atunci ea materializează un principiu originar, aflat dincolo de formele concrete ale naturii. Definirea biomorfogenezei se deplasează astfel dinspre forma concretă spre natura producătoare, ca realitate înglobantă și ca spirit abstract. Nu un principiu al formei, ci al esenței abstracte a creației este principiul biomimetismului.

Ricardo Porro prezintă o manieră distinctă de a înțelege organicul atunci când afirmă că singura purificare în artă ar trebui să însemne ajungerea la „exprimarea esențialului, adică la tot ce e organic într-o operă”. Și pentru Santiago Calatrava caracterul organic se referă la esența contrucției.

Casa trăiește și se dezvoltă după legi naturale și mai mult decât forma organică, ea e principiul organic. Calatrava consideră că esența arhitecturii trebuie căutată în realitatea sa structurală și tocmai de aceea organicul său conduce la un organic structural.

Häring vorbea despre „a găsi forma în loc de a da formă” și despre „a elibera forma în loc de a impune forma”. Obiectivul arhitecturii este de „a asista studiul în găsirea formei adecvate și de a modela pur și simplu o a doua natură, echivalentă cu lumea creată prin procese naturale”.

Pentru Keisler, omul este capabil să creeze un nou cosmos în care să reproducă principiile naturii. Însă construcțiile se deosebesc fundamental de cele naturale și metoda de construcție a naturii se află în opoziție cu cea a omului. „Natura construiește prin diviziune celulară după un principiu de continuitate. Omul – spune Kiesler –nu poate construi decât reunind părțile într-o structură unică, fără continuitate”.

Greg Lynn susține același lucru prin afirmația conform căreia „logica organismului este logica auto-închiderii, auto-reglării și auto-determinării. (…)Clădirile nu sunt organisme, ci pur și simplu organe, structuri provizorii, care deja sunt multiplicabile”. Iar „dacă organicul e consistent în interior, anorganicul e discontinuu și capabil de o multitudine de conexiuni neprevăzute”. Lynn preferă forma anorganică, în pofida celei organice din considerentul unei inserări naturale in situ.

Dar dacă obiectul de arhitectură nu poate fi natural, procesul creării lui ar putea fi. Organicul biomimetic nu e bazat pe modele naturale, ci pe un singur model, cel al creației naturale. „Nimic nu este copiat într-o manieră naturală după nici un organism; mai degrabă încercarea constă în a trăi experiența principiului de creere organică” – susținea Steiner. „Arhitectura nu trebuie să imite Natura, ci trebuie să fie ea însăși Natură.” – Hans Luckhardt. Bruce Goff pune accentul pe procesul natural ca dezvoltare și nu pe copierea formei naturale. Cum nici natura nu se copiază pe ea însăși, ci creează mereu forme noi, păstrând coerența originală. „În process organic, arhitectura devine propria sa formă, ca în natură.”

2.1 Biomimetism și (bio) morfogeneză

Contribuțiile teoretice definesc dezvoltarea și implicațiile interdisciplinare ale geometriei și a formelor ca metodă de proiectare, ca tehnică și tehnologie de fabricație care prioritizează performanțele construcției printr-o caracterizare pur geometrică a formei. Spre deosebire de procesele de proiectare actuale, în care forma domină materia, arhitectura biomimetică este bazată pe interrelația dintre formă și performanță. Este promovată proiectarea obiectelor cu proprietăți graduale, perfect distribuite și particularizate pentru a deservi funcțiunile și programul care le includ. Proiectarea computerizată, bazată pe geometrie, urmărește implementarea abordărilor teoretice într-un mediu digital, care promovează procesele de generare a unei arhitecturi organism. Contribuțiile metodologice fac referire la metodele și mijloacele tehnice care sprijină această abordare de proiectare, prin introducerea metodelor de creare și a mediilor analizate ca sinteza dintre elementele finite și proprietățile reproduse.

Morfogeneza reprezintă termenul utilizat pentru a descrie forma și structura în natură. Morfogeneza poate descrie trăsături topografice și geologice sau vegetale și animale. Din acest motiv, în cadrul domeniului arhitecturii termenul "biomorfic" apare ca fiind definitoriu, și cel mai prezent atunci când sunt descrise concepte care doar mimează aspectul formelor naturale. Prin simpla mimare a unei părți a naturii (formă), nu trebuie ignorată integritatea și conexiunea care există în natură – descrisă ca biomorfism și nu ca biomimesis. Stabilind astfel cuvântul biomorfic pentru a descrie modelele fondate în mediul natural, putem descrie contrastul posibil, care este bazat pe biomimicrie și fenomenologie.

Biotehnica – Moholy-Nagy a găsit o sursă majoră de inspirație în Raoul France. Este fondatoarea bionicii, având la bază motivația și susținerea conform căreia este necesară implementarea imitării constructelor regăsite în natură. Prima denumire a acestui domeniu a fost de biotehnica – bio-technique.

Moholy-Nagy a privit natura ca pe un „model constructiv” și a căutat prototipuri care să determine mai bine proiectarea funcțională. A propus ca toate tehnologiile dezovltate ulterior să se bazeze pe tehnologii naturale.

Studiind cercetările lui Huxley, a definit principii, tehnici și procese, pentru a putea fi aplicate în proiectarea de arhitectură. A definit arhitectura ca fiind „componentă organică a vieții” și a argumentat că „arhitectura va fi adusă la maxima realizare numai atunci când cunoașterea profundă a vieții umane în întregul biologic este disponibilă”.

Biomimetica – În ceea ce privește această motivație fundamentală de a traduce procesele naturale și, în special, cele de dezvoltare și evoluare, în principii de proiectare, biomimetica este un domeniu emergent, aflat în plină dezvoltare, al cărui obiectiv este de a studia soluțiile de proiectare ca potențial relevant pentru proiectarea. Protrivit lui B.M. Katz Klein, biomimetismul reprezintă „studiul proceselor naturale și modul în care pot fi emulate pentru a rezolva problemele umane într-o manieră agreabilă mediului”. J.F.Vincent definește domeniul ca fiind „abstractizarea unui design din natură”. Deși acest lucru pare evident, prin faptul că implică procese intelectuale și de cercetare mult mai complexe. Deși domeniul biomimeticii poate fi urmărit de la activitatea lui Leonardo da Vinci până în contemporaneitate, se consideră a fi formulată oficial în anul 1991, când cercetătorii Forțelor Aeriene SUA au analizat modul în care natura produce și procesează forme, structuri și materiale unice. Astfel, motivația originală a fost aceea de a cerceta înovația din formele și procesele naturale ca sursă de potențiale inovații în proiectarea formelor și a structurilor care ar putea fi transformate în construcții propriu-zise. Domeniul este, de asemenea, cunoscut prin termenul de „bionică”, ca fiind un mimesis al organicului și anorganicului regăsit în natură. Reducerea la termenul de bionică este de aseamenea atribuită forțelor aeriene americane, dar datată de Julian Vincent în anii 1950.

2.1.1 Definiția și istoria termenilor

Morfogeneza este un concept utilizat într-o serie de discipline care înclud biologia, geologia, cristalografia, ingineria, arta, urbanismul și arhitectura. Această varietate de utilizări reflectă sensuri multiple, de la formulări științifice la definiri aproape beletristice. Utilizarea originară a fost în cadrul domeniului biologic, în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Morfogenia este termenul care l-a precedat, având echivalente în: germană – morphogenie și franceză – morphogénie. În geologie, este regăsit ca fiind utilizat în secolul al XX-lea.

În arhitectură, morfogeneza („morfogeneza digitală” sau „morfogeneza computațională”) este descrisă și înțeleasă ca desemnând un grup de metode care utilizează mediile digitale, nu ca instrumente reprezentaționale, strict pentru vizualizare, ci ca instrumente generative pentru derivarea formei și transformarea acesteia într-o aspirație de a exprima procesele contextuale în formă construită. În această înțelegere incluzivă, morfogeneza digitală în arhitectură poartă o relație, în mare măsură analogă sau metaforică, cu procesele de morfogeneză din natură, împărțind cu ea dependența unei dezvoltări treptate. Acest lucru nu înseamnă neapărat și adoptarea sau referirea la mecanismele reale de creștere sau adaptare.

Discursurile recente privind morfogeneza digitală în arhitectură, leagă termenul de o serie de concepte, inclusiv emergența, auto-organizarea și formalizarea. Printre avantajele formelor inspirate, din punct de vedere biologic, este enumerat potențialul beneficiilor structurale derivate din redundață și diferențiere, precum și capacitatea de a susține mai multe funcții simultane. Hansel și Menges susțin că spre deosebire de spațiile interioare omogenizate, în plan deschis, propuse prin abordări moderniste, implementarea diferențierilor in situ, realizate prin reacție morfogenetică, poate produce o arhitectură mai flexibilă și, totodată, mai ecologică.

În discuția despre modul în care această linie de gândire poate fi dezvoltată în continuare, Weinstock solicită „o angrenare mai profundă a dezvoltării evolutive și o analiză mai sistematică a organizării materiale și a comportamentului speciilor individuale”. Demersul se concentrează pe comparații între abordările computaționale față de o generație procedurală a structurilor celulare în designul arhitectural și în biologie. Acest lucru se concentrează pe exemplificări specifice, care permit o examinare mai profundă a unor concepte esențiale și oferă exemple practice de soluții computaționale deja existente în domeniul științelor conexe, care pot fi (re)utilizate sau aservite ca sugestii în domeniul arhitecturii.

Biomimesisul este o disciplină relativ nouă în arhitectură și inginerie, dezvoltată în ultimii treizeci de ani, atât în sens practic cât și în sens filozofic. Dezvoltarea tehnologică și a științei parametrice a permis dezvoltarea și implementarea ideilor biomimetice. Definițiile biomimetismului indică faptul că o abordare radicală în cadrul arhitecturii este inevitabilă. Otto Schmitt, a lucrat la dispozitive care și-au găsit inspirația în natură și s-au dezvoltat în cadrul domeniului biofizicii. În 1969, a folosit pentru prima dată termenul „biomimetic” descriind transferul de idei de la biologie la tehnologie. Acest termen a intrat în dicționarul Webster. În anul 1985, Jack E. Steele a brevetat un termen similar – bionică. L-a definit ca fiind știința sistemelor naturale sau a analogiilor lor. Cu toate acestea, în anul 1997, Jenine Benyus, în cartea despre biomimetrism- biomimicry – promova termenul ca un domeniu real de cercetare în diferite discipline de design. Ea definește biomimetismul ca un mod sistematic de design care încearcă să imite principiile și metodele de sistematizare a organismelor naturale. „Biomimetismul nu reprezintă un stil arhitectonic, nici un produs de design identificabil. Este mai degrabă un proces de proiectare – un mod de a căuta soluții – în care designerul definește o provocare funcțională (flexibilitatea, rezistența la tensiuni, la factorii externi etc), caută un organism local sau un ecosistem care excelează în această funcție și crează o punte de comunicare”.

O abordare biomimetică este o abordare care preia informația din natură, caută conexiuni și modele în ea, urmărind consecințele acesteia și apoi le mimează, concluzionând cu o evaluare finală pentru a se asigura că designul este proporțional cu principiile naturale inițiale. Acest domeniu se bazează în mare măsură pe procesul iterativ, definită ca operație necesară urmăririi perfecțiunii. Jenine Benyus susține că biomimeticul va contribui la crearea de produse care să fie durabile, să funcționeze în parametri controlați, să economisească energie, să reducă costurile materialelor, să reducă deșeurile și chiar să definească produse noi. Logica acestei afirmații este aceea conform căreia, de vreme ce organismele din natură s-au confruntat cu aceste provocări de milioane de ani, ele și-au perfecționat treptat procesele de adaptabilitate.

Putem înțelege parțial definiția termenului „biomimetism” din etimologia biomimesis-ului, bios – viață și mimesis – a imita. Așadar, biomimetismul reprezintă o "inovație inspirată de natură". "Biomimesis-ul este emularea conștientă a geniului vieții", este definit ca "mimarea bazei funcționale a formelor, proceselor și sistemelor biologice pentru a produce soluții durabile".

2.1.2 Evoluția termenilor

Studiul evoluției termenului ajută la o mai bună înțelegere a modului în care sistemele funcționează și procesul prin care au ajuns să fie ceea ce sunt astăzi (spre exemplu cazul optimizării genetice). Evoluția este un subiect larg, iar acest subcapitol reprezintă doar o prezentare succintă a teoriei și a forțelor sale. În general, ceea ce marea majoritate a teoreticienilor subliniază este faptul că speciile se schimbă în timp; dezacordul apare în mare măsură din cauza acestor schimbări și a modului în care acestea apar. Jean-Baptiste Lamarck prezintă o teoretie coerentă a evoluției. El a considerat două forțe motrice principale pentru evoluție: în primul rând tendința organismelor să devină mai complexe, și a doua, adaptarea lor la mediul înconjurator.

Această idee a fost denumită mai târziu drept concept de bază. Organismele transmit caracteristicile pe care le-au dobândit pe parcursul vieții spre descendenții lor, aceste schimbări fiind din ce în ce mai subtile de la o generație la alta, dar ducând la modificări profunde pe parcursul generațiilor. George Cuvier a dezagreat teoria moștenirii noi, afirmând faptul că schimbările se produc brusc și rămân cu specia până în momentul dispariției ei. Mai mult de două decenii după moartea lui Cuvier, Charles Darwin a propus ideea selecției naturale, sugerând ideea supraviețuirii celui mai evoluat. Variația naturală sugerează existența în orice grup de organisme a unor mutații genetice care apar în mod inevitabil. Trăsăturile care apar prin intermediul mutației contribuie la supraviețuirea organismelor și asigură organismului o viață suficient de lungă pentru a produce descendenți cu o mare probabilitate de a avea aceeași trăsătură care a asigurat supraviețuirea părinților lor. Aceste trăsături sunt transmise generației următoare și, în timp, populația este aproape în întregime compusă din aceste organisme.

Ideea principală a evoluției este un concept împărțit între definițiile fiecărei cercetări. Diferențele constau în explicarea forței motrice a acestor schimbări și a direcției lor de evoluție. Nu se poate spune că aceste schimbări urmează o traiectorie liniară către perfecțiune. Aceste schimbări sunt doar răspunsuri la nevoile datorate dezechilibrelor interne sau impuse de mediu ori combinații ale acestora două, pentru a îndeplini obiectivele ultime ale fiecărei specii: de supraviețuire și de reproducere.

Așadar, atunci când luăm în considerare un organism drept model, trebuiesc considerate limitările definitorii, pentru a evita mimica clară. Fiecare organism este limitat la starea sa anterioară și, spre deosebire de arhiectură, nu este creat în manieră artificial controlată. Prin urmare, în utilizarea procesului biomimetismului este important ca arhitectura să nu fie doar o exemplificare și o reiterare a naturii. Procesul tinde să devină perfecționist până în momentul în care sunt respinse soluțiile naturale și se pierde șansa de a implementa idei inovatoare. Mai mult decât atât, biomimetismul optimizează designul cu un set complex de criterii, adesea neschimbate, într-un singur parametru de proiectare. Acest lucru reprezintă, în afară de forțele exterioare, una dintre cauzele mutației (modificări ale secvenței ADN a genomului unei celule). Astfel, algoritmul genetic a devenit popular pentru optimizarea simulării matematice a sistemelor complexe cu criterii complexe de performanță.

Proiectarea bazată pe modele organice încearcă să încorporeze proprietățile biomorfogenezei și condițiile amplasamentului, în cadrul proceselor de proiectare computerizată de generare a formelor. Proiectarea biomimetică, bazată pe caracteristicile structurale și pe formele utilizate încearcă să preia proprietățile întâlnite la organisme, să și le însușească și, să le utilizeze eficient.

Extinderea principiilor de biomimetism în domeniul arhitecturii rămâne în fază incipientă. În prezent, integrarea biomimiculturii pare a fi adesea doar o abordare estetică sau rezultatul unui proces aleatoriu și irepetabil. Prin urmare, scopul acestei lucrări este de a analiza sistematic aplicabilitatea biomimetismului în domeniul arhitecturii.

Pentru a înțelege teoria biomimesisului, trebuie urmărite teoriile care au fost dezvoltate cu obiective similare, precum cele ale arhitecturii organice. Procesele de creare din natură și unitatea regăsită în ecosisteme sunt principii la care arhitectura ar trebui să aspire. Bazele pentru realizarea unui cadru propice teoriei biomimetismului sunt reprezentate de realizările tehnologice, biotehnologia și nanotehnologia. Dacă privim biomimetismul din punct de vedere sociologic, putem spune că este absolut înclinat către natură, aservind-o, dar, și către nevoile umane.

Așadar, nu reprezintă doar "o nouă modalitate de a privi și a evalua natura", ci și o nouă modalitate de a evalua nevoile umane. Teoria biomimetismului diferă de alte teorii care sunt bio-orientate. Adesea, abordările de proiectare bio-asistate sunt declarate a fi teorii ale biomimesisului. Ceea ce conferă o diferențiere clară față de alte teorii constă în căutarea unor soluții în natură. Biocultura reprezintă o simbioză naturală a formei și procesului în care natura nu este doar o sursă de valoare estetică.

În contemporaneitate, este frecventă înțelegerea și deprinderea arhitecturii biomimetice ca fiind natură recreată. Dar cea mai explicită formulare a aspirației de a crea nu natură, ci natural, este redată de Renzo Piano. Referindu-se la „linia care separă ceea ce e construit de către natură de ceea ce e contruit de către om”, Piano susține faptul că ”încercarea de ștergere a aceastei linii, nu întorcându-ne înapoi, ci mergând înainte, odată cu tehnologia. O tehnologie complexă (…) poate să permită ștergerea acestei frontiere între natură și artificial. Singura condiție este de a reduce scara și de a atomiza detaliul. E vorba de a atinge ceea ce este aproape imaterial și de a regăsi forma. Aceasta rezultă dintr-o cercetare care nu se încăpățânează să pună ordine, ci lasă să se acumuleze lucrurile într-o manieră ilimitată. (…) Trebuie făcută, astfel, dovada acestei rațiuni evoluată din incertitudine”. Prin a lăsa libertate lucrurilor să capete formă aproape de la sine, fără o ordine impusă (cum spunea și Häring) și a folosi tehnologia pentru a atinge „ceva aproape imaterial” (realitatea abstractă a lui Worringer) se definește biomorfogeneza arhitecturală. Considerarea obiectului de arhitectură ca organism, ca manifestare a unei naturi esențiale, ca recreare a realității abstracte a naturii, sunt principii comune organicului și biomimetismului prezent în arhitectura contemporană. Formele concrete sunt rezultate secundare, variabile ale materializării acestor principii.

2.2 Fundamente teoretice

Dominanța reprezentărilor acestui tip de forme conținute de domeniului arhitecturii biomimetice a contribuit la folosirea computaționalului, în abordarea geometric orientată a proiectării. În consecință, forma trebuie mai întâi concepută pentru a fi construită. În mod firesc, este imposibil (teoretic sau tehnic) ca procesele de concepere și construire să aibă loc simultan. În mod previzibil, biomorfoza conduce la multiple forme de expresie, definite și transmise în termeni geometrici. Structura este prezentă în mod secundar în acest mediu; și se datorează priorității reprezentării formei asupra considerațiilor realității fizice, fenomen care a condus la eficientizarea procesului de proiectare. Primul pas este găsirea formei, structura fiind proiectată ulterior. Prin extensie metodologică, conceperea formei proiectate trebuie urmată de analiză, simulare și fabricare. Realizarea fizică a formei nu poate fi realizată fără conceperea ei.

Modalitatea de creeare a naturii este puțin diferit. În natură, formele sunt rezultatul corelării parametrilor materiali și constrângerile mediului înconjurător. Forma este doar un produs secundar, un derivat al formării comportamentale. Ea apare ca un efect exclusiv amplasamentului. În natură, geometria formei este predominant determinată de ineracțiunea dintre structură și mediu. În comparație cu procesele naturale de creare, stategiile de fabricare digitală preiau proiectarea și fabricarea formelor cu proprietăți structurale omogene. De la vârsta industrială a arhitecturii, construcțiile au fost dependente de soluții specifice pentru funcțiuni distincte. Diversitatea este mai degrabă realizată datorită dimensiunii, decât prin variație structurală, și este produsă în masa formei.

2.3 Practici curente și domenii de aplicabilitate

În urma evaluării limitărilor contemporane și a posibilităților de cercetare viitoare, întrebările fundamentale despre „originea formei” sunt reluate în contextul contemporan. O presupunere importantă care stă la baza acestul domeniu este aceea conform căreia forma poate fi generată fără conținut a priori explicit geometric, ci mai degrabă ca produs secundar al parametrilor structurali, a formelor potrivite și ale constrângerilor oferite de mediu. Modelul principal de proiectare este considerat a fi peisajul – interacțiune dintre forță și materie, între energie și materie.

Revoluția digitală, care a marcat schimbarea de la tehnologia analogică al cea digitală, a transformat planșeta de proiectare, într-o pânză digitală. Forma se află într-o poziție complet dihotomică de realitatea fizică a manifestării sale. Cu toate acestea, noile spații arhitecturale au devenit eliberare în ceea ce privește exprimarea formală, dar au creat o separare între formă și structură, realizând o separare ierarhică și secvențială a proceselor de modelare, creare și analizare, infinit mai pronunțată. Implementarea instrumentelor de proiectare computațională în practica arhitecturală a motivat, încă de la începutul anilor nouăzeci, o renaștere a proiectului formalist în arhitectură. Această orientare strict formală și eminamente geometrică a proiectării a abordat în arhitectură „forma liberă” ca parte a fenomenului de proiectare „persoanlizată” de tip „non-standard”.

Având în vedere importanța crescândă a clădirilor hibridizate și mediate, noile frontiere ale științei mediului construit, a condus la apariția unor noi perspective în proiectarea de arhitectură. Astfel, rolul cercetării biomimetismului în arhitectura digitalizată ca mediu favorabil transformării aplicatății biologiei, a devenit avantajul cercetării unei noi arhitecturi. Ne situăm la un punct de apariție a unui nou domeniu de cercetare rezultat de juxtapunerea dintre știința clădirilor și biologie: biomorfogeneza în arhitectură – biomimetism.

Un studiu comparativ al practicii actuale a biomimetismului, arată abordări distincte ale designului arhitectural. Fiecare abordare deține, în mod inerent, propriile avantaje și dezavantaje. Jenine Benyus susține faptul că biomimetismul poate fi aplicat la trei niveluri diferite: ecosistem, comportament și organism.

Astfel, se face o disctinție clară între produsele de construcție biomimetice și arhitectura biomimetică. Pentru ca o clădire să fie biomimetică, procesul de proiectare în sine trebuie să fie biomimetic. Această abordare nedeterminată, permite explorarea în contrast cu procesul de inginerie stabilit. Designul computațional poate aduce noi oportunități de explorare a abordării biomimetice. Aceste procese se bazează pe modelarea procesului, mai degrabă decât pe obiect, pe modelarea procesului mai degrabă decât conceperea comportamentului și pe definirea unei platforme care să permită un schimb reciproc de informații între structură și formă. Formele includ, în mod ideal, toate cerințele spațiale de reglare și de adaptare a sarcinilor, permițând o coerență formală și structurală. Acest model va crea o arhitectură eterogenă care să încorporeze toate forțele, răspunzând în același timp unor cerințe complexe și adesea contradictorii.

Majoritatea arhitecturii tratează mai degrabă abordări biofilice, decât abordări biomimetice. Un design biofilic „apreciază” natura, dar nu emulează conceptele și procesele sale. Această abordare implică utilizarea unor caracteristici care definesc conceptul morfogenezei. Fiind rezultatul unei mișcări de „apreciere”, de mimică superficială și strict formală a naturii.

Studiile arată că există două abordări distincte ale procesului de proiectare biomimetică. În primul rând este implicat mimesisul la ambele niveluri ale organismului: în comportament și în sistem. În al doilea rând este o abordare holistică care imită dezvoltarea evolutivă a unui sistem și datorită complexității procesului său, se bazează în mare măsură pe crearea de algoritmi și procese computaționale. Menges menționează, că pentru ca o clădire să fie biomimetică, procesul său trebuie să urmărească secvențele de dezvoltare completă a unui sistem biologic. Odată ce metodele computaționale sunt dezvoltate sau implementate corespunzător pentru a simula performanța clădirii, un algoritm genetic va fi capabil să proiecteze o clădire biomimetică care să îndeplinească operațiile și procesele biomorfogenetice, la nivel de organism propriu-zis. Cu cât mai multe variabile sunt disponibile, cu atât performanța algortimilor este mai ridicată. Această abordare nu discreditează metodele clasice de proiectare, ci evidențiază limitările lor.

Exploration Architecture LTD – Arhitectul Michael Pawlyn, în scopul de a se concentra pe proiecte biomimetice, exporează în cadrul proiectului „Biomimetism în Arhitectura” – Biomimicry in Architecture (Pawlyn 2011), șase preocupări definitorii legate de mediu: eficiența în structuri, materialele utilizate în fabricație, gestionarea apei, a deșeurilor, controlul termic și producerea de energie, criticând structurile care doar simulează forma naturală. Dintre teoriile propuse de Pawlyn, două proiecte se referă în mod specific la biomimetism: Eco-Rainforest și Las Palmas. Gestionarea apei reprezintă conceptul de bază al teatrului de vară Las Palmas Water. Clădirea sculpturală prezintă o anvelopă dublată ca instalație de desalinizare, bio-inspirată de gândacul namibian de deșert. Această insectă, emite căldură noaptea și, ca rezultat, devine mai rece decât mediul ambiant, devenind o suprafață perfectă pentru procesul de condensare. Producând curenți de aer prin mișcarea aripilor, este mimat efectul de ceață și astfel, vaporii sunt transformați apă. În colaborare cu Charles Paton, Pawlyn a proiectat o serie de condensatoare și vaporizatoare care sunt instalate într-un sistem multistrat. Palele sunt concepute pentru a imita aripile care ghidează apa de mare, prin pulverizare, în panourile de condensare, optimizând acest proces în funcție de direcția vântului. Mișcările atmosferice, proximitatea imediată a oceanului și prezența îndelungată a soarelui, au făcut din Las Palmas proiectul ideal pentru a încorpora această tehnologie.

ICD/ITKE – Pavilion pentru cercetare – Institutul de proiectare computationala (ICD) și Institutul de Structuri în Construcții și Design Structural (ITKE), ale Universității din Stuttgart au format o colaborare interdisciplinară între arhitectură, design computațional, inginerie și biologie. Pavilionul 2011 este rezultatul unui studiu care explorează interpretarea arhitecturală a principiilor biologice ale echinoidelor, prin proiectare, simulare și modelare. Ariciul de mare are o structură modulară și este alcătuit din fețe poligonale care se conectează pe extremități prin proeminențe asemănătoare unor degete. Trei proprietăți fundamentale ale acestei structuri biologice au fost aplicate unei structuri fabricate din lemn: heterogenitatea (variația dimensiunii modului este adaptată arcului calotei), anizotropia (sarcinile direcționate prin suprafețe planare) și ierarhia (două tipuri de conexiuni pentru modulele structurale). Pavilionul este realizat din placaj cu grosimea de 6,5 mm, așadar având o greutate redusă, iar designul său poate fi aplicat oricărei forme geometrice. Proiectul constă în aplicarea unei metode de calcul și de proiectare a sistemului închis, fundament identic cu algoritmul genetic al ADN-ului.

Forma a fost modelată și optimizată în mod repetat prin schimbul constant de date între software-ul de proiectare și simulările realizate prin machetare. Sistemele parametrice au fost fabricate la CNC și testate experimental, iar rezultatele au fost reintroduse în calculele structurale. Acest proiect a creat oportunitatea de a explora transferul unui principiu biologic la designul și structurile arhitecturale, și de a-l testa la scară reală.

3. Etape și concepte

3.1 Forma

3.1.1 Forma ca reprezentare

Principiile formei naturale, ca funcție a performanței, sunt revizuite și considerate ca fiind posibile pentru a oferi proprietăți propice proiectării. În natură, structura este distribuită în mod eterogen în formă, pentru a se adapta performanțelor sale structurale și/sau de mediu. Această heterogenitate structurală este posibilă datorită integrării formei, structurii și materialului. Într-un organism unitar, distribuția și eterogenitatea structurală observată în natură reprezină alternativele definitorii la procesele de proiectare și de formare convenționale. Principul general susține, spre deosebire de o forma de abordare primară în proiectare, structura ierarhizată structură-formă-structură, care este de obicei inversată, deoarece organismul „informează” structura care, la rândul său, „informează” forma. Astfel se poate observa faptul că proiectarea poate fi abordată ca fiind o funcție primară, fiind prioritizate performanțele structurale și comportamentul formei. Bazat pe acest proces de proiectare, poate fi implementată o nouă abordare, o arhitectură futuristă, care s-a format pe trei concepte definitorii: operație, proces și structură.

Operația = reprezintă intenția și analiza care introduce biomimetismul în arhitectură. Putem distinge tipurile de operații – aserții, problematici, instrucțiuni, comenzi, decizii, algoritmi – putând identifica tipologii primare și discipline ale designului – decizii de proiectare. Operațiile sunt întotdeauna selectate în funcție de secvențele necesare pentru structurile spațiale.

Procese = caracteristicile și definirea proceselor arhitecturale reprezintă episoade de proiectare precum secvențele și mișcările mediate de parametricism, care puse împreună formează procesul de proiectare propriu-zis. Așadar, metodele arhitecturale cunoscute până în prezent sunt procese instituționalizate. Morfogeneza nu face parte din această categorie. Toate procesele sunt structurate în funcție de modul de regulare al formelor și volumelor biomimetice. Reducerea impactului uman asupra mediului devine din ce in ce mai importantă prin realizarea impactului pe care mediul construit îl are asupra mediului natural.

Structurile biomimetice sunt produse, reproduse și modificate gradual prin intermediul unui proces continuu de operații algoritmice și parametrice. Structurile se cristalizează într-o manieră în care se utilizează operații recursive și care o dată formate, ghidează și ordonează toate operațiile viitoare. Structurile definitorii, caracteristice ale biomimetismului, reprezintă conceptul central, principiile centrale după care se ghidează, principalele criterii de evoluție precum și mediul caracteristic prin care comunică.

Forma este prima dintre cele trei etape identificate ca fiind necesare pentru o emulație completă a naturii. Forma naturală a inspirat formele arhitecturale de la primele structuri vernaculare până la realizările din contemporaneitate. Iar forma naturală a fost întotdeauna supusă unor reinterpretări și aplicată în domeniul arhitecturii. Blobitectura (Waters, 2003), arhitectura revoluționară (Tsui, 1999) și arhitectura ecologică (Cook, 1996; Makovecz, 2005) reprezintă câteva stiluri în începutul arhitecturii biomimetice.

O problemă potențială în această abordare formalistă constă în lipsa profunzimii și rigurozității biomimetismului ca simplă imitație a formei naturale. Modul în care forma naturală poate fi fundamentată în arhitectură prin procese computaționale, încearcă să dezvăluie o unanimitate posibilă care o leagă de întregul sistem structural. În Structura în natură – strategie pentru proiectare, Peter Pearce prezintă un concept prin care abordează etapele procesului de creare oganică. El se referă la acesta ca fiind inventar minim-diversitate maximă, concept care se află la baza fiecărui sistem natural. Astfel de sisteme sunt definite de Pearce ca inventare minime ale tipurilor de componente și combinații de elemente, împreună cu reguli prin care să combine aceste componente. Este descrisă contribuția fiecărui element în parte, prin maximizarea diferitelor forme structurale, în pofida faptului că în marea lor majoritate sunt descrise ca fiind generice. În plus, în sistemele naturale, regulile de ansamblare și componentele sale sunt văzute ca fiind într-o legătură necesară și obligatorie, astfel încât algoritmii sunt văzuți ca părți întegrate parametrilor, iar parametrii cresc o dată și din algoritmii însăși.

Context

Contemporaneitatea este considerată ca fiind a treia mare evoluție socială a omenirii –Secolul Informației- și a început o dată cu dezvoltarea rapidă a microelectronicii și a tehnologiei informatice, răspândindu-se în toate domeniile științifice. Progresele tehnologice și cercetările științifice, în special în domeniul nanotehnologiei și ingineriei genetice din ultima parte a secolului XX, încurajează noi abordări pentru arhitectura futuristă. Au fost realizate numeroase studii privind algoritmii genetici, nanotehnologia, nanostructuri în „căutarea unei noi arhitecturi”, cu ajutorul relațiilor interdisciplinare dintre domeniile ingineriei și biologiei, din anii 1990 până în prezent.

Nanotehnologia este știința manipulării materiei pe o scară atomică și moleculară. Se ocupă cu structuri de 100 nanometri sau mai mici și implică dezvoltarea formelor și structurilor în arhitectură. Atunci când dimensiunile modelelor unei structuri sunt reduse la criteriu nanometric, comportamentul cuantic înlocuiește comporamentul tradițional declarat, iar proprietățile fizice încep să se schimbe. Astfel, pentru a prelua din performanțele întâlnite în natură, se dorește manipularea structurii după modelul molecular, în care codurile genetice vor lua locul codurilor digitale fiind modificate de către proiectant.

Genetica și nanotehnologia sunt tehnnologiile cele mai transformative, având potențialul de a schimba radical mediul construit. Principiile sunt preluate din natură, iar principalele lor caracteristici se bazează pe legile naturii. Putem menționa noi abordări arhitecturale bazate pe genetică, fiind legate de fundamentele formării organismelor și principii naturale. La baza acestor abordări se regăsește tehnologia computerizată și tehnicile computerizate care s-au dezvoltat după anii ’60, software-urile CAD/CAM, care transferă schițele folosind modelarea și redarea digitală 3-D.

Formele rezultate prezintă tipuri complexe de geometrie determinată de funcțiile matematice și algoritmi parametrici, având o geometrie non-euclidiană. Formele complexe pot fi proiectate cu ajutorul diferitelor funcții matematice.

Tehnicile de proiectare computerizată care se află în plină dezvoltare, îmbunătățesc relațiile interdisciplinare dintre ahitectură, științele matematice, geometrie, genetică și biologie. Astfel, noi practici de proiectare au fost generate prin transferarea diferitelor noțiuni sau tehnici din domenii științifice către arhitectură: curbele NURBS, bulele spațiale (Blob) sau cavitățile (Bleb), suprafețe riglate și cele pliabile (Fold), algoritmii și parametrii genetici, inteligența artificială, genetică etc. Se poate observa că abordările menționate dețin anumite denumiri specifice: arhitectura evolutivă, arhitectură genetică, proiectare parametrică, design algoritmic, arhitectură biomorfogenetică, arhitectură recombinată, arhitectura spațiului cibernetic, arhitectura hiperactivă etc.

În prezent, utilizarea biotehnologiei și a tehnologiei genetice în arhitectură a generat diverse structuri, forme și teorii de proiectare. Când potențialul științei biologice a fost asociat cu transformarea completă a tehnologiei computerizate, rezultatele ahitecturale au inclus aspecte ale biomorfogenezei. Prin urmare, noile forme organice bazate pe natură ar putea fi derivate digital, putând fi realizate la scara reală. După cum afirma George Elvin, „Avansurile în biostructuri și bioforme converg cu avansurile biotehnologiilor și reprezintă o creștere a aplicării acestora în sectorul construcțiilor”. Biostructurile reprezintă o dezvoltare care prezintă performanțe de nivel superior și consum redus de resurse energetice, în comparație cu produsele tradiționale.

Pe de altă parte, există puține studii cu privire la posibilitatea ca o clădire care este generată de propriul ADN, asemeni unui organism, să crească, să supraviețuiască și chiar să dispară, cu toate că ar folosi informațiile geneticii, ale bio și nano tehnolgiei.

În arhitectură, acest efort este considerat ca o experiență utilitară care ar putea defini oportunitatea dezvoltării unei arhitecturi sustenabile, ecologice, biologice, viabil derivată din natură pentru un mediu construit durabil. Nu este vorba doar despre un concept romantic de „întoarcere la natură” sau de căutarea unor forme atractive; este vorba despre reducerea dependenței față de resursele naturale, îmbunătățirea mediului decadent și dorința pentru o masă construită durabilă și biologică.

Din literatura de specialitate, a fost analizată existența complexității, atât în domeniile teoretice, cît și practice. Cercetătorii generează propriile experiențe, termeni conceptuali și tehnici de proiectare variate, astfel devenind dificil de clasificat sau etichetat abordările actuale din punct de vedere academic. Pe de o parte, ele sunt construite pe o bază științifică comună și provin din domenii științifice interdependente, cum ar fi genetica, biologia, nanotehnologia, tehnicile computaționale etc. Pe de altă parte, rezultatul acestor abordări sunt diferite în practică. Trei abordări principale sunt descrise în arhitectura contemporană, ca definire a juxtapunerii dintre biologie și biostructuri:

Strategiile de identificare a formelor, ajutate de algoritmi genetici: se concentrează pe găsirea formei care utilizează tehnicile computaționale digitale în computere.

Designul hibrid cu biostructuri: studiază evoluția strcturilor și efectele bioformelor asupra arhitecturii.

Arhitectura ca organism: analizează posibilitatea unei clădiri organice, vii.

Marea majoritate a proiectelor reprezintă utopii și rămân, ca atare, în mediul virtual. În consecință, scopul acestei lucrări este de a studia introducerea unei noi abordări arhitecturale, generate de domeniile interdisciplinare ale biologiei și morfogenezei, și de a le discuta în contextul unei arhitecturi viitoare.

Abordare integrată a fundamentelor teoretice

Procesul de formare în structurile naturale este în mod caracteristic definit de principiul închiderii, comun atât regnului animal cât și celui vegetal. Cel mai uzitat și regăsit mod de închidere a unui sistem este cel al trangulării, recunoscându-se stabilitatea geometrică inerentă a cadrelor triunghiulare. Aceasta, la rândul său, are ca rezultat structuri cu o rezistență direct proporțională cu masa. O astfel de exemplificare prezintă o aplicabilitate aproape universală, operând independent de scara sau materialul utilizat, cu aceeași conservare eficientă. Fie pe plan molecular, la nivel celular, fie la nivelul structurii realizate de om, stabilitatea sa intrinsecă demonstrează condiția unei arhitecturi cu potențial maxim.

Natura creează forme și structuri în conformitate cu cerințele structurale. Acest lucru este realizat ca răspuns la forțele și sarcinile prezente. Se crează o diversitate de forme dintr-un inventar al principiilor de bază și din strcuturi cu variație limitată. Thompson susține că forma unui obiect este analogă diagramei forțelor care îl definesc.

Pentru Riegner, acest mod de înțelegere a formei naturale nu este numai o interpretare ci devine o formă de limbaj care descrie un mediu și formele sale vii. Astfel, forma naturala serveste ca o abordare hermeneutică pentru înțelegerea unui mediu care nu poate vorbi de la sine. Mai mult, interpretarea formei naturale analizată de Goethe, sugerează că proiectanții ar putea înțelege legătura dintre formele naturale și împrejurimile lor. Cu alte cuvinte, forma naturală reflectă mediul înconjurător, iar mediul înconjurător reflectă forma naturală.

Procese generative și

interpretarea autentică a formei

Generarea formelor este una din problemele fundamentale din educația și practica de arhitectură. Proiectarea de arhitectură, adesea se confruntă cu dezbateri legate de legitimitatea soluțiilor alese, punând la îndoială relația dintre sistemele constructive, context și structură, în toate configurațiile posibile. În ultimii ani, operațiile și procesele computaționale au oferit modalități noi de creare a formelor, revoluționând proiectarea de arhitectură și producția acesteia. Aceste tehnici sunt, de cele mai multe ori, descrise ca “arhitectură parametrică”, “proiectare algoritmică”, sau “design generativ”. Însă aceste tehnici de generare a formelor există în arhitectură cu mult înaintea revoluției digitale. La începutul secolului XX, arhitecți precum Frei Otto și Frederick Kiesler, aplicau metode de proiectare, foarte similare celor computaționale de astăzi.

3.1.2 Știința formelor organice

Procesele de generare se bazează pe evoluția biologică, aducând în prim plan evoluția tehnologiei digitalizate, prin software-uri de proiectare. Acestea folosesc algortimi biologici, care sunt inspirați de teoria evoluției lui Darwin. Algoritmul genetic, sugerat de John Holland în anii 1970, este o metodă de căutare și optimizare bazată pe reguli de selecție canonică. Această metodă funcționează în conformitate cu probabilitățile matematice și oferă o soluționare optimă într-un timp scurt.

Algoritmii genetici utilizați în software-urile care generează forme utilizate în proiectarea de arhitectură, împreună cu procesele de evoluție biologică, cum ar fi încrucișarea genelor, reproducerea, mutația și selecția naturală, sunt selectate și transferate biostructurilor. Se generează noi forme care sunt membre ale aceleiași familii și au diferențieri minore.

Arhitectul John Franzer, autorul carții „Arhitectura evoluționistă” – The Evoluționary Architecture, investigheză sistemele de proiectare generative folosind algoritmi biologici. Cercetările sale sugerează modelul evolutiv al naturii ca proces generativ pentru morfogeneza arhitecturală –Interactivator (1995). În acest context, o sămânță într-un model computațional își transferă codurile genetice la celelalte semințe prin diviziune celulară și apoi se dispersează de restul modelelor. În funcție de valorile performanțelor structurale care sunt calculate pentru mediul informatic, genele utilizate de algoritmi sunt supuși unei selecții asemăntoare celei naturale. Apoi, aceste gene sunt expuse operațiilor de crossover și mutațiilor succesive, fiind produse diferite forme arhitecturale. Scopul acestei abordări este de a crea viață artificială și de a o simula, pe baza proceselor evolutive.

Greg Lynn este unul dintre arhitecții care studiază arhitectura genetică. Proiectul privind casele embrionare sugerează șase prototipuri de case parentale care au caracteristici genetice diferite. Pot exista mii de prototipuri produse prin intermediul mutațiilor și selecției naturale dintre aceste module. Principiile de producție sunt preluate din natură: transferul de caracteristici, selecția naturală și adoptarea caracteristicilor performante.

Așadar, fiecare prototip care s-a dezvoltat din modulul principal, deși are același numar de spini de aluminiu, de grinzi de oțel și același numar de panouri, deține caracteristici și proprietăți diferite. Aceste module embrionice sugerează diversitatea, continuitatea și flexibilitatea biologică.

În consecință, arhitectura profită prin transformarea paradigmelor științifice și realizează căi de identificare diferite și reformiste. Folosind algoritmi genetici, arhitectura furnizează și obține forme noi prin procese computaționale, selectând și operând sisteme biomorfogenetice. Rămâne sub semnul întrebării dacă acestea sunt o nouă formă de arhitectură sau dacă tehnologia este doar un instrument pentru actualizarea unor forme. Cele mai multe astfel de lucrări sunt posibile doar în spații virtuale sau sunt produse cu tehnici și structuri convenționale. Acestea sunt derivate din biogenetica naturii, dar nu sunt epitome ale naturii. În pofida faptului că reprezintă modele inovatoare, nu pot fi clasificate ca fiind definitorii și reprezintă o arhitectură revoluționară, sau rămân sub auspiciul familiarului și al organicului. Generarea de forme complexe, extraordinare din punct de vedere al vizualului, este considerată în mass-media drept o tendință consumeristă și superficială, a unei arhitecturi expresioniste. Este aproape o situație mediatică. Diferența dintre procesele de proiectare și practicile de arhitectură se traduce în practicabilitatea acestor forme, asupra căreia nu este acordată suficientă atenție.

Goethe – cercetare și interpretare biomimetică

Fenomenologia extinde concentrarea științifică și tehnică a biomimiculturii asupra naturii și analizează modul în care poate fi găsită euritmia între formă, ecosistem și proces; respectiv între oameni și mediu. Coates sugerează că, mai degrabă decât "continuarea promovării unei" revoluții a mediului construit "a cărei timp a trecut" și "angajarea într-o încercare inutilă de a menține structura actuală a habitatului nostru uman cu surse difuze de energie regenerabilă" , este necesar să "creeze o simbioză între natură și arhitectură".

Autenticitatea formei utilizate, care se regăsește la baza întregului proces de proiectare, sub forma de concept, reprezintă un prim pas în arhitectura biomimetică. Studiul este bazat pe fundamentele cercetării lui Johann Wolfgang von Goethe, ca punct inițiatic în aplicarea abordării fenomenologice a studiului formei naturale. Această revizuire a universului formelor cercetate de Goethe extinde viziunea convențională asupra naturalului și identifică o structură pe care se va fonda ulterior biomorfogeneza în arhitectură. Goethe sugerează că forma autentică este mai integrată în relația dintre persoană și mediul înconjurător. Forma autentică este bazată pe utilizare și forma neautentică este bazată pe imagine. Bazându-se pe ideea conform căreia forma biomimetică autentică are potențialul de a dezvălui o deplinătate biologică, această formă are de asemenea potențialul de a defini și relația persoană-mediu.

Studiul lui Goethe asupra formei naturale nu numai că a influențat modul în care este percepută natura, dar a influențat angajamentul arhitecturii contemporane în ceea ce privește forma naturală. "Steiner a argumentat că, prin formarea deprinderilor observaționale și prin conștientizarea activității cognizante, arhitectul va fi condus spre o experiență a" ideii în realitate ". Steiner a fost primul care a introdus principiul lui Geothe de morfogeneză în spațiul construit.

Pentru Goethe, cât și Steiner, biomorfogeneza a fost un proces de intensificare, amplificare și înălțare prin care natura folosește tensiunile generate de polarități pentru a crea forme.

Fenomenologia poate fi descrisă ca fiind "un mod de a gândi riguros și de a descrie cu exactitate relația complexă dintre persoană și lume”. Fenomenologia identifică și descrie simbolurile care stau la bază marcând nucleul esențial al "fenomenului în care el are prezență și semnificație în viețile și experiențele concrete ale ființelor umane". Aceste fenomene experimentate nu sunt abstracte, ci încep și se termină cu o experiență imediată și concretă.

Filosoful Martin Heidegger a oferit "instrucțiunea de a face o fenomenologică și hermeneutică a situației existențiale a umanității" în disciplinele de mediu. Heidegger a explicat că "atitudinea fenomenologică este un stadiu al respectului față de realitate care permite acestei realități să apară în felul său, nedistorsionată". Heidegger conchide: "societatea contemporană și tehnologia și-au pierdut adevăratul sentiment de apartenență la locurile noastre naturale și construite" și că "am ajuns să valorizăm lucrurile materiale pe seama înțelegerii atât a relației dintre entități, cât și a contextului în care acele entități sunt înțeles în primul rând".

Împreună cu fenomenologia, se adoptă o abordare hermeneutică. Mugerauer descrie hermeneutica drept "teoria și practica interpretării, în special a interpretării textelor". Un punct-cheie al hermeneuticii constă în faptul că autorul textului nu este în mod obișnuit disponibil pentru a comenta și astfel cercetătorul hermeneutic trebuie să găsească modalități de a descoperi sensul prin textul în sine. Așadar, folosesc o abordare hermeneutică pentru studierea mediilor naturale și construite, care nu pot vorbi de la sine.

După cum sugerează Bortoft, o abordare hermeneutică are capacitatea de a dezvălui integritatea lucrurilor studiate: nu avem nevoie de tot textul pentru a înțelege semnificația acestuia. Bortoft sugerează că întregul lucru nu poate fi văzut pur și simplu ca suma părților "pentru că nu există părți care sunt independente de întreg".

O abordare hermeneutică poate să dezvăluie mulțimile și părți ale subiectului emergent al biomimicriei și să extindă discuția și limbajul până în prezent. Cercetarea biomimetismului devine critică; nu doar comunică constatările și interpretările rezultate în urma studiului, ci devine sarcina finală în formarea înțelegerii care permite mediului să se prezinte în experiență.

Asmussen exprimă formele și procesele naturii răspunzând și reprezentând amplasamentul. "Trecerea de la un accent pe clădiri ca obiecte spațiale frumoase" pentru a genera clădiri care sunt proiectate din necesitate urbană sau socială, cultivă o relație mai profundă între om și mediul natural. Cu alte cuvinte, formele nu ar trebui să fie o reprezentare bazată pe imagine, ci mai degrabă "forma adecvată este o formă care, în armonizarea cu un mod de viață, servește o armonie mai profundă".

Procesele de generare a formelor sunt în mod direct influențate de combinarea proprietăților structurale și de inserarea in situ. Inspirat din strategiile creaționiste din natură, în care generarea formelor este determinată de performanțele maxime bazate pe utilizarea de resurse minime, prin variația proprietățiilor formei arhitecturale, biomimetismul este introdus ca set de strategii matematice digitalizate care sprijină integrarea construcției. Prin încorporarea formelor fizice, a strategiilor de analiză și a fabricării digitale, în cadrul acestui tip de abordare, structura este echivalentă formei, iar proprietățile volumului rezultat reprezintă o funcție a performanței structurale și a mediului care generează edificiul. Propunând o abordare unică a procedurilor de găsire a formei, bazată pe posibilitățile de calcul matematic, Goethe investighează modul în care astfel de procese contribuie la noi moduri de a crea și construi forme (arhitecturale). Proiectele experimentale care sunt folosite drept cadru teoretic și tehnic, susțin volumetriile organice, augumentează și redau proprietăți variabile analizate în cercetările lui Goethe. Dezvoltate ca fiind aproximări ale proceselor de creere organice, biomimetismul demonstrează contribuția și pot ențialul acestui domeniu de cercetare.

Geometrie generată

De-a lungul istoriei, arhitectura a adoptat multiple concepte care și-au găsit inspirația în natură: coloanele egiptene, care sunt o reinterpretare a palmierilor și a frunzelor de lotus, domul geodezic al lui Fuller generat de cercetările asupra plantelor și a sistemelor neuronale umane, podul „viu” realizat de Archigram, Teatrul IMAX al lui Santiago Calatrava care explicitează forma ochiului uman, Opera din Sydney realizată de Utzon inspirată din cochiliile scoicilor etc. Toate aceste forme, inspirate din biostructuri, au caracteristici organice și sunt denumite în cadrul teoriilor biomorfogenetice ca design analogic sau biomimetism.

Dar arhitectura recent sugerată este diferită. Arhitectura biomimetică este bazată pe noțiuniunea filozofică a genezei. Obiectivul său nu este acela de a imita natura sau formele din natură, ci de a plastifica cu natură și, în plus, de a crea natură. Proiectarea contemporană încearcă să realizeze o abordare arhitecturală, ca fiind o piesă reală și vie, folosind oportunități și principii genetice. Natura nu mai este o sursă de inspirație, ci o materie primă. În consecință, formele trăiesc în mod autonom și funcționează prin ADN propriu. John M. Johansen, la sfârșitul anilor 1960, și-a imaginat clădirea ca fiind un organism a cărui structură este determinată de procese genetice. Clădirea reprezintă o structură autoreglabilă, având capacitatea de a se autodiagnostifica, auto-vindeca și dețin un sistem nervos central propriu.

3.1.3 (bio)Forma – morfogeneză matematică

Termenul ”spațiu” provine din limba latină și din cuvântul grec stadion, fiind desemnat de o distanță, un interval caracterizat prin trei dimensiuni (adâncime, lățime și lungime) la care se adaugă timpul, ca echivalent al mișcării. Spațiul, în acest sens, conține un înalt nivel de abstractizare. Perceperea spațiului este determinată de pătrunderea progresivă a corpului uman cu propriile axe de referință în adâncimea unui spațiu. În sprijinul acestei idei vine faptul că istoria arhitecturii oferă exemple de extraordinare relații cu spațiul, care nu oferă atât imagini stilistice, cât calități ale spațiului.

În arhitectură se disting diferite tipuri de spațiu: spațiul închis (capsulat sub forma unor celule sau camere), spațiul aleveolar, spațiu deschis, continuu, spațiul secvențial-ritmat, spațiul stratitficat. Spațiul poate fi central (focalizat antropocentric) sau egal, uniform distribuit. Spațiul are nevoie de claritate, distorsionarea lui ducând la confuzie și dezorientare, dezechilibru. Ordinea este dată de o dominantă. Ordinea și ierarhizarea pot crea anumite contraste.

Claritatea spațiului este redată de: similaritate (recepatarea elementelor), posibilitatea de a găsi centrul unui spațiu, calitățile de ordonare, elementele statice, (elementele dinamice nu treuie sa fie exces) și mărimea spațiului. Un spațiu impresionează prin geometrie, dimensiuni (cea mai importantă fiind înălțimea), proporții și câmpul vizual oferit.

Majoritatea formelor pot fi definite ca fiind „geometrii cu limite”. În definirea unei forme din punct de vedere al proceselor matematice, parametrii sunt necesari a fi preciși. Explicațiile găsite pentru termenii de specialitate în dicționare nu definesc modul în care percepem și creăm.

Termenul „cub” este definit ca o formă a cărei limită este compusă din șase fețe pătrate congruente. În matematică, aceste plane sunt considerate a fi planuri discrete, deoarece fiecare față se atinge de celelate planuri prin limita sa, însă din punct de vedere tehnic nu sunt conectate, ci sunt părți separate, definite de caracteristici unice. Viitorul instrumentelor digitale nu devine complex din punct de vedere euristic, ci din contra. Este imperativ sa ne întoarcem la cele mai elementare motoare ale proceselor de formare: operațiile matematice și geometria.

În cadrul morfogenezei și a biomimeticii, funcțiile pot fi încorporate prin ierarhizare și modificare computațională. Prin studiul ecuațiilor parametrice și implicarea algoritmilor, pot fi utilizate explicit modurile de operare existente în natură, pentru a transforma viitoare forme.

Plecând de la o bucată de lut, o rotim pe un plan creând o sferă. Pentru a o transforma într-un cub, sfera poate fi comprimată pe direcții multiple (mai degrabă decât formarea a șase laturi plane care sunt unite împreună). Însă cele mai multe cuburi întâlnite au un anumit grad de rotunjire la colțuri. Acceptând această definiție a cubului, putem să îl determinăn printr-o ecuație parametrică. Cadrul și algoritmii folosiți devin puncte critice pentru a decide cum să definim o formă matematică. Dacă o formă își păstrează continuitatea topologică, ea poate fi definită printr-o singură ecuație. O schimbare în această continuitate, după cum ar fi o muchie ascuțită, necesită o altă ecuație pentru a defini procesul. Întreruperea continuității în cadrul formei, introducerea de muchii ascuțite, poate crea efecte estetice care permit cubelor să fie exprimate în maniere diferite sau poate să faciliteze fabricarea unor geometrii particulare diferite de simple fețe plane. Cu toate acestea, domeniul de aplicare a acestui set de procese este constrânsă de definirea formelor cu o singură ecuație parametrică.

În anii 1800, Joseph Fourier a încercat să demonstreze că fiecare formă poate fi descrisă prin funcții matematice. Studiul formei biomimetice nu încearcă să facă o dovadă ulterioară, ci încearcă să găsească regulile din spatele transformărilor existente în natură, care ar permite manipularea algoritmilor într-un mod instrumental, mai degrabă unul pur determinist.

Biomorfogenezele pot părea asemeni unei serii de forme arbitrare, dar în realitate sunt transformate prin matematică, și analizate ca geometrii știute și existente. Nu doar matematica este utilizată pentru a analiza formele biologice, ci este folosită pentru a depăși aparența inițială, prin manipularea ADN-ului. Matematica este polosită atât ca instrument analitic, cât și ca instrument generativ. „Forma este una dintre caracteristicile esențiale ale obiectelor surprinse de ochi. Se referă la aspectele spațiale ale lucrurilor, cu excepția localizării și orientării. Adică, forma nu ne spune unde este un obiect și dacă se află cu susul în jos sau cu partea dreaptă în sus. Se referă, în primul rând, la limitele maselor”. Morfogeneza, în acest context, este asemeni unei serii evolutive care dezvăluie un tip particular de modele de transformare. Biomorfogenezele sun iterative.

Funcții parametrice

Funcția sau ecuația parametrică este o modalitate de a defini valorile coordonatelor (x, y, z) pentru formele cu parametri (u, v, w). Structurile liniare pot deveni extrem de specifice și fixe, până în punctul în care se poate calcula o singură sarcină. Dacă ne imaginăm un model parametric care întinde o sferă conform unei linii, tot ceea ce algoritmul poate face este să întindă și să denatureze această formă închisă. Dacă scopul ar fi fost ca forma sa fie modelată, mai degrabă decât sa o modificăm, structura algoritmului necesită sa fie complet schimbată. Dacă s-ar dori o schimbare și mai mare, cum ar fi transformarea suprafeței închise a sferei într-o suprafață deschisă, ar trebui să redefinim modul în care este formulată forma inițială. Acest lucru este destul de diferit față de operațiile care sunt întâlnite în natură. În modelul asimilat arhitectural, modurile de transformare și flexibilitate se află sub un limbaj matematic. Proiectantul nu trebuie să redefinească structura inițială, ci doar să modifice acest sistem.

Unsprezece transformări sunt descrise ca set de operații primare: tăierea, scalarea, modularea, elevarea, spiralarea, texturarea, îndoirea, forțe care acționează punctual, aplatizarea, îngroșarea și deformarea. Acestea devin fundamentale ca procese de proiectare atunci când instrumentalizează modelarea biomimetică. Prin combinarea acestor transformări, se pot crea marea majoritate de forme conținute de natură. Există un număr infinit de moduri pe care acestea le-ar putea combina, pentru a dezvolta forme mai complexe de transformări. Ierahia este extrem de importantă în procesul de combinare. Deoarece funcțiile pot fi încorporate în interiorul altor funcții, este imperativ ca secvența de operații să fie atent relatată. De asemenea, se pot obține rezultate diferite prin transformarea parțială a funcțiilor parametrice.

Secționare – O curbă este definită de o serie de puncte. Punctele sunt descrise ca intervale de valori. Limitele acestui interval sunt definite de limitele curbei. În ecuații există doi parametri (u,v), care controlează aceste extremități. Parametrul u se aplică numai curbelor locale, care definesc o anumită formă, iar parametrul v definește elevația formei rezultate. Limitarea acestor doi parametri reduce în mod efectiv forma.

Modelarea – În timpul modelării sunt introduse o serie de forme primare, euclidiene: curba sinusoidală, cercul, cilindrul și sfera. Cruba sinusoidală și cercul sunt definite cu două coordonate (x,y,), în timp ce formele tridimensionale (cilindrul și sfera) sunt definite de (x,y,z). O curbă sinusoidală este definită de o funcție sin și un parametru – u. Cercul este definit de o funcțiile sin și cos. Parametrul v permite ca cercul să se transforme într-o suprafață. Un cilindru este un cerc extrudat sau un cerc cu o valoare atribuită coordonatei z. Formele 3D pot fi transformate în helicoide, con sau sferă.

Rotație – Pentru a roti o formă trebuie definită o axă de rotație. În mod similar, o geometrie inițială este conectată la o matrice de rotație.

Scalare – În funcție de multiplicarea inițială, dacă un întreg este înmulțit cu un alt întreg, valoarea lui crește în funcție de multiplicator. În consecință, înmulțirea unei forme cu un număr întreg va scala această formă. Dacă se înmulțește sau se împarte numai coordonata x, forma se va scala numai pe acea axă.

Modulare – În cazul funcțiilor biologice există parametri definitorii. Dacă în cazul operației de tăiere, acești parametri controlează punctele extreme ale unei linii curbe, aceștia sunt scalați în timp ce sunt încorporați în interiorul unei funcții matematice, controlând frecvența curbei definite. De exemplu, dacă parametrul este dublat, rezultatul va duce la dublarea numărului de perioade cu aceeași lungime. Înmulțirea parametrului multiplică de asemenea frecvența curbei.

Elevare – Dacă o curbă sinusoidală a fost desenată pe axa x, perioada sa începe și se termină pe axa x. Reprezentarea unei asemenea curbe este foarte asemănătoare cu cea a unei linii orizontale, cu amplitudini în ondulație și frecvențe specifice. Adăugarea unui parametru este asemănătoare cu planificarea unei linii diagonale la un unghi față de orizontală. Pentru fiecare ciclu pe care îl încheie, se mișcă incremental pe verticală. Centrul curbei sinuoase nu s-ar mai afla pe axa x, în schimb s-ar regăsi pe diagonala nouă. Adăugarea unui număr întreg la o funcție ar reda o traducere liniară, în timp ce adăugarea unui parametru va schimba forma și va produce o traiectorie diagonală.

Spiralare – Asemănător elevării, adăugarea unui parametru este la fel cu planificarea unei linii diagonale. Operația de adiție este un mijloc de deplasare a formei, precum deplasarea unei curbe pe o traiectorie diagonală. Multiplicarea desemnează o operație distinctă. Dacă raza curbei, având punctul pivotant în originea centrului, crește incremental, curba nu este deplasată, ci se întinde iterativ în afară.

Texturare – Când se adaugă două frecvențe diferite, aceleiași curbe, o frecvență este trasă în interiorul celeilalte. Când o curbă care se ondulează în funcție de spațiul format de o altă curbă, controlează independent parametrii diferiți ai liniei ondulate rezultate. În cazul în care, frecvența unei curbe este mărită cu o anumită valoare, amplitudinea sa ar trebui să fie redusă cu aceeași valoare. Acest lucru va menține amplitudinea curbei globale, în timp ce crește în mod independent frecvența texturii.

Deformare – În cazul deformării, o formă întreagă este alterată de-a lungul unei curbe. Geometria formei inițiale nu este desfăcută pentru a fi deformată, ci este reprezentată grafic ca să urmeze o altă traiectorie decât linia inițială. Adăugarea unei funcții parametrice nu v-a distorsiona baza formei geometrice, ci îi va afecta elongația, extinzând-o vertical pe o traiectorie rectilinie, urmată de o curbă și apoi de o îndoire.

Acțiunea punctuală a unei forțe – Când gradul de curbură crește, datorită ridicarii funcției parametrice la un exponent, limitele exterioare ale formei sunt mult mai bine subliniate. Cu cât forța aplicată este mai mare, cu atît mai mare va fi vârful formei. Dacă o formă este supusă unei acțiuni cu o putere uniformă, orientarea ei va fi oglindită. Deformările produse creează iluzia unei muchii, cu extremitățile rotunjite pentru a menține intactă proprietatea continuității.

Aplatizare – Când gradul de curbură scade, forma va deveni mai aplatizată, materialul este comprimat. Aplatizarea unei forme, scalează gradual forma. Cu cât aplatizarea face ca sfera să semene mai mult cu un cub, cu atât devine mai mică.

Dublare – Deoarece o sferă care prezintă o dublare a învelișului descrie două condiții limită, una interioară și una exterioară, sunt stabilite două seturi diferite de coordonate. Un set descrie limita inferioară a sferei, iar al doilea, definește grosimea sa și, prin urmare, implicit descrie și limita sa exteriaoră. Grosimea este folosită pentru a descrie cele două condiții limită. Forma este încă o singură geometrie.

Transformări combinate

Studiile precedente au devenit o tradiție în educația arhitecturii biomimetice; totuși, aceste studii analitice rareori se traduc direct prin dispozitive și mecanisme utile în proiectare, rămânând la nivel de teorie și metodologii directoare. Acest subcapitol reprezintă o expunere de modele arhitecturale analizate folosind funcții parametrice și principii geometrice de modelare a formelor biomorfogenetice. Analiza prezintă nu numai forma construită, ci și procesul de modelare și transformare a fiecărui volum, din geometrii tipologice fundamentale în forma finală. Procesul de morfizare proiectează o serie de variații matematice dincolo de forma clădirii. Acest lucru subliniază faptul că actul studierii operațiilor precedente, poate deveni un mecanism generativ.

Tăiere și spiralare – Dimensiunea unei forme este controlată prin tăiere. Deoarece aceasta controlează intervalul care este exprimat de formă, apar transformări în paralel. În acest caz este realizată o creștere a incrementului razei unei sfere, prin spiralare.

Pavilionul Japoniei, Hanover, Germania, 2000

Shigeru Ban Architects, Tokyo, Japonia

Shigeru Ban, în colaborare cu Otto Frei, a proiectat structura și geometria tunelului-arc de 72 m lungime, realizat din tuburi de hârtie. După încheierea evenimentului Expo 2000, structura a fost reciclată în pastă de celuloză.

Procesul de modelare începe cu transformarerea prin tăiere, constând în secționarea unui cilindru. Prin deformarea generată de traiectoria unei curbe sinusoidale, raza se mărește, putând fi controlată curbura fiecărui profil sinusoidal. Astfel, forma apare asemeni unei secțiuni transversale unui volum spiralat.

Scalare și spiralare – După ce dimensiunea sferei este modificată prin scalare, raza sa crește incremental (spiralare). Ordinea acestor operații nu este predefinită.

Pavilionul Marii Britanii, Shanghai, China, 2010

Heatherwick Studio, Londra, Marea Britanie

Heatherwick Studio a proiectat capela al cărei volum este inspirat din forma unei semințe, a unui sâmbure, cu o înalțime exterioară de 15 m și interioară de 10 m. Anvelopa pavilionului este alcătuită din 60 000 de bare acrilice, fiecare cu o lungime de 7,5 m. Forma de bază a fost sfera, transformată ulterior prin operația de aplatizare și scalare, într-un cub cu muchiile rotunjite. Apoi a fost dedublat mesh-ul, și din nou aplatizat spre interior, fiind o acțiune simultană asupra „cojii” atât exterioare, cât și interioare.

Modulare și spiralare – În plus față de transformarea spiralată, densitatea formei este modificată prin modulare. În primul rând se mărește densitatea ei, raza sa crește direct proporțional.

Insula Mur, Graz, Austria, 2003

Acconci Studio, New York, SUA

Conceptul proiectului este acela al unei insule artificiale, cu o lungime de 47 m, care poate fi accesată de două poduri pietonale. Prin răsucirea și deformarea anvelopei, a structurii de oțel și sticlă, se formează un amfiteatru exterior. Cele două poluri ale sferei sunt orientate orizontal – axa x, urmând a fi scalată pentru a deforma transformări ascendente.

Urmează transformarea dintr-o sferă închisă într-o sferă deschisă, prin adiția unui parametru pe axa y. Prin adăugarea succesivă de parametri, forma va fi rasucită și spiralată, descriind o creștere în proporții. Vor fi secționate anumite părți pentru a nu prezenta nici o intersecție, rezultând o formă spiralată, asemănătoare unei scoici.

Spiralare și elevare – După ce raza crește, forma este reprezentată iterativ în funcție de traiectoria diagonală. Deoarece elevarea se produce după spiralare, formele rezultate se auto-intersectează.

Son-0-House, Son en Breugel, Olanda, 2004

NOX, Rotterdam, Olanda

Lars Spuybroek a proiectat o „casa în care trăiește sunetul”. Pavilionul conține 23 de senzori de mișcare care influențează indirect muzica.

Dintr-o secțiune cilindrică și o sferă, se modelează o formă morfogenetică, unindu-le și urmărind panta sferei ca linie generatoare. Prin aplicarea unei funcții parametrice sinusoidale și a texturii, suprafața se „rupe”. Ultima deformare este a unei forțe care accționează punctiform, creând o crevasă centrală. Urmărind scalarea cilindrului de bază, vortexul formei crează iluzia unei rotații continue.

Texturare și spiralare – Înainte de a fi spiralată, forma este transformată prin texturare. Atunci când o rază a sferei este texturată, crește în mod incremental sub formă de spirală, textura crescând direct proporțional cu aceasta.

Ark Nova, Matsushima, Japonia, 2013

Arata Isozaki, Tokyo, Japonia și Anish Kapoor, Londra, Marea Britanie

Arata Isozaki a colaborat cu sculptorul Anish Kapoor pentru a proiecta prima sală de concerte gonflabilă din lume. Structura pneumatică apare reiterativ in Japonia, în zonele afectate de cutremurul și tsunami-ul din 2011.

Plecând de la o sferă, coordonatele polilor sunt inversați, transformând-o într-un tor. Centrul său suferă deformări generate pe direcții diagonale, care se finalizează printr-o texturare inelară a întregii forme. Frecvența și amplitudinea deformărilor cresc direct proporțional cu fiecare instanță a procesului de modelare, forma finală apărând asemeni unui tor „încrețit”.

Deformare și spiralare – În acest caz, forma este mai întâi deformată și apoi spiralată. În acest caz, ordinea operațiilor parametrice este prestabilită.

Looptecture F, Minamiawaji, Japonia, 2010

Endo Shuhei Architect Institute, Osaka, Japonia

Endo Shuhei a proiectat Looptecture F, un centru de control pentru tsunami, în portul din Fukura. Forma este construită dintr-o centură continuă de oțel, având lățimea de 7,3 m, care se intersectează succesiv, pe măsură ce se curbează.

Plecând de la un cilindru, deformarea este de natură sinusoidală, a cărei frecvență (modularitatea) crește progresiv. Rezultă o auto-intersecție. Forma este scalată, muchiile paralele sunt transformate, iar bucla se extrudează într-o proiecție conică. Volumului final aplatizat, este modificat prin texturare.

Forțe care acționează punctiform și spiralare – În această iterație, forma este mai întâi spiralată si apoi modificată. Prin spiralarea formei mai întâi, operația de modificare devine mai puțin invazivă decât operația anterioară. Forma va descrie o creștere exponențială a muchiilor.

Mercedes-Benz Museum, Stuttgart, Germania, 2006

UNStudio, Amsterdam, Olanda

În imediata apropiere de fabrica Daimler, UNStudio a proiectat un muzeu de 32 000 mp, a cărui rampe elicoidale interioare, urcă în jurul unui gol central, un design inspirat de nodul trilobat.

Plecând de la un cerc transformat într-un nod trilobat și ulterior elevat prin multiplicare, este generată traiectoria rampei. Configurația sa este modificată prin schimbarea frecvenței și aplatizare, pentru a crea o limită rectilinie.

Aplatizare și spiralare – Înainte de formarea spiralei, aceasta se aplatizează. Deoarece ultima operație este cea a spiralării, forma finală descrie muchii liniare, exprimate local.

Spiralare, aplatizare și dublare – Deoarece penultima operație reprezintă o aplatizare, sfera spiralată este descrisă ca fiind aproape un cub. Forma generală a volumului este determinată de ultima operație. Dublarea introduce un nou parametru și un nou subset de coordonate. Această modificare nu schimbă forma propriu-zis, dar permite o exprimare diferită din punct de vedere estetic.

Operațiile biologice pot constrânge procesul de creare a arhitecturii. În mod similar, funcțiile utilizate în analiza anterioară, influențează modul în care este înțeleasă modelarea clădirilor. Sunt subliniate ierarhiile spațiale, simetriile, proporțiile și regulile generatoare care staula baza volumelor arhitecturale biomorfe. Totuși, o suprafață curbată este în mod semnificativ dificil de analizat cu ajutorul instrumentelor arhitecturale convenționale.

Biologia și geometria sunt instrumente analitice foarte specifice. În mod obișnuit, clădirile sunt clasificate în funcție de tipul lor, cum ar fi o bibliotecă sau un muzeu. Atunci când fondul construit este analizat din punct de vedere al biomorfogenezei, se clasifică în funcție de forma lor. Clădirile pot relaționa în funcție de ADN-ul lor geometric, nu neaparat în funcție de materialitatea sau tipologia lor. Pentru fiecare exemplu, după ce a fost analizat, s-au generat variații de proiectare.

3.1.4 Design regenerativ

Arhitectura regenerativă reprezintă un proces în care organizarea internă a unui sistem sau a unei structuri crește autonom, fără a fi gestionată de o sursă externă. Aceste forme de auto-organizare prezintă proprietăți emergente, care apar atunci când un sistem complex atinge un prag combinat de diversitate, organizare și conectivitate. În urma unei priviri de ansamblu asupra aplicabilității geneticii în mediul construit, în care o unitate structural-formală include comportamentul, dezintegrarea și regenerarea, proto-arhitectura reprezintă rezultatul căutărilor unui omolog în proiectarea sintetică.

Structurile naturale posedă multiple niveluri de integrare prin care își deservesc funcțiunile sau programele. O trăsătură distinctă și esențială a designului regăsit în natură este redat de capacitatea lumii biologice de a genera structuri complexe, de compoziție organică sau anorganică (cochilii, corali, mătase, colagen, fibra musculară). În combinație cu matricea extracelulară, aceste bioforme constituie microstructuri proiectate pentru a se adapta la constrângerile externe preordonate, care sunt introduse pe întreaga durată de viață a acestora. Astfel de constrângeri includ, în general, combinații ale criteriilor de performanță structurală, de mediu și de masă. Forma materiei este, prin urmare, legată direct de forța care acționează asupra sa.

Eliberarea dintre formă, material și structură, atât de emblematică proiectării contemporane, a dus la o deconstrucție paralelă în metodele de proiectare definite prin împărțirea între modelare, analiză și fabricare. O astfel de deconstrucție, ar putea avea ca rezultat o prioritizare a formei asupra performanței. Așadar, se introduc animite principii de proiectare în practica materială în care controlul și structurarea organizării volumului este redată prin constrângeri de performață structurală. Aceste principii pot fi exprimate în domeniul digital, urmărind a fi combinate cu procese de generare, pentru a încuraja comportamentul structural și pentru a definitiva geometria propriu-zisă. Această caracteristică va permtite în cele din urmă proiectantului să creeze geometrii, volumetrii, forme care să își schimbe proprietățile în corespondență cu forțele care acționează asupra lor. Sistemele de auto-organizare redau capacitatea de adaptare, precum și potențialul de a răspunde la stimuli din mediul dinamic. Procesele generative facilitează sistemele cu capacitate de a se adapta circumstanțelor în schimbare. Adaptarea geometriei la schimbarea circumstanțelor pe parcursul procesului de proiectare, poate fi anticipată și concepută instrumental parametric.

În tehnologie, simularea definește reprezentarea matematică a interacțiunii obiectelor din lumea reală. Astfel, devine esențială pentru proiectarea sistemelor complexe, din perspectiva studiului comportamental.

În cadrul domeniului biologic, diferențierea implică procesul prin care celulele și țesuturile suferă o schimbare spre o formă sau o funcție specializată, pentru a deveni mai orientate spre îndeplinirea sau pentru a li se atribui o capacitate specifică. În „Diferențiere și performanță: Arhitecturi mai performante și medii modulare”, Hensel și Menges susțin un model ecologic pentru arhitectură, care promovează o modulare activă a condițiilor de mediu pe intervale de timp și prin diferențiere morfologică. Această abordare prezintă o nouă paradigmă spațială pentru proiectarea arhitecturală, cât și o sustenabilitate avansată, care leagă capacitatea sistemelor structurale de performanță, și modularea mediului de prevederile și posibilitățile de locuire sau utilizare.

Arhitectura se apropie de constructele naturale prin utilizarea tot mai frecventă a formelor și a materialelor cu densități variabile. Astfel de geometrii sunt receptive; microstructura este optimizată cerințelor de performanță specifice (cum ar fi sarcina mecanică). Comparativ cu natura, propriile noastre strategii structurale par a fi mult mai puțin eficiente și, în general, destul de risipitoare. De la vârsta industrializării, domeniul construcțiilor a fost dependent de soluții continue pentru funcțiuni distincte.

Abordarea graduală a proprietăților structurale și geometrice în cadrul proiectării obiectelor, a elementelor și a clădirilor, pare să aibă atribuită o valoare potențială pentru domeniul emergent al proiectării durabile.

În promovarea individualizării mediului construit, cercetarea încearcă să definească, să exploreze, să demonstreze și să evalueze calculele computaționale și procesele care susțin astfel de obiective. Alternativ, proiectarea bazată pe proprietățile structurale și a condițiilor de mediu promovează individualizarea prin eterogenitate formală, structurală și materială. Având în vedere această capacitate de a anticipa și de a răspunde criteriilor de performanță și a efectelor dorite, aceast domeniu de cercetare are implicații pentru schimbarea practicii de proiectare de la un design modular omogen, condus de logica ansamblării materialelor, la un design diferențiat eterogen, determinat de distribuția materialelor.

3.2 Sistemul, ca intenție și analiză în introducerea deciziilor de proiectare

Examinarea sistemului, al treilea nivel al naturii lui Benyus, relevă modalitatea de a revizui natura, ca mijloc de percepere și experimentare a spațiului construit. Tipicalizarea operațiilor si a proceselor din cadrul unui sistem reprezintă însăși o structură a sistemului. Teoria morfogenezei în arhitectură, precum și cea a biomimetismului se distinge dintr-o manieră variabilă a structurilor parametrice. Operațiile, structurile și procesele se autoblochează într-o relație constituită mutual. Relația de constituire mutuală și simultană implică atât sistemul formal, cât și mediul.

În analiza formelor biologice, distincția dintre structura propriu-zisă și formă devine aproape imposibilă, acestea coexistând. Structurile sunt asimilate unor funcții variate, iar formele, având proprietăți asociate, sunt utilizate ca închideri și limitări. Structurile organice posedă un nivel ridicat de complexitate și precizie pentru a-și deservi funcțiile. O trăsătură distinctă și esențială a acestora este capacitatea de a genera structuri complexe din fibre organice sau anorganice.

Sistemele, formele și structurile naturale sunt capabile să-și schimbe proprietățile, forma și modul în care preiau încărcările pentru a face față deteriorărilor și pentru a facilita regenerarea. Supraviețuirea lor depinde de capacitatea de intermediere între multiple funcții și de a evalua semnificația lor relativă într-un proces singular, care integrează mecanismele de creștere, reacție și adaptare. Mai mult decât optimizarea resurselor pentru o singură funcție, forma organică trebuie să-și medieze aplicările prin intermediul unui singur sistem structural.

Această abordare de proiectare este propusă ca set de procese. Calculul structurilor reprezintă o abordare de proiectare, o metodologie și un cadru tehnic prin care se modelează, se simulează și se fabrică „organe” volumetrice cu proprietăți diferite, proiectate să corespundă constrângerilor funcționale multiple și continuu diferite.

Acest cadru include procese de modelare, analiză și fabricare. În cadrul fiecărui proces, s-au identificat anumite metode care au potențialul de a regândi arhitectura, nu ca domeniu bazat pe formă, ci mai degrabă ca o paradigmă bazată pe comportament.

În comparație cu structurile fabricate antropic, multe forme naturale, în special cele din regnul vegetal, depășesc din punct de vedere al caracteristicilor mecanice, unele dintre cele mai frecvente structuri folosite în arhiectură. Cu toate aceastea, structurile naturale au o densitate aproximativ înjumătățită față de cele utilizate în construcții, și sunt caracterizate printr-o masă mult mai redusă. Structurile biologice sunt caracterizate de versatilititate: își pot schimba proprietățile pentru a se adapta vârstei condițiilor fiziologice imediate. Prin urmare, comportamentul mecanic al oricărei forme biologic unice, este definit de mai multe proprietăți, dintre care nu toate pot fi maximizate. Fiecare structură, fiecare formă este utilizată în funcție de calitățile sale particulare și de tipurile forțelor mecanice pe care trebuie să le susțină.

În proprietățile structurilor și formelor naturale, Gibson explorează diferite clase de organisme, examinând relația dintre microstructurile celulare și valorile performanțelor mecanice. Astfel de relații au implicații semnificative pentru proiectarea structurilor eficiente.

Mugerauer amintește că indiferent de cât de seducătoare poate fi forma naturală, ceea ce contează este modul în care utilizatorii experimentează volumul redus la noțiunea de spațiu. Cu alte cuvinte, deși forma naturală poate fi intrigantă și fascinantă în mediul său natural, atunci când este scalată (mărită sau redusă) pentru a satisface nevoile umane, ea nu mai poate reprezenta același caracter natural unitar și nu reușește să creeze o conexiune reală cu lumea naturală. Această abordare ignoră deplinătatea formei naturale din cauza aspectului sau a motivelor bazate pe imagine ca reprezentare și nu poate fi identificată ca arhitectura-organism rezultată din biomimetism.

3.2.1 Structura – mecanism de creștere, reacție și adaptare

Structura depinde de capacitatea de a-și gestiona viabilitatea sustenabilă a geometriei sale, precum și de a satisface un set de proprietăți mecanice, cum ar fi rezistența, rigiditatea și duritatea. În plus, față de generarea formelor, una dintre trăsăturile cele mai unice ale sistemelor biologice este capacitatea lor de a diagnostica și repara structura și de a evolua prin creștere, micșorare sau modificare volumetrică. În mod evident, un astfel de atribut este de dorit pentru obiectele de arhitectură biomimetice. Cu toate acestea, este important să se afirme că procele naturale de generare, analiză și fabricare sunt euritmic integrate tocmai pentru că își pot permite să li se acorde perioada de timp necesară realizării acestor procese evolutive. Se observă că atât forma, cât și materialele oricărei structuri naturale au evoluat într-o perioadă îndelungată de timp, reprezentând optimizări în ceea ce privește sarcinile pe care le suportă prin morfogeneză. Misiunea este de a înțelege relația dintre generare, analiză și fabricare, așa cum se aplică în formarea organismelor naturale, pentru a putea specula cum pot fi implementate astfel de abordări în proiectarea de arhitectură.

Structura per se este principiul general al biomimeticii. În natură, „forma este mai puțin costisitoare decât structura”. Astfel se definește abordarea eficientă a parametrilor de proiectare ai biomimiculturii. Unul dintre studiile care stau la baza acestui domeniu, considerat ca fiind fundamental în viitoarea proiectare biologică, este lucrarea lui D’Arcy Thompson, „Despre creștere și formă” – On Growth and Form – din 1917. Pentru una dintre primele dăți, organismele vii sunt tratate ca exemple de rezolvare a problemelor de inginerie civilă.

În ceea ce privește structurarea în lumea artificială, anorganică, minerală, în special în ceea ce privește proiectarea clădirilor, există o caracteristică definitorie manieristă și superficială. Acest lucru se datorează în mare parte faptului că instrumentele actuale de modelare și fabricare în cadrul disciplinelor de proiectare și construcție arhitecturală sunt limitate, prin capacitatea lor de a reprezenta construcții având compoziție eterogenă complexă. Procesele de design biomimetic, metodele de calcul și de proiectare urmăresc să utilizeze procese computaționale alternative, care să susțină generarea formei pe baza interațiunii dintre volum și structură, material și mediu. Aceasta implică o trecere de la metoda de procesare pe calculator, generativ și performativ, care permite proiectantului să încorporeze proprietățile structurale și estetic-volumetrice întâlnite la organismele vii.

3.3 Procesul proiectării biomorfogenetice în arhitectură

Procesele de proiectare arhitecturală și biologia sunt domenii ample și complexe. Astfel, este imperativ să subliniem limitele. Unele dintre aceste limitări pot fi abordate în manieră teoretică, ca rezultat al cercetarii, în timp ce multe aspecte apar mai târziu, la nivel practic. Unul dintre principalii factorii care se manifestă în modul de aplicabilitate a biomimetismului în arhitectură, constă în structurile și formele pe care le utilizăm.

Cercetarea și descoperirea modului în care un organism îndeplinește anumite roluri reprezintă adesea partea facilă din studiu; pentru a pune în aplicare pe deplin aceste strategii, arhitectura se limitează, de cele mai multe ori, la capacitățile tehnologice contemporane. Pe de o parte, în arhitectură lucrăm cu o paletă complet diferită de structuri și forme. Cu excepția cazului în care s-au dezvoltat unele „bio-structuri”, putem simula doar modul în care acționează aceste organisme și în funcție de cât de bine sunt simulate aceste forme, ne putem aștepta la o asemănare limitată cu organismul original.

Restricțiile temporale reprezintă o altă limitare care împiedică procesul de design arhitectural. Traducerea celei mai bune strategii realizate în mediul construit este deseori cea mai dificilă parte, dar este fezabilă prin cercetare colaborativă pe termen lung și prin utilizarea metodelor iterative asistate de calculator. În cele din urmă, arhitectura este formată din multiple paliere de semnificații, iar biomimetismul nu poate aborda toate aspectele.

Procesul de proiectare arhitecturală este un proces iterativ, reprezentând o mișcare circulară între părți și mulțimi. Prin urmare, este responsabilitatea arhitecturii să utilizeze acest instrument ca parte a unui proces integrat de planificare și proiectare, pentru a evita un mimetism „orb” și superficial.

Nu există o singură definiție clară a termenului de proiectare generativă, aceasta variază. În general, acesta poate fi definit ca fiind o metodă de proiectare unde forma este bazată pe algoritmi.

La sfârșitul anilor ‘80, începutul anilor ‘90, chiar înainte de revoluția tehnologiei în arhitectură, Peter Eisenman a început sa aplice un set de reguli de proiectare, cum ar fi scalarea, fractalii, și suprapunerea principiilor organice, influențat fiind de teoria deconstructivistă a lui Jacques Derrida. Eisenman a aplicat aceste tehnici în relație cu regulile ordinii lui Vitruvius, creând proiecte cum ar fi sediul Nunotani Corporation din Tokio și Biocentrum din Frankfurt 1987. Pe măsură ce tehnologia s-a dezvoltat și a oferit noi posibilități, Eisenman a introdus noi abordări în tehnica sa.

Pe măsură ce algoritmii și scriptarea au devenit mai accesibile arhitecților, iar fabricarea digitală mai ieftină, software-urile parametrice, programele de simulare, optimizare, și cele generative au inceput să domine proiectarea arhitecturală. Proiectarea generativă, după cum a definit-o Calestino Soddu în 1994, “este un proces morfogenetic care folosește algoritmi structurali, asemeni unor sisteme nonliniare, pentru a genera rezultate unice și irepetabile, exact ca în natură” Planul nu mai generează geometriile, repetițiile și simetriile își pierd împortața vernaculară, cât timp variabilitatea infinită a elementelor devine o soluție la fel de fezabilă ca și modularea elementelor, iar customizarea reprezintă alternativa producției în masă. Morfogeneza arhitecturală se concentrează pe calitățile adaptative ale formei. Forma nu mai este creată, ci este găsită, bazându-se pe un set de reguli și algoritmi, care sunt, în mare parte rezultatul tehnicilor digitale, dar și celor fizice. Regulile sunt stabilite de către arhitect, iar procesul este urmat de auto-organizarea generată digital, care se bazează pe creșterea organismelor vii. Aceste procese biologice sunt și vor fi întotdeauna o sursă de inspirație pentru arhitectură.

O astfel de sinergie poate fi realizată numai dacă, și când, diferitele procese de proiectare sunt integrate pentru a permite modelarea, analizarea și fabricarea simultană, asemănătoare comportamentului organismelor vii. Sistemele, presupun ca fiecare celulă, cuprinsă în întreg fluxul generativ, să (se) remodeleze și să evolueze sub presiunile factorilor externi.

3.3.1Obiectul de arhitectură ca organism

De la proiectarea unui obiect, în cazul proiectarii clasice, arhitectura generativă încearcă să ajungă să proiecteze procese care desemnează într-o manieră sculpturală, obiecte. Dezvoltările tehnologice și nevoile din ce în ce mai complexe și mai diferite ale clădirilor, îndeamnă arhitectura spre evoluție și, totodată, spre schimbarea tehnicilor de proiectare. Arhitectura generativă este considerată o imitație artificială a vieții, folosindu-se de aceleași metode de selecție și evoluție ca și cele din biologie. În noile clădiri, forma, anvelopanta, structura, eficiența și materialele utilizate sunt concepute, verificate și construite. În același timp, reducând decalajul dinte faza de proiectare și cea de construcție, proiectarea generativă folosește spațiul virtual într-o manieră similară proceselor evolutive, naturale.

Noile metode de concepere a arhitecturii implică tehnici mult mai interactive, amplificând capacitatea creeativă arhitectonică, folosind software-uri computaționale pentru a explora noi procese. “Arta generativă nu este o tehnologie, ci este o metodă de a gândi posibilitățile lumii în care trăim, o modalitate de a ne trăi creativitatea. Fiecare proiect generativ, este un concept care funcționează producând evenimente unice și non-repetabile și generează clar atribuirea rezultatului artistic unui arhitect/designer etc. Această manieră de creație a oferit posibilitatea de a cerceta domenii neexplorate, ca fiind o sinteză între știință și artă. Designul generativ nu este despre proiectarea unei clădiri, ci despre proiectarea unui sistem care să genereze clădirea”.

Având în vedere actualele tendințe în metodologia proiectării generative, scopul este procesul și nu rezultatul. Prin urmare filosofia de proiectare constă în transcrierea ideilor în algoritmi și parametric, obținând un amestec între idee și consecință computațională. Nu putem considera precesul digital de proiectare ca fiind redus la simplu mijloc de generare a unei forme, structure sau volum. Arhitectura generativă practică o altă abordare.

Apariția proiectării asistate pe calculator în arhitectură a dus la o nouă înțelegere estetică care se îndepărtează de geometria euclidiană, și la un entuziasm față de posibilitatea de a creea forme fluide în spațiul tridimensional.

Metodele computaționale sunt fals caracterizate ca fiind doar o metodă de a crea forme pentru aspectul lor scluptural. Proiectarea nu este doar un proces creativ ci și unul rațional, care raspunde criteriilor de stabilitate și utilitate (firmitas, utilitas, venuustas -Vitruviu). Ideea care prioritizează estetica clădirii, în detrimentul funcțiunii, poate conduce la forme care sunt utopice, nelocuibile și prin urmare care rămân blocate în spațiul digital. Asemenea tipuri de abordare în proiectare sunt auto-referențiale și nu iau în considerare contextul în care clădirea ar putea exista, cum ar fi: amplasamentul, tema de proiectare, utilizatorii, funcțiunea, programul, ergonomia și performanța. Prin urmare, apare pericolul de a proiecta într-o lume fără context, care este determinată de simțul estetic al arhitectului. “Arhitectura trebuie mai degrabă să performeze decât să se formeze în multimple contexte… distorsiunile formale trebuie să aibă un motiv, sau o relevanță culturală”

Modelarea parametrică are un potențial vădit în a întâmpina problemele funcționale ale arhitecturii. Parametrizarea poate avea ca scop creearea unei clădiri care să performeze, acesta fiind principiul de bază, forma rezultând din urma acestui proces sau făcând parte din operația de creare a unei arhitecturi utile, o premisă pentru generarea formelor. În această situație, principiile de performanță pot fi, fie integrate în modelul parametric al arhitecturii, generând alternative formale care se supun exigențelor funcționale, prin volumetria generativă.

Biomorfogeneza în designul arhitectural

Modelarea computațională a morfogenezei în biologie este o abordare recentă. În consecință, și în pofida diversității naturale, găsim a fi disponibil un număr limitat de astfel de volume în mediul construit. În prezent, modelele existente abordează organisme simple, adesea folosite în cercetarea biologică. În botanică, plantele precum Arabidopsis thaliana și Coleochaete orbicularis sunt utilizate în mod obișnuit pentru a studia procesele generice deoarece prezintă o geometrie simplă și sunt definite în amănunt. În plus, Coleochaete orbicularis este o specie 2D, iar modelarea computațională a morfogenezei sale este mai puțin complexă din punct de vedere geometric. Având în vedere această situație, exemplele biologice din această lucrare au fost selectate atât din motive pragmatice, cât și din punct de vedere conceptual. Pragmatismul a sugerat selectarea modelelor care sunt suficient de generice, accesibile și interesante din prisma comparației. Conceptual, o comparație între structurile arhitecturale, care sunt în mod obișnuit imobile, și plantele care sunt, de asemenea, statice, reprezintă o bază mai concretă decât cea cu animalele. Structurile celulare din exemplele botanice sunt, de asemenea, similare din punct de vedere structural cu cele utilizate frecvent în arhitectura contemporană.

Primul studiu de caz discutat este Proiectul de cercetare „Parazit” – The Parasite, care a fost elaborat pentru Bienala Internațională de Arte Contemporane, Praga, 2005. Instalația a constat într-o structură propriu-zisă și un sistem audio-vizual interactiv conceput pentru a opera în Muzeul de Artă Modernă din Praga. La scara existentă, servește drept hub de circulație principală. Proiectul „Parazit” a analizat modul în care designul parametric și modalitățile contemporane de calcul generativ pot sprijini creativitatea la locul de muncă. Sunt puse sub semnul întrebării tehnicile procedurale care ajută la dezvoltarea și integrarea fără întârziere a formelor construite, a noilor medii interactive și a comportamentului uman. Rezultatele proiectului au inclus o metodă inovatoare de cercetare și o abordare teoretică originală.Proiectul a fost folosit pentru a dezvolta o înțelegere a amplasamentului ca performanță; abordare teoretică denumită în literatura de specialitate ca fiind „abordare performativă”.

Accentul este pus strict pe ceea ce înseamnă performativitate, în constrast cu atitudinile care prioritizează construirea unei clădiri pentru habitat. Abordarea performanței este încercată de progresul retrospectiv și de excluderea locurilor vernaculare sau tehnologizare. Este subliniată dinamicitatea construită de participanți și utilizatori, în funcție de implicațiile idiosincratice, de multiplicitate sau dependența tehnologică. Așadar, arhitectura poate creea constructe pregătite în cel mai scurt timp pentru a fi utilizate, poate genera performanțe locative și poate influența creșterea lor cu strategii creative provocatoare, inclusive și colaborative. Aceste strategii trebuie să se bazeze pe înțelegeri distribuite, creative, mai degrabă decât pe interpretări încă predominante care privelegiază geniul individual sau inspirația supranaturală. Proiectul explorează modul în care arhitectura design-ului computațional, împreună cu tehnicile sale generative, adaptive și euristice, poate asigura colaborări instinctuale și creative, comparativ constructelor biologice.

Instalația ajută la ilustrarea comparației dintre interpretările morfogenezei din biologie și arhitectură, deoarece dezvoltarea sa încorporează tehnici de proiectare susținute de calculator, aflate în discuție activă cu arhitectura, care implementează structuri celulare asaemănătoare celor regăsite în natură.

Proiectul reprezintă o ilustrare a generalității limitate. Datorită scării reduse la care este construit, nu a fost supus rigorilor și dificultăților definitorii arhitecturale, ci s-a concentrat pe generarea unei forme sculpturale, ignorâd implicațiile sociale, culturale, structurale. Scopul acestei lucrări nu constă în demonstrarea unei utilizări directe în tehnicile arhitectonie a know-how-ului biologic, dar aprofundează și concretizează discursul existent pe tema morfogenezei în arhitectură.

În cadrul dezvoltării acestui pavilion, au fost utilizate simulări dinamice și procese bazate pe modele computaționale ale structurilor celulare complexe. O caracteristică importantă a procesului generativ este cel al etapelor distincte. Înfluența versiunilor intermediare a modelului au fost atât de natură intuitivă (formă, proporții, impact cultural sau vizual), cât și analitic (cerințe și viabilitate de producție, tehnică de construcție, logistică, noutate formală, potențial de cercetare și dezvoltare ulterioară).

Procesul poate fi divizat astfel:

-stabilirea modului de organizare formală,

-explorarea utilizând curbele și suprafețele dinamice,

-rafinarea modelului, utilizând curbele și suprafețele dinamice,

-distribuirea echilibrată a punctelor structurale în cadrul suprafeței rezultate,

-generarea celulelor Voronoi în jurul acestor puncte,

-crearea unor pereți celulari și a unei anvelope sau mesh,

-pregătirea componentelor și a formei pentru fabricarea la CNC.

Prelungirea continuității automate a procesului generativ poate avea beneficii semnificative. Automatizarea susținută de calculator poate permite manipularea unor situații complexe și crează abilitatea de a propaga modificările conceptuale prin intermediul parametrilor, ajutând la evaluarea secvențelor generatoare.

Proiectarea de arhitectură trebuie să dobândească capacitatea extinsă pentru control nedistructiv, în care procesul generativ nu își restrânge posibilitățile spațiale. Exemplele de creștere și adaptare a organismelor vii pot oferi exemple de procese stratificate complex, care răspund într-o manieră flexibilă la mai multe influențe, simultan.

Această lucrare sugerează faptul că modele conceptuale de organizare ierarhică a organismelor vii pot informa în mod util abordările generative pentru proiectarea în arhitectură. Modelul computațional al structurii celulare și-a câștigat capacitatea de adaptare în mare parte prin regenerarea rapidă a mai multor versiuni formale. Spre deosebire de biologie, modelul digital al structurii nu a fost generat prin expandiune și proliferare celulară. Fiecare procedură automată a cuprins etapele procesului generativ hibrid: operații, procese și structură. În cadrul acestora, operațiile s-au întâmplat secvențial, iar ordinea proceselor nu se referă la logica creșterii sau a nevoilor de adaptare. Spre exemplu, o procedură computațională a distribuit puncte pe suprafața mesh-ului (înveliș). Procedura a distribuit punctele prin crearea fiecărui punct în mod individual și poziționarea acestuia între punctele existente, respectând constrângerile distanțelor posibile. După ce numărul de puncte specificat de proiectant a fost distribuit de-a lungul „cochiliei”, procedura s-a încheiat fără a fi posibile ajustări suplimentare, fără o regenerare completă. Aranjametul punctului a răspuns la condițiile tehnice, dar a rămas, de altfel, static. Forma permite ajustări euristice și un grad de adaptare prin versiuni. Totuși, ajustările treptate și locale sunt obținute prin versiuni multiple cu flexibilitate limitată datorită întreruperii automatizării, necesitând regenerări complexe. Astfel de regenerări complete pot fi excesive și contraproductive în cazul în care sunt necesare doar modificări locale. Biologia poate furniza exemple de sisteme de creștere capabile să producă organizări structurale mai flexibile, dinamice și integrate în fluxurile de proiectare generalizate și hibride.

În efortul de avansare a metodelor și tehnicilor de proiectare utilizate pentru generarea și controlul structurilor arhitecturale complexe, instalația „Parazit” compară formarea maselor construite cu apariția formei în biologie și, mai specific, în biomorfogeneza arhitecturală. Sunt exemplificate diferențierile și asemănările dintre cele două procese, evidențiind posibilele utilizări și beneficii. În timp ce structuri similare cu cele utilizate în proiectul The Parasite devin tot mai des întâlnite, implementările lor încă nu și-au îndeplinit potențialul biomimetic.

Dupuy formalizează structura unei plante prin împărțirea acesteia în mai multe module. În modelul lor, sunt descriși pereții celulari și țesuturile, iar celulele sunt redate ca obiecte. Etitățile descrise aparțin aceleiași plante, iar relațiile dintre ele pot fi descrise ca o ierarhie: celulele sunt făcute din pereți și țesuturile sunt fabricate din celule.

Accentul este pus pe ierarhia complexă și interconectată care stă la baza procesului de morfogeneză. Echilibrul organizațional al unei astfel de ierarhii poate informa în mod util structurile asemănătoare cu proiectul The Parasite și să ofere inspirație pentru alte tipuri de arhitectură generată.

Interacțiunile dintre componentele complexe ale structurii pot fi exprimate ca relații orizontale și verticale. Elementele asemănătoare pot face schimb de informații. Funcționarea formei sau a organismului este, de asemenea, responsabilă pentru inițierea proprietăților celulelor care sunt controlate de caracteristicle unor concepte precum diviziunea asimetrică, linia genetică și alte evenimente mitotice. În contextul arhitectural, această capacitate ar putea sprijini generarea de geometrii variate ca răspuns la instrucțiunile explicite sau condiții locale.

Așa cum este cazul tuturor proceselor naturale, morfogeneza biologică este continuă. Procesele se desfășoară la diferite nivele de dinamicitate, însă nu se opresc niciodată complet. Această continuitate procedurală permite un grad ridicat de adaptabilitatea individuală. O continuitate similară celei caracteristice a organismelor vii poate fi benefică proceselor generative din arhitectură. Este analizat modul în care această continuitate ar putea fi extinsă dincolo de limitele unui design unic, astfel încât arhitectura să experimenteze mai multe echivalențe ale genotipurilor, cât și să extindă capacitatea de adaptabilitate în amplasementele locuite. Următoarele exemple studiază modul în care arată diferite mecanismele de control în simulările computaționale ale morfogenezei plantelor și cum au rezultat evoluțiile structurale suplimentare care pot fi semnificative în contextul arhitectural.

Zgârie-norul biodigital reprezintă o cercetare asupra bureților de mare și a studiilor bioparametrice experimentale.

Pentru extragerea regulilor genetice și a parametrilor structurali cu aplicare a instrumentelor digitale, care permit proiectării arhitecturale să „apară” ca fiind sigură, este proiectat digital „ADN-ul” prin care pot fi produse și fabricate digital. Acest lucru poate fi obținut și prin cercetarea genetică. Modul definitiv de realizare a acestui lucru constă în fuziunea celor două posibilități, ca parte a celui mai eficient proces de aplicare a acesteia.

Procesul de modelare începe, de asemena, cu o cercetare microscopică, în acest caz a structurilor radiolariene și polenice, pentru extragerea regulilor genetice și a parametrilor structurali în aplicarea instrumentelor digitale. Având structura genetică a modelului, prototipul arhitectural emerge de la sine.

Clădirea Biodigitală din Barcelona reprezintă o exemplificare a aplicării digitale a cercetării a acelorași structuri ratiolariene și polenice, pentru design-ul cupolelor și a structurilor de acoperire, nu doar a panourilor. Biologia demonstrează faptul că la un anumit nivel, regnul animal (radiolarienele) și regnul vegetal (polenicele) sunt construite similar.

Numeroase forme din natură își realizează forma și structura prin procese optime locale, pe măsură ce organizarea structurală și compoziția formală sunt informați stimuli structurali și de mediu. Inspirat de procesele de optimizare regăsite în natură, Pavilionul Mătasei este o structură arhitecturală fabricată prin tehnologii de fabricare digitală. A explorat relația dintre fabricarea digitală și cea biologică pentru arhitectură. Structura primară este creată de 26 panouri poligonale din fire de mătase realizate la CNC (Computer-Numerically Controlled). Inspirată de abilitatea viermilor de mătase de a genera coconul dintr-un singur fir, geometria generală a pavilionului este creată folosind un algoritm care atribuie un singur fir continuu pe patch-uri, oferind diferite grade de densitate.

Apariția proiectării asistate pe calculator în arhitectură a dus la o nouă înțelegere estetică care se îndepărtează de geometria Euclidiană, și la un entuziasm față de posibilitatea de a creea forme fluide în spațiul tridimensional.

Soft-urile computaționale sunt fals caracterizate ca fiind doar o metodă de a crea forme cel mult pentru aspectul lor sculptural. Proiectarea nu este doar un proces creativ ci și unul rațional, care răspunde criteriilor de stabilitate, eleganță și utilitate (firmitas, utilitas, venuustas -Vitruviu). Ideea care prioritizează felul în care arată clădirea, în detrimentul felului în care funcționează, poate duce la forme care nu sunt construibile, locuibile și prin urmare care rămân blocate în lumea digitală. Asemenea tipuri de abordare în proiectare sunt auto-referențiale și nu iau în considerare contextul în care clădirea ar putea exista, cum ar fi situl, cerințele beneficiarului, utilizatorii, funcțiunea, mediul natural, ergonomia și performanța. Prin urmare apare pericolul de a proiecta într-o lume fără context care este determinată de simțul estetic al arhitectului. În consecință o mai mare gamă de factori exteriori trebuie luați în seamă în timpul proiectării, unde funcționalitatea este motorul care generează forma.

Modelarea parametrică are un potențial inimaginabil în a întâmpina problemele funcționale în arhitectură. Parametrizarea poate avea ca scop creearea unei clădiri care să performeze, forma rezultând de pe urma acestui process. Mai mult proiectarea parametrică poate facilita comunicarea dintre arhitect și inginer. În această situație, principiile de performanță pot fi, fie integrate în modelul parametric al arhitectului, generând alternative formale care se supun exigențelor funcționale, fie modelul parametric poate fi cuplat simulărilor de performață din exterior, în cazul de față cele de la inginer. Cea de a doua situație este mai utilă când, în cadrul proiectului există probleme legate de structură de care arhitectul este depășit iar găsirea formei este realizată deja prin metode tradiționale, rolul parametricismului fiind doar acela de rezolvare a problemelor structurale.

Centrul de Artă din Norvegia, ALA Architects, împreună cu firma Designtoproduction, reprezintă un exemplu recent al modelării parametrice. Fațada este realizată de un perete monumental care separă foyerul de exterior. Consola din lemn care se ridică către malul apei, se intersectează cu un perete vertical din sticlă și metal, atât în interior cât și în exterior.

Geometria fațadei este o suprafață riglată care se întinde între o muchie superioară dreaptă și una curbă inferioară.

Aici nu a fost folosită o abordare parametrică pentru generarea formei, ci pentru optimizarea parametrică și a performanței structurii. Au fost o serie de criterii care au condus la folosirea unei asemenea tehnici printre care: constrângerile legate de buget, ușurința producerii, numărul mare de elemente, nivelul ridicat de precizie necesar pentru a alătura perfect elementele între ele, și nu în ultimul rând rezistența elementelor din stejar care trebuie să suporte încărcări de la vânt.

Deși cerințele tehnologice au fost deja îndeplinite pentru utilizarea eficientă în proiectarea de arhitectură, potențialul proiectării biomimetice generative, sunt încă în curs de explorare. Este greșit să considerăm proiectarea generativă în arhitectură, ca pe o unealtă care face treaba arhitectului și să nu o privim ca pe o nouă metodă de proiectare.

O expresie contemporană a arhitecturii biomimetice este Taiwan Tower, proiectată de Dorin Ștefan, 2011 și are ca și sursă de inspirație trunchiul unui copac, formă ce îi conferă stabilitate, și conține o pistă de-a lungul căreia șapte “frunze” se pot mișca liber. Aceste observatoare mobile sunt susținute de baloane cu heliu integrate în ele. Prin intermediul nodului central se realizează circulația verticală, dar și ventilația naturală a clădirii, având încă o similitudine cu lumea animală, prin asemănarea cu structurile termitelor amintite anterior.

Arhitectura biomimetică susține proiectarea clădirilor multifuncționale și a stucturilor organice. În condiția multifuncționalității, variația proprietăților și compoziția structural-formală corespunde direct constrângerilor (prezente, dar mai ales viitoare) la care trebuie să facă față. Această abordare a arhitecturii, care sprijină multifuncționalitatea prin promovarea eterogenității, urmărește să avanseze și să adopte strategii de distribuție a structurii asupra strategiilor de asamblare a formei.

Suprapunerea dintre ingineria structurală, biologie și arhitectură duce uneori la o multitudine de similitudini, uneori surprinzătoare, ceea ce ne arată că aceste discipline sunt comparabile. O clădire fluidă, “organică” (termen cu o mai vastă semantică decât cea referitoare strict la formă), este rezultatul unui proces natural, bazat pe principii care incorporează și folosesc propietăți și procese naturale.

Concluzii

Teoriile și formele trăiesc în lumi complet diferite, au legi diferite, moduri de manifestare diferite și pretind competențe diferite – cu toate acestea, arhitectura reușește să le lege într-o unitate paradoxală. Astăzi parcă mai mult ca oricând „teoria” face parte din formele arhitecturii. În opinia curentă, se consideră că teoria este secundară față de practica arhitecturală, înțeleasă ca lume a formelor concrete. Teoria are nevoie de forme, pentru că despre ele vorbește, în timp ce acestea pot exista fără o nevoie reciprocă. A crea arhitectură legată de o teorie e în fond o opțiune: putem opta între forme pure și forme teoretizate.

Faptul că teoria face parte integrantă din forma concretă este o axiomă, pentru care nu ar trebui să ne punem problema demonstrării. Dilema între forme cu sau fără teorie nu se rezolvă niciodată pentru că este o dilemă falsă. Cauzele sunt regăsite în ambele categorii: pe de o parte există atâta forță în unele realizări „pure”, forță care nu are absolut nici o legătură cu vreo teorie, încât acestea pot demonstra (și au dreptate) că teoria nu le e deloc indispensabilă (totuși, „puritatea” este tot un concept teoretic…). Și, pe de altă parte, există atâta forță în anumite teorii, încât ele se insinuează și în arhitectura cea mai pură, astfel că nu poți să nu admiți că valoarea formelor arhitecturale vine și din altceva, nu doar din calitatea formală în sine.

Așadar, chiar dacă în mod variabil, mai dezvoltate sau mai atrofiate, cele două dimensiuni sunt obligatoriu legate, ideal ar fi ca arhitectura să atingă o performanță maximă în amândouă. Din păcate, acest tip de arhitectură se întâlnește, totuși, extrem de rar: e un ideal atins ca excepție, mai degrabă, decât ca regulă. Dezirabilul este să creezi arhitectură performantă și teorie performantă în același timp. Arhitectură care contează și teoria care contează, dintr-o singură mișcare. Dar orice teorie trebuie să devină până la urmă formă, este sensul ei fundamental și vital. Noua avangardă a biostructurilor are mari dificultăți în relația dintre teorii și forme, dificultăți ce decurg chiar din ideea în sine de „virtualitate”. Căci e greu de spus dacă un desen în cyberspace e formă arhitecturală sau doar grafic al teoriei arhitecturale. În spațiul virtual pur și simplu nu există diferență între forma particulară și principiul general.

Greg Lynn, teoretician al formelor, proiectează pentru o arhitectură care, spune el, „categoric, nu există în imagine, în fațadă”, ci „într-un tip de curgere sau succesiune” .

Este vorba însă de o arhitectură-principiu, virtuală. Ceea ce el numește „strategiile suprafeței” este conceptul teoretic prin care realizează „continuitatea” acestei forme. Primul pas îl face pe calculator, deci în abstract.„Precizia dimensiunii în computer permite structurii să devină foarte decorativă pentru că variază și are mutații și se schimbă și devine în același timp foarte vegetală și animală în curbarea și inflexiunea formelor sale”. Transpunerea acestei „structuri” în realitatea construită se face însă într-un pas ulterior, „printr-o serie de strategii morfologice derivate din matematică și supuse apoi constrângerilor constructive”.

Ori chiar și pe baza unui minim simț critic, aceste construcții efective, care merită judecate nu numai pentru valoarea de expresie teoretică, sunt deseori cel puțin discutabile – structuri ornamentale și organisme informe. Distincția care trebuie făcută în cazul lui Lynn, ca și a întregii neo-avangardei, este nu între teorie și forme (în virtual suprapunerea lor e perfectă), ci între formele-principiu ale cyberspace-ului și formele particulare ale construcției reale. Noua avangardă transferă formele din lumea arhitecturii reale în lumea teoriei. Falia se deplasează astfel în chiar interiorul noțiunii de formă, dar abstractul și realul, rămân două lumi la fel de diferite.

„Planul a murit”, scrie Marcos Novak. „Reprezentarea a fost temporalizată și operaționalizată ca interfață pentru simulări dinamice.” ”Informaționalul și materialul, virtualul și actualul, prosibilul și realul devin tot mai întrepătrunse”. Această schimbare de instrumente ne conduce inevitabil către un nou tip de arhitectură – pe care Novak o numește „transarhitectură„. Transarhitectura înseamnă metamorfoza, „o condiție de schimbare care, deși crește din surse familiare, atinge repede o identitate separată de aceste surse„, spune el. Dar cel mai bine se definește noua arhitectură prin faptul că de a „înlocui toate constantele cu variabile”.

Instabilitatea, morfogeneza sau tranformarea continuă și-ar putea găsi o justificare în analogia cu lumea corpurilor vii. „Nimic din ceea ce trăiește nu poate exista fără transformare”, spun arhitecții Nox.

În virtual, arhitectura capătă calitățile unui sistem biologic, „capacitatea sa de a se mișca, de a se diferenția interior, de a absorbi, transforma și de a schimba informație cu ceea ce-l încponjoară”. „Asta nu privește forma care se poate mișca, ci mai degrabă mișcarea care trece prin formă„ – mai spun ei , pentru a sublinia și mai mult că schimbarea e de esență, nu numai de „stil”. Faptul că noua arhitectură este „vie” ne-ar putea induce încrederea că e și capabilă să se adapteze mereu condițiilor și cerințelor, că este deci și „viabilă”. Deocamdată, însă, singurul lucru evident este faptul că o lume în care nu mai există nimic constant, nimic stabil, devine o lume a lipsei de măsură și a gesturilor excesive.

Stephen Perrella, de exemplu, definește „hypersurface architecture” ca „un mod de a gândi arhitectura care nu-și mai asumă dihotomiile real/ireal și material/imaterial”. Arhitectura ar trebui să cultive tocmai acest „stadiu intermediar, ce se autocrează”. Cum s-ar „traduce arhitectural” această condiție-limită? Prin „distorsiuni, desfigurări și abstracții radicale”, scrie Perrella – astfel spus prin excepții.

Handi Rashid vorbește despre o nouă concepție a „spațiului destrămat”, o nouă arhitectură „derivată din incertitudine și delir”. E vorba nu atât de nevroza părăsirii unei lumi vechi, cât de faptul că lumea nouă nu se lasă nici pe departe cucerită.

Și pentru că lumea nouă le scapă, fanii virtualizării insistă cu atât mai mult pe abandonarea celei vechi. Abandonarea spațiului real este una dintre marile iluzii ale stării limită în care se află încă arhitectura. Pentru Fiona Meadows și Frédéric Nantois „noțiunea însăși de spațiu nu mai contează decât ca metaforă”.

Arhitectura trebuie să își schimbe complet identitatea, înainte de a deveni altceva. „Arhitectura nu mai înseamnă conceperea unui spațiu fizic localizat”, iar „geografia statică a teritoriului a fost înlocuită de o geografie mișcătoare a fluxurilor”.

Dar noua lume nu se descrie prin nimic mai clar decât niște vagi noțiuni, precum „fluxuri”, „interacțiuni”, „sistem fluid”, „sintaxa abstreactă a protocoalelor informatice”.

Lumea virtuală se definește mai degrabă în negativ, ca non-reală, singurul lucru cert fiind nu ceea ce se afirmă, ci ceea ce se combate. Iar acesta este mediul construit, convențional, real. „Individul în fața mediului urban este ca un om care nu știe să citească ceea ce este scris. Percepția noastră, emreu fragmentară și inexactă, nu poate fi compensată decât de extensiile tehnologice, de limbajul și capacitatea lor de a virtualiza lumea de azi”, încearcă să ne convingă Meadow și Nantois. Această desconsiderare prealabilă, pe care să se poată baza „nevoia” de schimbare, este în același timp și o justificare a oricăror excese. În fond, față de o lume așa de lipsită de calități, așa de inutilă precum vechiul „mediu urban”, nu mai e nevoie să fii prea responsabil

Paul Virilio spune că spațiul erei virtuale va fi un spațiu total ego-centrat. Singura calitate umană care se va putea manifesta aici va fi „egoismul unei ființe devenite aproape inerte prin capacitățile interactive ale mediului său”, un egoism care nu mai are de fapt „nimic în comun cu personalismul filosofic, ci mai degrabă cu infinitatea”. Omul informatic va renunța la orice repere reale înafară de propria prezență, va trece dincolo de orice „linie de orizont”, singurul său punct de referință rămânând „masa sa ponderală, unica sa polaritate”. Omul nou nu va mai avea nevoie să călătorească în spațiu, pentru că spațiul va călători la el. Rolul „unui vehicul” – calculatorul – este „să facă din ocupantul său un călător fără călătorie, transfug din ei însuși, exilat…”. Dar poate că și această poveste e doar un scenariu exagerat, un exces de imaginație futurologică.

Bibliografie

Alexander, C. (1979). The timeless way of building. New York: Oxford University Press.

Alexander, C. (2002-2005). The nature of order: An essay on the art of building and the nature of the universe (Vols. 1-4). Berkeley, CA.: Center for Environmental Structure.

Alexander, C. (2004). Sustainability and morphogenesis: The birth of a living world. Paper presented at the Schumacher Lecture, Bristol. Retrieved October 23, 2008 from www.livingneighborhoods.org/clickagreement/clickagreementces.html

Addington, D. and Schodek, D., Smart materials and new technologies: for the architecture and design professions, Architectural Pr, 2005.

Anker, P., “Bauhaus at the zoo,” Nature, Vol. 439, 2006, pp. 7079.

Antonelli, P. L., Mathematical essays on growth and the emergence of form, University of Alberta Press, Edmonton, Alta., Canada, 1985.

Arnheim, Rudolf. Art and Visual Perception; a Psychology of the Creative Eye. Berkeley: Univer- sity of California, 1954. Print.

Atallah, M., Fox, S., and Lassandro, S., Algorithms and theory of computation handbook, Crc Press Boca Raton, FL, 1999.

Bahamón, A., & Pérez, P. (2008). Inspired by nature: Minerals: The building geology connection [Arquitectura Mineral.] . New York: W.W. Norton.

Bahamón, A., Pérez, P., & Campello, A. (2008). Inspired by nature: Plants: The building botany connection [Arquitectura vegetal.] . New York: W.W. Norton.

Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation inspired by nature. New York: Perennial.

Benyus, J.M. (2008) A good place to settle: Biomimicry, biophila, and the return to nature’s inspiration to architecture. In Kellert, S. R., Heerwagen, J., & Mador, M. (Eds). Biophilic design: The theory, science, and practice of bringing buildings to life. Hoboken, N.J.: Wiley.

Biomimicry guild. http://biomimicryguild.com

Biomimicry institute. http://www.biomimicryinstitute.org

Back, T. and Schwefel, H., “An overview of evolutionary algorithms for parameter optimization,”

Evolutionary computation, Vol. 1, No. 1, 1993, pp. 1–23.

Ball, P., “Patterns and Bubbles,” Pattern formation in nature, Vol. 1, 1999, pp. 1–15, 17–49.

Banham, R., The architecture of the well-tempered environment, University of Chicago Press, [Chicago],, 1969.

Bar-Cohen, Y., Biomimetics : biologically inspired technologies, CRC/Taylor & Francis, Boca Raton, FL, 2006.

Battle and McCarthy, “Multi-source synthesis. Atomic architecture,” AD: Architectural Design, Vol. 65, No. 1/2, 1995, pp. 1/2.

Bechthold, M., “Surface structures: dgital design and fabrication,” ACADIA Fabrication: Ex- amining the Digital Practice of Architecture [Proceedingsof the 23rd Annual Conference of the Association for Computer Aided Design in Architecture and the 2004 Conference of the AIA Tech- nology inArchitectural Practice Knowledge Community, Vol. 1, 2004, pp. 88–99.

Bell, B. and Vrana, A., “Digital tectonics: structural patterning of surface morphology,” ACADIA Fabrication: Examining the Digital Practice of Architecture [Proceedingsof the 23rd Annual Con- ference of the Association for Computer Aided Design in Architecture and the 2004 Conference of the AIA Technology inArchitectural Practice Knowledge Community / ISBN 0-9696665-2-7], Vol. 1, 2004, pp. 186–201.

Bendsoe, M. and Sigmund, O., Topology optimization: theory, methods, and applications, Springer Verlag, 2003.

Benyus, J., Biomimicry: Innovation inspired by nature, Perennial, 2002.

Bergson, H., Creative evolution, University Press of America, Lanham, MD, 1984.

Blum, C. and Merkle, D., Swarm intelligence : introduction and applications, Springer, Berlin, 2008.

Braham, W. W., Hale, J. A., and Sadar, J. S., Rethinking technology : a reader in architectural theory, Routledge, London ; New York, 2007.

Brauer, W. and Rozenberg, G., Formal and natural computing : essays dedicated to Grzegorz Rozenberg, Springer, Berlin ; New York, 2002.

Brebbia, C. A. and Collins, M. W., Design and nature II : comparing design in nature with science and engineering, Design and nature, v. 6, WIT Press, Southampton ; Boston, 2004.

Brebbia, C. A. and Wilde, W. P. d., High performance structures and composites : First Interna- tional Conference on High Performance Structures and Composites, High Performance Structures and Composites 2002, High performance structures and materials, v. 4, WIT Press ; Computational Mechanics, Southampton, UK ; Boston Billerica, MA, 2002.

Burry, C., M., “”Beyond animation”,” AD: Architectural Design, Vol. 71, No. 2, 2001, pp. 1.

Burry, Jane; Felicetti, P. T. J. B. M. X. M., “Dynamical structural modeling a collaborative design exploration,” International Journal of Architectural Computing, Vol. 3, No. 1, 2005, pp. 27–42.

Bortoft, H. (1996). The wholeness of nature: Goethe’s way toward a science of conscious participation in nature. Hudson, NY.: Lindisfarne Press.

Casey, T., & Embree, L. E. (1990). Lifeworld and technology. Washington, D.C: Center for Advanced Research in Phenomenology & University Press of America.

Camacho, D., Hopper, R., Lin, G., and Myers, B., “An improved method for finite element mesh generation of geometrically complex structures with application to the skullbase,” Journal of biomechanics, Vol. 30, No. 10, 1997, pp. 1067–1070.

Chen, J., Jonoska, N., and Rozenberg, G., Nanotechnology : science and computation, Springer, Berlin ; New York, 2006.

Chen, J. Q., Freytag, M., and Shapiro, V., “Shape sensitivity of constructively represented geo- metric models,” Computer Aided Geometric Design, Vol. 25, No. 7, 2008, pp. 470–488.

Cheng, A. a., “Integrated Genetic Algorithm for Optimization of Space Structures,” Journal of Aerospace Engineering, Vol. 6, No. 4, 1993, pp. 13.

Chilton, J. and Isler, H., Heinz Isler, Engineer’s contribution to contemporary architecture, Thomas Telford, London, 2000.

Cipolla, R. and Martin, R., The mathematics of surfaces IX : proceedings of the Ninth IMA Con- ference on the Mathematics of Surfaces, Springer, London ; New York, 2000.

Clark, W. E. L. G. and Medawar, P. B., Essays on growth and form presented to D’Arcy Wentworth Thompson, Clarendon Press, Oxford,, 1945.

Cohen-Or, D., Solomovic, A., and Levin, D., “Three-dimensional distance field metamorphosis,”

ACM Transactions on Graphics (TOG), Vol. 17, No. 2, 1998, pp. 116–141.

Corbusier, L., “Towards a new architecture,” Trans. F. Etchells. New York: Dover. First published as Vers une Architecture in, Vol. 1, 1923, pp. 1.

Cook, J. (1996). Seeking structure from nature: The organic architecture of Hungary. Basel; Boston: Birkhäuser.

De Castro, L. N., Fundamentals of natural computing : basic concepts, algorithms, and applica- tions, Chapman & Hall/CRC, Boca Raton, 2006.

De Floriani, L., “A pyramidal data structure for triangle-based surface description,” IEEE Com- puter Graphics and Applications, Vol. 1, 1989, pp. 67–78.

De Floriani, L., Falcidieno, B., and Pienovi, C., “Delaunay-based representation of surfaces defined over arbitrarily shaped domains,” Computer Vision, Graphics, and Image Processing, Vol. 32, No. 1, 1985, pp. 127–140.

De Landa, M., Intensive science and virtual philosophy, Transversals, Continuum, London ; New York, 2002.

Deutsch, D., The fabric of reality : the science of parallel universes and its implications, Allen Lane, New York, 1997.

Di Christina, G., “The topological tendency in architecture,” AD: Architectural Design (Giuseppa Di Christina, Ed.): Architecture and Science, Vol. 1, No. ?, 2001, pp. 1.

Drew, P., Frei Otto : form and structure, Westview Press, Boulder, Colo., 1976.

Du, Q. and Wang, X., “Centroidal Voronoi tessellation based algorithms for vector fields visual- ization and segmentation,” IEEE Computer Society, Vol. 1, 2004, pp. 43–50.

Eiben, A. E. and Smith, J. E., Introduction to evolutionary computing, Springer, New York, 2003.

Farin, G., Hoschek, J., and Kim, M., Handbook of computer aided geometric design, North Hol- land, 2002.

Farin, G. E., Hoschek, J., and Kim, M.-S., A history of curves and surfaces in CAGD, North- Holland/Elsevier, Amsterdam ; Boston, 1st ed., 2002.

Fausett, L., Fundamentals of neural networks: architectures, algorithms, and applications, Pren- tice Hall Englewood Cliffs, NJ, 1994.

Fauvel, J., Gray, J., and University., O., The history of mathematics : a reader, Macmillan Educa- tion in association with the Open University, Basingstoke, 1987.

Forbes, N., “Imitation of life: how biology is inspiring computing,” Imitation of life: how biology is inspiring computing, Vol. 1, 2004, pp. 1.

Forrest, S., Emergent computation : self-organizing, collective, and cooperative phenomena in natural and artificial computing networks, MIT Press, Cambridge, Mass., 1st ed., 1991.

Frampton, K., The case of the tectonic, Rappel a l’orde, 1990.

Frampton, K., Cava, J., and for Advanced Studies in the Fine Arts., G. F., Studies in tectonic culture : the poetics of construction in nineteenth and twentieth century architecture, MIT Press, Cambridge, Mass., 1995.

Frampton, K. and Futagawa, Y., Modern architecture, Thames and Hudson, 1980.

Frazer, J., Introduction: A natural model for architecture and Nature of the evolutionary model, Themes ; 7, Architectural Association, London, 1995.

Fuller, R. B., Inventions, St. Martin’s Press, New York, 1st ed., 1983.

Fuller, R. B. and Loeb, A. L., Synergetics; explorations in the geometry of thinking, Macmillan, New York,, 1975.

Feuerstein, G. (2002). Biomorphic architecture: Menschen- und tiergestalten in der architektur [Human and animal forms in architecture]. Stuttgart: Menges.

Fiksdahl-King, I. (1993). Christopher Alexander and contemporary architecture. Architecture and Urbanism, 8. [August 1993 special issue].

Fisher, T. (1986). P/A profile: Christopher Alexander. Progressive Architecture,6,102-103.

Freiman, Z. (1991). The new Eishin campus. Progressive Architecture,7,102-103.

Gershenfeld, N. A., When things start to think, Henry Holt, New York, 1st ed., 1999.

Gershenfeld, N. A., The nature of mathematical modeling, Cambridge University Press, New York, 1999.

Gershenfeld, N. and Prakash, M., “Microfluidic bubble logic,” Microfluidic bubble logic, Vol. 1, 2008, pp. 1.

Ghosh, A. and Tsutsui, S., Advances in evolutionary computing : theory and applications, Springer, Berlin ; New York, 2003.

Gibson, L. J., A. M. F. K. G. N. W. U. and Shercliff, H. R., “The mechanical properties of nat- ural materials. II. microstructures for mechanical efficiency,” Proc. Lond. AR. Soc., Vol. 1, 1995, pp. 141.

Goodwin, B. C., The evolution of generic forms, Charles Scribner’s Sons, New York, 1994.

Griffith, S., Growing machines, Ph.D. thesis, MIT, 2004.

Grohmann, M., “Algorithmic design optimization,” Algorithmic design optimization, Vol. 1, 2006.

Haeckel, E. H. P. A. and Lankester, E. R., The history of creation, London, London,, 1876.

Hensel, M., Menges, A., and Weinstock, M., “Techniques and technologies in morphogenetic design,” AD: Architectural Design, Vol. 76, No. 2, 2006, pp. 128.

Hingston, P. F., Barone, L. C., and Michalewicz, Z., Design by evolution : advances in evolution- ary design, Springer, Berlin, 2008.

Ho-Le, K., “Finite element mesh generation methods: a review and classification,” Computer- Aided Design, Vol. 20, No. 1, 1988, pp. 27–38.

Hockney, R. W. and Eastwood, J. W., Computer simulation using particles, McGraw-Hill, New York, 1981.

Hojjat Adeli, N.-T. C., “Integrated Genetic Algorithm for Optimization of Space Structures,” Jour- nal of Aerospace Engineering, Vol. 6, No. 4, 1993, pp. 13.

Holl, S., Pallasmaa, J., and Pe´rez Go´mez, A., Questions of perception : phenomenology of archi- tecture, William Stout, San Francisco, CA, [new ed., 2006.

Holland, J. H., Emergence : from chaos to order, Addison-Wesley, Reading, Mass., 1998.

Holzer, D., Burry, C., M., and Hough, R., “Linking parametric design and structural analysis to foster transdisciplinary design collaboration,” CAADRIA 2007 [Proceedings of the 12th Inter- national Conference on Computer Aided Architectural Design Research in Asia], Vol. 1, 2007, pp. 423–431.

Hopkinson, N., Hague, R., and Dickens, P., Rapid manufacturing: an industrial revolution for the digital age, John Wiley & Sons, 2006.

Iwamoto, L., “Embodied fabrication: computer-aided spacemaking,” ACADIA Fabrication: Ex- amining the Digital Practice of Architecture [Proceedingsof the 23rd Annual Conference of the Association for Computer Aided Design in Architecture and the 2004 Conference of the AIA Tech- nology inArchitectural Practice Knowledge Community / ISBN 0-9696665-2-7] Cambridge (On- tario) 8-14 November, 2004, 270-279, Vol. 1, 2004, pp. 1.

Jackson, T., Analysis of functionally graded material object representation methods, Ph.D. thesis, MITs, 2000.

Jeffrey Kipnis, G. L., “Towards a new architecture,” AD: Architecture Design, Vol. 102, 1993.

Jeffreys, H. and Swirles, B., Methods of mathematical physics, Cambridge Univ Pr, 1999.

Jencks, C., The language of post-modern architecture, Rizzoli Intl Pubns, 1984.

JFV Vincent, Structural Biomaterials, Macmillan, London, 1982

Kaplinsky, J. (2006). Biomimicry versus humanism. Architectural Design, 76(1), 66-71.

Kellert, S.R. & Heerwagen, J.H. (2008) Preface. In Kellert, S. R., Heerwagen, J., & Mador, M. (Eds.). Biophilic design: The theory, science, and practice of bringing buildings to life (pp. vii- ix). Hoboken, N.J.: Wiley.

Kellert, S. R., Heerwagen, J., & Mador, M. (2008). Biophilic design: The theory, science, and practice of bringing buildings to life. Hoboken, N.J.: Wiley.

Krafel, P. (1999). Seeing nature: Deliberate encounters with the visible world. White River Junction, VT: Chelsea Green Publishing Company.

K. Shin and D Dutta, Constructive Representation of Heterogeneous Objects, Journal of Computing and Information Science in Engineering 1, 2001, p. 205

Kallel, L., Naudts, B., and Rogers, A., Theoretical aspects of evolutionary computing, Springer, Berlin ; New York, 2001.

Kauffman, S. A., Investigations, Oxford University Press, Oxford ; New York, 2000.

Klein, L., “A phenomenological interpretation of Biomimicry and its potential value for sustain- able design,” A phenomenological interpretation of Biomimicry and its potential value for sus- tainable design, Vol. 1, 2009, pp. 1.

Knowles, J., Corne, D., and Deb, K., Multiobjective problem solving from nature : from concepts to applications, Springer, Berlin, 2008.

Kolarevic, B., Architecture in the digital age : design and manufacturing, Spon Press, New York, NY, 2003.

Kolarevic, B. and Malkawi, A., Towards the performative in architecture, Spon Press, New York, 2005.

Kumar, S. and Bentley, P., On growth, form and computers, Elsevier Academic Press, Amsterdam; Boston, 2003.

Lynn, G., Animate form, Princeton Architectural Press, New York, 1999.

Lynn, G., “Form and Field,” Anywise, Vol. 1, 1996, pp. 92–99.

Lynn, G., Folding in architecture, Academy Editions, London, 1993.

Lynn, G., “Multiplicitous and inorganic bodies,” Assemblage, Vol. 1, 1992, pp. 19

Mitchell, W. J., The logic of architecture : design, computation, and cognition, MIT Press, Cam- bridge, Mass., 1990.

Mitchell, W. J. and McCullough, M., Digital design media, Van Nostrand Reinhold, New York, 2nd ed., 1995.

Mortensen, M., “Geometric modeling,” Geometric modeling, Vol. 1, 1985, pp. 1.

Mandelbrot, B. B. (1983). The fractal geometry of nature (Updated and augmented ed.). San Francisco: W.H. Freeman.

cHarg, I. L., & American Museum of Natural History. (1969). Design with nature (1st ed.). Garden City, N.Y.: Published for the American Museum of Natural History by the Natural History Press.

Mumford, L. (1962, November). Yesterday's city of tomorrow. Architectural Record, 132, 139.

Norberg-Schulz, C. (1980; 1979). Genius loci: Towards a phenomenology of architecture . London: Academy Editions.

Orr, D. W. (2006). Design on the edge: The making of a high-performance building. Cambridge, MA.: MIT Press.

Optimization, M., “STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION,” Springer Berlin / Heidelberg, Vol. 1, 2002, pp. 1.

Pearce, P., “Structure of Nature Is a Strategy for Design,” Leonardo, Vol. 14, No. 2, 1981, pp. 175.

Pelce´, P., New visions on form and growth : fingered growth, dendrites, and flames, Oxford Uni- versity Press, Oxford, 2004.

Pham, D. and Gault, R., “A comparison of rapid prototyping technologies,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 38, No. 10-11, 1998, pp. 1257–1287.

Picon, A., “Architecture and the virtual : towards a new materiality,” PRAXIS: New technologies; New architectures, Reeser, A. and Schafer, A. (Ed.) pp. 114-121, Vol. 1, No. 6, 2004, pp. 127.

Price, K. V., Storn, R. M., and Lampinen, J. A., Differential evolution : a practical approach to global optimization, Springer, Berlin, 2005.

Rachim, E. b. A., “AD Contemporary Techniques in Architecture,” AD, Vol. 1, January 2002.

Riegner, M., & Wilkes, J. (1998). Flowforms and the language of water. In D. Seamon, & A. Zajonc (Eds.), Goethe's Way of Science: A Phenomenology of Nature (pp. 233-252). Albany, N.Y.: State University of New York Press.

S. Vogel, Comparative Biomechanics: Life’s Physical World, Princeton University Press (Princeton, NJ), 2003.

Seamon, D., & Zajonc, A. (1998). Goethe's way of science: A phenomenology of nature. Albany, N.Y.: State University of New York Press.

Slessor, C. (1996). Critical mass. The architectural review, 200(1195),

Soleri, P. (1969). Arcology: The city in the image of man. Cambridge, Mass.: MIT Press.

Swackhamer, M. and Jordan, T. (2006). Biomimicry nature as model, measure and mentor.

Schodek, D. L., Digital design and manufacturing : CAD/CAM applications in architecture and design, John Wiley & Sons, Hoboken, 2005.

Schwefel, H.-P., Wegener, I., and Weinert, K., Advances in computational intelligence : theory and practice, Springer, Berlin ; New York, 2003.

Smith, C. S., A search for structure : selected essays on science, art, and history, MIT Press, Cambridge, Mass., 1981.

Speaks, M., “Design intelligence,” Latent utopias: experiments within contemporary architecture, Vol. 1, 2002, pp. 73–76.

Thomas, K. L., Material matters : architecture and material practice, Routledge, London ; New York, 2007.

Thompson, D. W., On growth and form, The University Press, Cambridge [Eng.], a new ed., 1942.

Tomassini, M., Spatially structured evolutionary algorithms : artificial evolution in space and time, Springer, Berlin ; New York, 2005.

Vincent, J., Structural biomaterials, Princeton Univ Pr, 1990.

Vincent, J. F. V., Structural biomaterials, Macmillan, London, 1982.

Vogel, S., Comparative biomechanics : life’s physical world, Princeton University Press, Prince- ton, NJ, 2003.

Wainwright, S., Mechanical design in organisms, Princeton Univ Pr, 1982.

Wallace, D., A Computer Model of Aesthetic Industrial Design, Ph.D. thesis, MIT, 1992.

Wallace, M., Communicating with databases in natural language, Ellis Horwood ; Halsted Press, Chichester, West Sussex, England New York, 1984.

Weinstock, M., “Morphogenesis and the mathematics of emergence,” AD: Architectural Design, Vol. 74, No. 3, 1995, pp. 1.

Verlag, S., “Natural computing,” .

Van der Ryn, S. & Cowan, S. (1995). Nature's geometry. The whole earth review, 87, 8-12.