Biomimetismul în arhitectură: O investigare în rolul conceptual al naturii…3 [310993]

CUPRINS

Biomimetismul în arhitectură: O investigare în rolul conceptual al naturii………3

Natura și rădăcinile ei biologice………………………………………………………………………5

Natura ca model………………………………………………………………………………….9

Natura ca măsură………………………………………………………………………………11

Natura ca mentor………………………………………………………………………………15

Exemple ale mediului construit. Funcțiile mediului construit………………..…19

Formele natural…………………………………………………………….19

Procesele natural……………………………………………………………24

Sistemele naturale……………………………………………………………………………..29

Laboratorul Arhitectural. O influență în creativitatea științifică…………………..32

Biomimetica. Proiectând pentru viitor………………………………………………………….36

Concluzii……………………………………………………………………….……40

Introducere

Biomimetismul ([anonimizat]) reprezintă aplicarea metodelor și proceselor de funcționare proprii noțiunii pentru dezvoltarea noilor sisteme conceptuale ale ingineriei si tehnologiei contemporane.

Cuvântul biomimetism este derivat din cuvintele grecești "bios", [anonimizat] ”mimemis” – imitație, deci poate fi tradus ca imitația vieții, a viului. [anonimizat].

[anonimizat] o [anonimizat] a dezvolta concepte noi în procesul de soluționare a probelemelor umane. Cunoscând natura si urmărind-o, noi avem potențialul de a [anonimizat], obținem energia și stocăm informația.

"[anonimizat]. Pentru a [anonimizat].”

Richard Buckminster Fuller

Biomimetismul în arhitectură: O [anonimizat], [anonimizat] o știm astăzi. Pentru antici mediul natural era o sursă de mare inspirație. Natura l-a ajutat pe omul antic să depășească provocările întâlnite pe parcursul vieții.

Tehnologia a apărut ca o necesitate a oamenilor de a își satisface nevoile. [anonimizat]. [anonimizat], "mașina zburătoare" a [anonimizat]. Între aeroplanul contemporan și prima mașină zburătoare a Renașterii există o lungă perioadă de evoluție tehnologică. Această evoluție a [anonimizat]. Apoi a [anonimizat]. Există tehnologii ce sunt considerate a fi mult prea avansate pentru a avea o [anonimizat] (CPU) care ajută la funcționarea motoarelor cu reacție. Astfel, este de înțeles că unele tehnologii prezintă dificultăți în ceea ce privește originea. Dar de-a lungul istoriei sale, omul a folosit natura ca sursă de inspirație în sculptură, pictură, scris, arhitectură, în artă în general, precum și în știință, asfel creând o cultură în strânsă corelație cu lumea naturii, temă a cunoașterii și interpretării.

Fiecare organism viu de pe Pământ reprezintă un sistem ce funcționează perfect, bine adaptat la mediul înconjurător ca rezultat al milioanelor de ani de evoluție. Descoperirea microcosmosului și a macrocosmosului trebuie să aducă o nouă dimensiune în modelele arhitecturale și în proiectarea orașelor. Putem lua natura ca model de inspirație dar și ca perspectivă a progresului materialelor bio, cât și un mod de a ne îndepărta de la tipare, pentru a conștientiza și a extinde posibilitățile oferite de tehnologie și de gândirea bio-centrată.

Plantele și animalele pot inspira proiectanții cu noi idei despre materialele vechi. De exemplu orice copil îți poate spune că penele de păun sunt intens colorate. Ce surpriză este atunci când învățăm că singurul pigment ce îl conțin aceste pene, este pigmentul maro, melanina. Culorile intense pe care le vedem sunt rezultatul direct de stratificare al proteinei penei, cheratina, care combinată cu decorul de melanină, determină lumina să se refracteze în așa fel încât să vedem mai multe culori. "Culoarea" este structurală.

Florile sunt minuni ale adaptării, crescând în diverse forme, mărimi și structuri. Ele sunt metafore perfecte pentru clădirile viitorului, deoarece asemenea clădirilor, ele sunt literal și figurat înrădăcinate, ceea ce le permite să folosească resursele din doar cei câțiva centimetrii pătrați ai pământului și cerul disponibil. Floarea trebuie să primească toată energia de care are nevoie de la soare, apa din ploi și toți nutrienții necesari pentru supraviețuire din sol.

În viitor, casele în care vom trăi și clădirile în care ne vom desfășura activitatea ar putea fi concepute să funcționeze ca organismele vii, adaptate specific unui loc și cu posibilitatea de a își procura energia și apa din mediu, soare, vânt și ploaie.

"Istoric, această conexiune este prezentată prin materialele și meseriile locale, asociațiile cu peisajul, evenimentele istorice, legende și mituri."

Stephen Holl

Natura și rădăcinile ei biologice

Modelul naturii a influențat multe aspecte conceptuale și a fost o temă dominantă în teoria arhitecturii. În secolul al 18-lea, relația dintre oameni și lumea naturală s-a schimbat în câteva moduri. Această schimbare a avut loc deoarece o parte din filosofii naturaliști au hotărât că este momentul să își aplice teoriile prin diferite experimente. Natura în arhitectură a avut un precedent istoric, atunci când teoreticianul romantic german a investigat legile generative care scoteau în evidență diversitatea formelor naturale în artă. Natura ca idee caracterizată prin evidențierea unicității a fost explorată de către Johann Wolfgang von Goethe. Poet și teoretician literar care a contestat noțiunea idealistă a imitării și a orientat-o către legile comune ale dezvoltării naturale și către organizarea formală. Influențele naturii în arhitectură, înainte de raționalizarea lui Goethe, au fost concentrate pe reprezentarea superficială a ornamentării. Goethe și-a denumit cercetarea fundamentală, Morfologie, fiind preocupat cu noțiunea sămânței primordiale, un studiu biologic și evoluționar concentrat pe forma și structura organismelor. Din studiul frunzei el a creat ideea morfogenezei naturale, un proces evoluționar de dezvoltare și creștere. Goethe considera că frunza își obține energia lăuntrică a organismului și poate să-și însușească abilitatea de a genera, în întregime, formele caracteristice prin cele 3 stagii ale dezvoltării (însămânțare, creștere și înmulțire).

Teoria evoluționistă a lui Darwin prin selecție naturală a fost profund influențată de ideea transformării lui Goethe. Evoluția prin selecție naturală identifică originea diferitelor specii și teoretizează modul în care aceste specii au evoluat și s-au adaptat la propriul mediu de-a lungul timpului. Observațiile lui Darwin privind variațiile unei singure specii au indicat că fiecare organism putea fi urmărit până la un singur specimen ancestral. Variațiile și reproducerea sunt moduri de supraviețuire, unde cel mai puternic și adaptat mascul la procesul de selecție naturală, va produce cei mai mulți urmași.

Un principiu esențială al teoriei Naturaliste a fost evidențierea evoluției în natură și derivarea din legile generative care creează varietăți. Acest principiu a devenit predominant la teoreticenii romantici germani, în arhitectură, care dădea frâu liber creativității în concordanță cu legile naturii.

Arhitectura secolului XX a generat construcții care imitau ideea de mașină și mecanism. Le Corbusier a declarat: "casele erau mașini unde se locuia". Industrializarea, standardizarea, producția în masă și metafora mașinii, erau simboli ai modului în care tehnologia a schimbat percepția oamenilor de a trăi. Ca mașinile, construcțiile au luat caracteristicile liniei de asamblare, lipsite de orice sens. Pretutindeni în lume, efectele modernismului și teoriei arhitecturale au rezultat în arhitectura de tip Cartezian, extensiv generică ce desconsidera propriul context social și mediul. Aceste construcții și tehnologia asociată respingeau mediul și intensificau procesul de poluare deja existent în orașe.

Semnificația naturii și modul în care oamenii îi percep principiile s-au schimbat dramatic până în secolul al XX-lea. Industrializarea rapidă, producția în masă, dezvoltarea tehnologiei și a formelor de construcție, au transformat modelul politic, social și cel al dezvoltării mediului înconjurător. O dată cu standardizarea și producția în masă a rezultat degradarea și respingerea mediului natural și a naturii.

Arhitecții, artiștii și proiectanții au pierdut natura ca model. În 1970 au fost realizate imaginile planetei din spațiul cosmic. Acest progres tehnologic a fost un pas important spre reîntregirea naturii și a schimbat percepția asupra acesteia pentru viitoarele generații. Natura a devenit vizuală; o explorare în compoziția microscopică și genetică a organismelor ce a amplificat posibilitățile în conceptele arhitecturale. Focalizarea naturii a fost deviată, produsul fiind mai important ca procesul de creație și forma mai puțin importantă ca funcția.

Buckminster Fuller, un important arhitect al anilor '30 (1930), a înțeles potențialul conceptului morfogenetic și adaptabilitățile mediului, pe care el le-a explorat prin construcția domurilor geodezice. El a înțeles perspectiva naturii secolului al 19-lea ce prețuia regularitatea în formele platonice, pentru că acestea exprimau ordinea naturală. De asemenea, credea că natura și terestrul erau un sistem interconectat care reprezenta ideile într-un mod activ și stimulant. Fuller susține că: "Sinergia este singurul cuvânt în limba noastră care denotă comportamentul unui sistem întreg, imprevizibil față de observarea separată a comportamentelor unei alte părți distincte ale sistemului sau al oricărui subansamblu de piese al unei formațiuni. Universul este sinergetic. Viața este sinergetică."

Domul geodezic al lui Fuller articulează expresia arhitecturală și tectonică prin detaliile naturale ale structurii, morfologiei și abilitatea proprie de a reacționa la schimbările mediului. Domurile reprezintă structural și geometric principiile unicelulare ale unui protozor numit radiolarian. Acestea folosesc conceptul radiolarian cu o serie de învelișuri concentrice. Stratul exterior concentric consistă într-o secvență triunghiulară de unități octet sudate împreună în diamante interconectate. Al doilea strat este construit din cadre hexagonale susținute de către bare de oțel, aranjate în cadre metalice în tetraedre tridimensionale, toate izolate de exterior prin mii de mini-domuri acrilice. Această complexitate a fost dezvoltată prin ideile lui Fuller despre microcosmos în macrocosmos, astfel conceptul naturii începând cu cele mai mici elemente care alcătuiesc structuri mari.

Aranjamentul complet al straturilor concentrice nu numai că asigură stabilitatea structurală, dar și operează prin activarea elementelor specifice la reglarea luminii, căldurii și sunetului. Controlul climatului se reduce la componente repetitive ce acționează ca și porii pielii, unde căldura este reglată de o serie de valve automate ce reduc smălțuirea interiorului fiecărei celule. Aceste valve au fost concepute pentru a modula razele soarelui, deschizându-se selectiv și închizându-se pe măsură ce soarele se mișcă pe cer.

Goethe, Darwin și Buckminster Fuller au asigurat diferite percepții în lumea complexă a biologiei. Cercetările lor în morfologia formelor și selecția naturală au pus bazele pentru decodificarea biologică și biomimetică, care se orientează spre natură pentru a descoperii modele superioare în conceptele arhitecturale. Sinergia unui sistem întreg, așa cum nota Fuller, a fost cheia arhitecturii prin interpretarea biologică, care încorpora structura, forma și performanța într-un singur corp ce opera și se adapta la mediul înconjurător.

Pentru Janine M. Benyus, autoarea cărții "Innovation Inspired by Nature", biomimetica exprimă ideea că natura ar trebui înțeleasă în concordanță cu 3 puncte cheie:

1. Natura ca model: Biomimetica este o nouă știință ce studiază modelele naturii și apoi le imită sau se inspiră din conceptele și procesele sale pentru a rezolva problemele umane.

2. Natura ca mod: Biomimetica folosește un standard ecologic pentru a judeca "corectitudinea" inovațiilor noastre. După 3.8 miliarde de ani de evoluție, natura a învățat: ce merge, ce este convenabil și ce este durabil.

3. Natura ca mentor: Biomimetica este un nou mod de a privi și de a prețui natura. Aceasta introduce prin exemple de reprezentare naturală din zone ale botanicii, biologiei și zoologiei, ce subliniează proprietățile structurale, organizaționale și de performanță, pentru potențialele implicații în arhitectură.

1. Natura ca model

Procesele derivate din invențiile biologice

Biomimetica și natura ca model pentru arhitectură pot fi relatate în ideologii și procese existente în natură pentru a rezolva problemele arhitecturale. Cu alte cuvinte, diverse specii sunt studiate pentru a învăța și a interpreta criteriile operaționale și de protecție ale acestora în mediile lor, cu scopul de a le aplica materialelor și sistemelor ce ajută conceptele pasiv-ecologice.

Materialele erau, odată, produse doar de natură, dar cu trecerea timpului oamenii au învățat să dea foc nisipului și să extragă fier din pământ pentru a crea materiale anorganice. Fiecare etapă este reprezentată printr-o era arhitecturală și tehnologică : Epoca de Piatră, Epoca Bronzului, Epoca Fierului, Epoca Plasticului și acum Epoca Siliconului. Fiecare perioadă a adus un progres al materialelor, fiecare depărtându-se de natură și de ceea ce se putea învăța de la materialele naturale. Astăzi, tehnologia emergentă se inspiră din natură și din intervențiile ei biologice, ce își dezvoltă organismele în sisteme complexe și extrem de funcționale ce îmbunătățesc arhitectura prin crearea vieții, precum și construcții ce se manifestă și funcționează ca niște organisme. Aceste contrucții generează și se susțin prin propriile resurse energetice, de apă, de ventilație naturală, de reparații și răspund la schimbările de anotimpuri.

Turnul Swiss Re al lui Norman Foster este cunoscut și ca buretele de mare sau coșul florilor venusiene. Bureții de mare s-au dovedit a fi un model pentru biomimetică pentru că asigură mai mult de o operație pentru imitare. Sondele interne spiralate ale florii asigură un model perfect pentru structura și ventilația naturală, iar forma de proiectil reduce zgomotul puternic ce apare în jurul bazei zgârie-norilor convenționali.

Floarea Venusiana are un aranjament complex și delicat de macro și micro structuri. Structurile ce compun scheletul buretelui de mare sunt create din fibră optică realizată la 0 grade Celsius. În interiorul carcasei buretelui de mare sunt câteva straturi cu ierarhie structurală, fibre precum firul de păr sunt legate împreună și aranjate în cadre sau modele zig-zag ce se întind diagonal. Organismul se adaptează acestei structuri ca un mecanism de consolidare pentru a rezista presiunilor structurale. Cadrul structural este asemănător unui radiolarian pe care Buckmister Fuller l-a folosit în domurile sale geodezice, și s-a dovedit a fi un model bun pentru clădirile înalte, combatând astfel devierea accentuată. Bureții sunt sedentari, filtre de alimentare metazoare cu un singur strat de celule flagelate pompând uni-direcțional curentul de apă prin corp. Celulele flagelate sunt create din două părți: epiteliu și pinacoderm, ce străbat toată suprafața exterioară. De la un capăt la altul al structurii tubulare sunt celule individuale ce conțin canale simple prin care trece apa în cavitatea structurală. Apa iese, apoi, din camerele buretelui printr-o deschidere a porilor (apopyle osculum).

Turnul Swiss Re al lui Norman Foster adoptă ambele procese, organizarea structurală și alimentarea prin filtre, pentru a produce un spațiu care este închis de sticlă, generându-și propriul climat. Geometria dublu-arcuită imită structura exterioară prin folosirea de muchii consolidate, aranjate într-un tipar spiralat. Muchiile sunt concepute să contracareze efectul de ovalizare, un proces în care obiectele cilindrice sunt expuse la colaps sub o presiune torsionantă. Ventilația naturală este realizată prin tragerea aerului între culoarele fiecărui nivel, creând un imens efect de sticlă dublă. Aerul este compactat între 2 niveluri, fațada de sticlă izolează și încălzește clădirea în perioada de iarnă. În timpul verii efectul de sticlă dublă este inversat – canalele evacuează aerul cald din interiorul clădirii. Acest sistem de țevi este folosit ca mijloc de a reduce solicitările de energie ale aerului condiționat pentru clădirile zgârie-nori.

Biomimetica și folosirea naturii ca model, se inspiră din biologie pentru a rezolva problemele umane și arhitecturale. Așa cum biologia ca știință se dezvoltă și descoperă noi specii, precum și modurile în care aceste specii interacționează cu mediul lor înconjurător, așa și arhitectura se adaptează și deprinde noi moduri de abordare a structurii, științei construcțiilor și performanței în cadrul clădirilor.

2. Natura ca mod

Criteriul de clasă și funcția derivată din Aplicarea Principiilor Naturale

Teoria Evoluționistă și selecția naturală au avut 3.8 miliarde de ani de progres, asigurând o vastă selecție de organisme pentru studiul savanților și arhitecților. Prin investigarea structurală, organizațională și a proprietăților de performanță a acestor organisme, un limbaj arhitectural este generat și exprimat prin formă, spațiu, funcție, structură și proprietăți stilistice.

Planta este metafora ideală pentru structura unei clădiri. Rădăcinile ei asigură fundația și stabilitatea, tulpina este structura ce rezistă forțelor externe, iar frunzele sunt concepute pentru obținerea de energie și asigurarea umbrei. Propria organizare, aranjamentele ierarhice pentru înțelegerea sistemelor materiale, reprezintă elemente dominante în analiza structurilor interne ale organismelor naturale.

Arhitecții au examinat aranjamentul plantelor, a frunzelor de bambus și palmier pentru a distinge capacitatea structurală și funcționalitatea. Modelele tridimensionale ale frunzelor de bambus și palmier au fost concepute să simuleze actuala geomotrie și compoziție a structurilor biologice. Biomimetica a identificat în modelul lujerului de bambus, un principiu tehnologic derivat din structura și sistemul ierarhic al fibrei și celulei plantei, ce sunt aranjate pentru a putea rezista presiunii gravitaționale și vântului. Auto-organizarea biologică ia loc sub presiunile mediului. Lăstarii de bambus cresc în natură având tulpinile variate în diametru și înălțime. Așa cum lăstarii de bambus se înalță, creșterea radială a tulpinilor se accentuează pentru a garanta flexibilitatea la presiunea vântului. Tulpinile bambusului sunt alcătuite din fibre lungi cilindrice, ce sunt aranjate în lăstari înveliți cu grupuri de fasciculi fibro-vasculari încrucișați. Distribuția de fasciculi este dependentă de lățimea și lungimea lăstarului, reducând din material pe măsură ce lăstarul devine mai subțire, o tehnică folosită în construcție pentru a mări nivelurile inferioare, deoarece se exercită o presiune foarte mare pe ele.

Toyo Ito a investigat eficiența tehnologică a naturii și a folosit ca inspirație trestia de apă pentru construcția Sendai aceleași idei exprimate în investigațiile bambusului și a simplificat sistemul structural al trestiei la o serie de tuburi de oțel care variau în dimensiune și magnitutide pentru a susține câteva etaje. Sistemul structural, de asemenea, utilizează o structură de grinzi diagonale care, din nou, contracarează forțele de ovalizare și previne torsionarea stâlpilor cilindrici. Toyo Ito a implementat cu succes un nou sistem structural care identifică redundanța, asigurând rezistența acolo unde este nevoie.

Bambusul este un material extrem de puternic, fibrele au de două ori mai multă rezistență la compresie ca betonul și aproape aceeași rezistență la greutate ca și oțelul. Sistemele biologice pot fi reduse de la un micro nivel până la o serie de tipare în natură. Arhitecții au dezvoltat strategii pentru a explora morfologii globale care încorporează forma, limita și condițiile de stres. O serie de secțiuni verticale în cruce prin bambus indicau că tiparele geometrice apar în toate sistemele naturale, consistând în componente mici, simple care se aranjau singure conform tensiunii sarcinilor. Suprafețele isos sunt generate algoritmic ca o celulă digitală și asigură un studiu atent pentru aplicațiile acestora în arhitectură, ca o reprezentare matematică a obiectelor din lumea reală.

Inginerii au fost interesați de implicațiile hârtiei pliate pentru oportunitățile științifice și matematice ale sale. Origami a asigurat un mijloc de a înțelege mecanismele plantelor și nevertebratelor cu aripi rabatabile.

Studiul frunzelor de palmier a scos în evidență semnificația unei structuri cutate. În natură, cutele unei frunze de palmier sunt concepute pentru a maximiza cantitatea de lumină și apa colectată pe frunză, și de a contribui la rezistența și stabilitatea ei. Regularitatea și geometria structurii frunzei acționează la tensiune și compresie pentru a se opune forțelor externe. Modelul origami a fost adaptat într-un proiect de către Oficiul Arhitecților Străini, structura acoperișului stației Yokohama; o singură coală de oțel care este îndoită pentru a distribui stresul structural. În "Geko's Foot" Peter Forbes descrie mecanismul aripilor pliate al insectelor, precum al cărăbușului, care trebuie să-și plieze aripile oricând nu se află în zbor, corpul lui fiind acoperit în totalitate de o ”armură”. Tehnicile de pliere permit nevertebratelor să-și schimbe forma aripii, îndoind-o ca răspuns la curenții de aer pentru a se propulsa, nu există mușchi în interiorul aripii, doar la baza acesteia. Această rezistență este crucială în mecanismul de pliere al aripii pentru a contracare presiunile vântului în zbor. Mecanismul plierii aripii este conceput a se desfășura rapid când insecta este în pericol sau se simte amenințată. Mișcarea acestui mecanism a fost studiată și adoptată de către industria auto pentru inspirație și noi metode de construcție.

Studiile zoomorfice au subliniat proprietăți organizaționale și ierarhice în structura animalelor. Animalele vertebrate au structuri ascunse sub mușchi și piele. Potențialul arhitectural al structurii vertebratelor este în interiorul unui aranjament de structuri osoase și în relația dintre formă și funcționalitate.

Arhitectul Santiago Calatrava este interesat de frumusețea metaforelor corporale, schelete animale și gesturi umane. Aceste referințe naturale adaugă dimensiune, formă și dinamism conceptului. Gândirea lui Calatrava privind mișcarea dinamică a fost derivată din valorile naturii; el a studiat complexitatea oaselor și modul în care ele formează o condiție activ-dinamică.

Muzeul de artă Milwaukee din Milwaukee a fost conceput să se asemene cu o pasăre care se pregătește să își ia zborul. Asemănarea a fost atinsă prin structura cinetică a acoperișului, o serie de aripi din oțel care acționează ca un ecran ce se deschide și se închide ca un gest de bun venit spre vizitatori. Aripile se articulează de la stâlpii ce se pot înclina până la 47 de grade, creând un tipar complex al componentelor clădirii. Mișcarea cinetică a clădirii schimbă geometria și atmosfera structurii ca întreg, fiind o sinteză a combinării complexe de lumină, spațiu, material, formă și structură.

Investigațiile în biomimetică sunt nemărginite ca și investigația în biologie. Este posibil doar învățând din ceea ce este corect, adecvat și durabil în lumea naturală. Importantă este dezvoltarea ideilor tehnologice, arhitecturale și estetice.

3. Natura ca mentor

Supraviețuirea și adaptabilitatea

Biomimetica și natura ca mentor pentru conceptul arhitectural pot fi asociate cu supraviețuirea și adaptabilitatea organismelor la propriul lor mediu. Biomimetica ca mentor a permis arhitecturii să investigheze schimbările dinamice între organisme și mediul lor, pentru a stabili noi modele de arhitectură prin procese biochimice și funcționalitate. Arhitecții au căutat să investigheze complexitatea dintre formă și structură, precum și sistemele interne ale organismelor ce operează în mediul lor, nu ca și componente individuale ci ca o singură entitate. Această acțiune a fost cunoscută sub numele de polimorfism. În termeni biologici, polimorfismul se referă la ocurența diferitelor forme, stagii, tipuri de organisme individuale. Polimorfismul este în termeni arhitecturali o expresie lingvistică definită de o varietate de tehnici conceptuale morfogenetice, care sintetizează procesul de formare și materializare. Procesele conceptuale morfogenetice sunt aplicate în arhitectură pentru a explora simultan oportunitățile de organizare spațială și pentru a se adapta la influențele mediului extern.

Poliformismul este cheia înțelegerii formei, materialelor și structurii, nu ca elemente separate ci ca o colecție complexă de sisteme.

Studiul morfologiei plantelor, performanța metabolică și materială, asigură o cunoaștere profundă a dinamicii structurale, precum și a principiilor adaptative. Morfologia metabolică a plantelor este un aranjament foarte complex de procese care colaborează pentru a produce energie. Unul dintre aceste procese este fotosinteza, unde forța și morfologia plantelor le permite acestora să absoarbă lumina soarelui prin membranele de suprafață, pentru a avea o sursă constantă de energie. Acest concept este profund integrat în captarea și transmiterea energiei, modificarea luminii, generarea căldurii, sistemele de transport și de mișcare ale aerului. Membranele de suprafață devin un mecanism complex ce separă, interacționează și se adaptează la mediul înconjurător. Studiul transformării energiei a solicitat o mișcare considerabilă în lumea tehnică. Nanotehnologiile și materialele inteligente au mimat proprietățile adaptive ale naturii. Aceste materiale inteligente se supun legilor naturii și trec prin transformări de energie de la o formă la alta. Materialele electro-restrictive transformă energia electrică în energie elastică sau mecanică, o schimbare fizică în formă și aspect. Materialele electro-restrictive urmăresc ideea metabolică a plantelor, când acestea colectează energia solară și transformă acea energie în aplicații de performanță.

Michael Hensel a studiat materialele naturale, precum lemnul, la un nivel microscopic pentru a explora capacitatea de performanță. Structura a arătat o direcționalitate inerentă în compoziția materialului, ce îi permite lemnului să își schimbe dimensiunea datorită fluctuaților în condiții externe. Lemnul este hidroscopic – structurile capilare absorb umezeala din mediu pentru a obține un echilibru între volumul de umezeală și umiditatea mediului. Conul de pin prezintă această caracteristică chiar și după ce s-a detașat de copac. Conurile de pin se deschid și închid pentru a asigura eliberarea semințelor în timp de mare umiditate pentru o proliferare favorabilă.

Steffen Riechert de la Departamentul pentru Generarea Formei și Materializare a testat, în Germania, aceste valori intrinsece, prin producerea unor structuri sensibile de suprafață formate din componente mixte de furnir. Furnirul are capacitatea de a se adapta la schimbări în umiditate relativă, ce rezultă în schimbări ale formei și aspectului componentelor de lemn. Aceste investigații în conceptul axat pe performanță și progresele în tehnologie au dus la dezvoltarea tehnologiei universale; un sistem impresionabil pentru arhitectură.

Încă de la nașterea civilizației, umanitatea a respectat întotdeauna natura prin interesul special pe care îl avea față de proiectarea unică a structurii, formei și procesului revelator al inspirație și soluții la multe dintre conceptele problematice. Acest concept al imitării procesului natural poate fi văzut în primul zbor al fraților Wright din 1903, care are la bază principiul ridicării și tragerii, inspirat din observarea și studierea atentă a condorului.

3.1. Filosofia greacă

În Egiptul Antic și în Mesopotamia, se credea că savanții au fost primii care au înțeles operațiunile lumii naturale. Aceste civilizații inteligente au fost capabile să creeze istoria prin înregistrarea realizărilor lor și adunarea informației privind istoria naturală, ceea ce a contribuit la o înțelegere profundă a naturii. Această bogăție a cunoașterii a devenit moștenire pentru filosofii antici greci, formând o civilizație avansată.

Natura a fost folosită ca unealtă intuitivă de către filosofii greci antici. Înaintea filosofiei grecești, au existat explicațiile mitologice care s-au transmis din generație în generație pentru a explica fenomenele naturale.

Aceștia erau numiți filosofi naturaliști, deoarece erau preocupați în principal de lumea naturală și de procesele acesteia, doreau să înțeleagă natura și ce se întâmplă în jurul lor. Au început să analizeze și să studieze natura prin identificarea legilor acesteia, care se află într-o continuă stare de schimbare și transformare.

3.2. Influența romană

Vitruvius credea că noțiunea frumuseții poate fi învățată de la "adevărul naturii", deoarece acesta era convins că în ceea ce privește conceptele naturale, acestea erau conduse de legi universale ale proporției și simetriei, creând frumusețea naturală ce se găsește în natura însăși.

Vitruvius scrie în cartea sa, "De Architectura", că "trebuie să imităm natura observând lucrurile cum cresc", așadar prezentând arhitectura ca o imitație a naturii. În această carte el susține că structurile ar trebui să prezinte 3 calități, de rezistență, utilitate și frumusețe, toate fiind o sursă importantă pentru conceptul și tehnicile de construcție romane.

Grecii antici au o înțelegere în privința proporțiilor corpului uman, dar Vitruvius a fost cel care a definit Omul Vitruvian. Figura umană a fost principala sursă pentru crearea ordinelor clasice în arhitectură. Așadar, în cartea sa el susține: “conceptele arhitecturale trebuie să facă referiță la proporțiile și simetriile ce se găsesc în natură, inclusiv în corpul uman”.

3.3. Fibonacci

Proporția de aur a fost derivată subconștient de la secvența Fibonacci, prezentând pe scurt Proporția de Aur, astfel permite calculul să fie posibil în proiectele noastre, asemenea naturii. La sfârșitul secolului al 18-lea, o fundație solidă a fost dezvoltată pentru proporția de aur, Adolf Zeising (1810-1876) a descoperit că această teorie este lege universală în natură, fiind exprimată în aranjamentul ramurilor, venelor, scheletului animal, chiar și în pigmentarea florilor. O asemenea teorie a existat de la primele civilizații, dar nu a fost posibil să fie observată sau exprimată. Secvența Fibonacci și raportul de aur vor fi folosite mai târziu de către Le Corbusier (1887-1965) pentru a modula formele și proporțiile arhitecturale.

IV. Exemple ale Mediului Construit

Funcțiile Mediului Construit

Principiul după care natura funcționează îl adaptarea, reacția de a răspunde la un cadru specific. Noțiunea că ființele vii se pot adapta la mediul lor este sursă de inspirație pentru arhitecți și oamenii de știință. Concepția că natura s-ar adapta la orice condiție climatică reprezintă doar un aspect, existând multe nivele diferite, unul ar fi că în caz de pericol, natura răspunde și se adaptează în consecință. Această adaptare a naturii există pentru a supraviețui și pentru a găsi un mod de a evolua.

Punctul central al disputei în cercetare îl reprezină transformarea climatului și schimbările ce apar odată cu timpul. Ființele supraviețuiesc și se adaptează pe parcursul unei perioade de timp la variațiile climatice, astfel arhitectura produsă ar trebui să supraviețuiască asemenea unui organism viu.

Principiile evoluționare sugerează că arhitectura este un proces viu, în care noi, cei care trăim în clădiri, suntem entități într-o continuă schimbare, iar arhitecții trebuie să acomodeze o varietate de schimbări potrivite stilului nostru de viață și al mediului înconjurător, chiar și într-un spațiu urban dens.

Biomimetica conține 3 categorii, care sunt esențiale în arhitectură pentru a proiecta o apropiere holistică și de a înțelege potențialul ei în relație cu industria de construcții. Aceste categorii presupun învățarea formelor naturale ale mediului înconjurător, procesele și sistemele sale ce sunt foarte eficiente.

1. Formele Naturale

Cele mai recente concepte arhitecturale au fost realizate prin influențe ale formei naturale. Natura, de-a lungul istoriei, a fost considerată propriul ei proiectant, dobândind frumusețea prin folosirea formelor și tiparelor naturale, ce au fost admirate de către oameni de-a lungul istorie. Noi am fost capabili să descoperim legăturile matematice și proporțiile ce sunt înrădăcinate în esența naturii, definind astfel arhitectura așa cum o știm.

Aceste modele au apărut datorită diferitelor variabile, pe care mediul înconjurător le are asupra conceptului, precum spiralele care sunt create în sisteme de presiune joasă, galaxii, coarnele unei oi sau petalele florii soarelui. De asemenea, aranjamentul în hexagon poate fi văzut în fagurele de miere al albinelor, în aripile libelulelor, în textura polenului și în ochii muștelor. Peter Stevens a scris cartea,"Patterns in Nature" (1979), în care precizează că imensa varietate creată de către natură, apare din facerea și refacerea unor puține teme formale.

În următoarele pagini vor fi prezentate câteva studii de caz, ce folosesc tiparele naturele în conceptele arhitecturale, ce permit construirea unor clădiri unice, așa cum natura însăși ar realiza-o.

Proiectul Eden

Proiectul Eden a fost conceput de Nicholas Grimshaw și Partners Architecs, dar Michael Pawlyn a fost cel care a avut o cunoaștere vastă privind natura și integrarea acesteia în proiect, creând astfel un proiect ce a fost conceput având la bază principiile biomimeticii și folosind forme naturale pentru a duce proiectul la împlinire. Pentru a proiecta și a construi “Proiectul Eden”, Grimshaw Architects s-au folosit de o serie de domuri geodezice, formând biodomuri, creându-se astfel cea mai mare seră de pe Pământ. Această seră a fost concepută pentru plantele din toată lumea, făcând posibilă crearea unor medii diferite în fiecare biodom. Michael Pawlyn a susținut într-un curs, din 2010, despre “Principiile Biomimeticii” că: "ne îndreptăm spre natură la aproape fiecare stadiu al proiectului, începând cu nivelele strategice, urmărind unde se intersectează bulele și folosind structura polenului și a aripilor libelulei pentru a ne ajuta în dezvoltarea soluțiilor structurale”. Proiectul Eden are o superstructură incredibilă care a fost Grimshaw Architects au analizat împrejurimile spațiului pentru orientare, așa cum un organism viu ar analiza mediul înconjurător în care mai târziu ar habita. În urma acestei analize, partea sudică a sitului are o pantă, ce asigură cel mai bun spațiu pentru proiectarea unei clădiri cu un aport de energie scăzut. Topografia sitului a prezentat noi probleme arhitecților, însă un angajat Grimshaw a prezentat ca soluție, ideea bulelor de săpun. Aceste bule ar asigura capacitatea de a crea o construcție cu un aport de energie scăzut, care ar înveli topografia naturala, deoarece fiecare diametru poate fi diferit.

Sisteme ca acestea pot fi văzute și în natură, unde aceasta crează suprafețe sferice, ce reprezintă celule moleculare. Sistemul bulelor a permis ca învelișul ce acoperă clădirea să fie mai ușor, ieftin și flexibil, luând în considerare modul de construcție pe o topografie inegală. Structura ușoară este apoi acoperită și închisă cu un polimer, subțire și foarte rezistent, numit ETFE. Acest material face posibilă acoperirea structurii hexagonale și pentagonale, creând perne ce pot măsura 14 metrii de la o margine la alta. Aceste perne nu ar fi fost posibil de realizat dacă ar fi fost folosită sticla.

Clădirea Ministerului Afacerilor Muncipale și Agriculturii

Clădirea Ministerului Afacerilor Municipale și Agriculturii construită de Aesthetics Architects Go Group în Qatar este cunoscută mai bine sub numele de clădirea "cactus", aceasta este faimoasă datorită abilității proprii de a se adapta la climatul deșertic, la fel ca un cactus.

Clădirea cactus este un exemplu foarte bun al biomimeticii în arhitectură, datorită sistemului de fațadă. Sute de mici diafragme inteligente din exterior se deschid și închid în funcție de puterea soarelui. Clădirea este un exemplu foarte de bun al biomimeticii, deoarece proiectanții au învățat de la natura din zonă. Qatar are un climat deșertic accentuat, dar prin observarea acestuia, avantajele climatului pot fi aplicate construcțiilor. Cactusul este un exemplu ideal de vegetație ce se poate adapta foarte bine la climatul fierbinte. Proiectanții au folosit avantajele acestuia și au creat o clădire ce are proprietățile similare ale unui cactus.

Pavilionul Umbră

Pavilionul Umbră este amplasat în Grădinile Botanice ale Universității din Michigan. Este un proiect biomimetic interesant, deoarece în prima instanță nu se poate recunoaște biomemetica în concept. Pavilionul creat de PLY Architecture consistă în multe conuri metalice ce lucrează împreună pentru a crea o structură sustenabilă.

Pavilionul este un proiect biomimetic, deoarece structura sistemului sustenabil se bazează pe aranjamentul florilor, frunzelor și folosește aceleași principii pentru a se auto-susține. Acest fenomen se numește filotaxie; filotaxia reprezintă aranjamentul frunzelor de-a lungul tulpinii plantei.

Pe lângă sistemul sustenabil, acest pavilion este special datorită funcției secundare a conurilor. Conurile nu sunt doar structurale, ci și amplifică diferitele elemente naturale, precum lumina solară, vântul, sunetul și umiditatea. Lumina solară este intensificată datorită proprietăților reflectorizante ale materialului din care sunt create conurile. Când vântul suflă prin conuri, zgomotul realizat este mult mai puternic ca în realitate, în cazul sunetelor situația este asemănătoare, deoarece sunetele exterioare par a fi mai puternice ca în realitate.

Procesele Naturale

Forma modernă a biomimeticii necesită o înțelegere științifică a naturii pentru a fi posibilă dezvoltarea unei arhitecturi durabile. Formele care se găsesc în natură permit proiectarea unor structuri eficiente.

The Eastgate Centre Shopping Center

Eastgate Centre este un complex comercial și de birouri creat de arhitectul Mick Pearce în Zimbabwe. Inaugurat în 1996, având 26000 mp de spații pentru birouri, 5600 mp spații comerciale și peste 450 mp pentru parcări. Arhitectul a proiectat diferit clădirea pentru a reduce costurile de întreținere, acesta a realizat că în cazul clădirilor tipice de birouri cu pereți cortină, costurile sunt mult prea ridicate când vine vorba despre instalațiile de climatizare.

Termitele, din zona Nordică a Namibiei, sunt mici constructori naturali ce au abilitatea de a construi pe înălțimi de câțiva metri. Prin utilizarea eficientă a structurii și prin interacțiunea cu mediul, movilele au capacitatea numită homeostazie (proprietatea organismului de a menține, în limite foarte apropiate, constantele mediului intern). În interiorul movilelor, la 1 m–2 m sub pământ, se află o arhitectură intrigantă, constituită dintr-o serie de tuneluri lungi și ramificate, realizate metodic. Acestea deservesc diverse funcții pentru termite, o parte fiind folosite pentru valorificarea și cultivarea ciupercii, principala sursă de hrană a termitelor. Aceste ciuperci trebuie menținute la o temperatură precisă și constantă pentru a se dezvolta, o adevarată provocare privind variația de temperatură din acea zonă, între perioada de zi și cea de noapte. Acest lucru este posibil prin existența unor canale de ventilație, ce au capacitatea de a se deschide/închide, fiind posibilă astfel materializarea unor concepte precum masa termală – absorbția de căldura din exterior pe timpul zilei și eliberarea pe timpul nopții în interior. Termitele se folosesc și de vânt în acest proces, ele modificându-și sistemul de câte ori este nevoie pentru a menține atmosfera.

Extrapolând această strategie, ansamblul architectural, realizat în mare din beton armat, folosește materialul ca pe o patură de masă termală. Zonele vitrate sunt expuse brizelor locale. Aerul pătrunde prin partea inferioară a structurii și este propulsat spre partea superioară, constituind un ciclu permanent de ventilație naturală. Clădirea nu dispune de metode convenționale de încălzire/ventilație, dar continuă să își regleze temperatura și ventilația cu un consum energetic extreme de redus – cam 10% din consumul unei clădiri ce folosește metode convenționale.

Proiectul Sahara

Datorită succesului major pe care l-a atins prin dezvoltarea Proiectului Eden, Michael Pawlyn a început să se implice în alt proiect important, numit Sahara Forest Project. Acest proiect își dorea să reinstaureze creșterea, inversând procesul deșertificării în regiunile aride ale Saharei și ale continentului african. Acum mult timp în urmă, deșerturile Saharei erau pline de verdeață, având copaci înalți formând o pădure pe câțiva kilometrii. Michael Pawlyn a susținut, într-o conferiță, că: "Dacă ai de-a face cu un mediu extrem, biomimetica poate fi aplicată observând organismele ce au evoluat în acest mediu și adoptând strategiile lor de supraviețuire."

În medii dure precum deșertul Sahara, soluțiile sunt încorporate în animalele și insectele ce trăiesc în această zonă, unul dintre aceste specimene fiind cărăbușul namibian de ceață. Corpul mic, negru și mat al cărăbușului radiază căldură spre cerul nopții, reducând temperatura corpului, devenind mai rece ca mediul înconjurător. Această caracteristică permite ca picăturile de apă să se formeze pe spatele cărăbușului, când briza bate dinspre mare. Cărăbușul își va înclina carapacea pentru ca picăturile de apă să curgă. Se va întoarce către ascunzătoarea sa odată ce temperatura începe să crească din nou, unde se va odihni până când temperatura va scădea. Natura a încorporat soluții pentru ca noi să învățăm, să extragem și să ne inspirăm cu idei inovative pentru a face față mediului extrem.

Cărăbușul a devenit inspirație pentru Sahara Forest Project, unde se va folosi conceptul serei cu apă de mare, care a fost gândit de către Charlie Paton. Conceptul “Seawater Greenhouse” a fost proiectat pentru regiunile aride de pe coastă, poziționând peretele evaporator în forma de grilaj către țărm. O briză rece va trece prin grilaje, apoi prin perete, biofiltrând umezeala dinspre mare. Sera va crea un mediu intern umed care va îmbunătăți creșterea culturilor. Apa se va condensa și se va forma din aerul umed ce trece prin clădire, printr-o serie de condensatoare ce se află în spatele clădirii, identic cu structura cărăbușului. S-a observat că această clădire produce mai multă apă decât era nevoi, astfel că surplusul de apă a fost folosit în jurul clădirii, creându-se vegetație nouă care a transformat spațiul sterp într-un teren productiv.

Proiectul Sahara a introdus diferite combinații de tehnologii, care funcționează împreună armonios pentru a regenera creșterea plantelor și a energiei în cele mai aride regiuni de pe glob. Aceste metode includ Seawater Greenhouse, puterea solară concentrată și producția de biomasă. Principiul puterii solare concentrate produce energie ieftină, curată și regenerabilă. În comparație cu panourile solare fotovoltaice tradiționale care transformă lumina solară direct în electricitate, puterea solară concentrată folosește razele solare focalizate într-un singur punct, adunând căldura soarelui și transformând apa în aburi, astfel pornind turbinele ce produc electricitate.

Pawlyn susține că soarele radiază energie de 10 ori mai multă, în fiecare an, decât energia pe care o folosim din toate sursele. Lumea naturală supravietuiește datorită energiei solară, iar noi avem nevoie să replicăm metoda naturii de supraviețuire și să trecem de la economia de carbon la economia solară.

Pavilionul de Cercetare 2011

Pavilionul de Cercetare 2011 de la Universitatea din Stuttgart este un exemplu special al biomimeticii datorită structurii speciale. Prin cercetarea structurilor diferite din natură, cei la Universitatea din Stuttgart au realizat o structură specială și diferită bazată pe "Sand dollar", care se referă la o suprafață extrem de subțire.

Folosind conceptul de "sand dollar" a fost posibilă crearea unei structuri foarte înguste, dar și foarte puternică, astfel economisindu-se mulți bani pe materiale. Pe lângă costul scăzut al construcției, materialul foarte ușor face asamblarea clădirii foarte simplă.

Toate elementele diferite care formează pavilionul sunt realizate pe baza unei transmisii de stres mecanic; prin optimizarea acestei transmisii a devenit posibilă crearea unei structuri foarte subțiri, dar eficientă și foarte rezistentă (Universitat Stuttgart, 2011). Elementele sunt toate produse de un sistem robotizat ce face posibilă crearea elementelor perfecte.

Sistemele naturale

Sistemele naturale asigură un instrument educațional pentru natura umană de a rezolva problemele ce utilizează biomimetica în ecosistemele naturale pentru soluții de proiectare arhitecturală. Ecosistemele sunt, de obicei, un sistem în buclă închisă, care poate fi văzut în ciclul de carbon condus de fotosinteză, care folosește energia solară. Avem capacitatea de a utiliza biomimetica în așa fel încât să includă și să adopte, pentru comunități sau chiar orașe, aceeași idee inițială a unui ecosistem tip buclă închisă.

Un astfel de exemplu important vine de la primul oraș din lume cu zero carbon, zero deșeuri, care este alimentat în totalitate de energie regenerabilă, Masdar City în Abu Dhabi. Fosters și Asociații au ca scop găsirea de zero emisii de carbon, prin colaborarea cu diverse infrastructuri, cum ar fi spațiul public, zonele rezidențiale, spațiile de birouri pentru 15.000 de companii și locuințele, care vor găzdui până la 40.000 de oameni. Se vor pune bazele unui sistem feroviar care folosește lumina electrică, astfel furnizându-se o metodă de transport alternativă.

În ecosistem, natura folosește lumina solară care devine apoi sursă primară de energie, iar în eco-orașul construit din Masdar, se află o replică a acestor sisteme naturale care funcționează eficient pentru a aproviziona cu energie orașul. În ciuda acestui fapt, orașul nu se bazează numai pe energie solară, ci și pe plantele energetice care funcționează împreună cu o altă sursă, asemenea fermelor de vânt și plantele pe bază de hidrogen sunt instalate la periferiile orașului. Arhitecții au făcut ca orașul să maximizeze puterea luminii naturale și ventilației, astfel reducând nevoia de lumina artificială și aer condiționat.

Arhitecții au trebuit să găsească o soluție și pentru disponibilitatea apei dulci și curate. Șantierul este amplasat într-o regiune aridă din Emiratele Arabe Unite, unde apa nu prea se găsește din cauza deșertului și terenului infertil. Arhitecții vor folosi conceptul numit Seawater Greenhouse pentru a furniza apa curată de care au nevoie locuitorii orașului.

Acesta este un oraș din care avem ce învăța, oferindu-ne șansa de a introduce noi principii fezabile într-un mediu urban. Orașul Masdar prezintă multe din principiile pe care le-am observat în ecosistem. La conferința lui Michael Pawlyn, acesta a susținut că dacă un oraș este făcut pentru a fi locuit, atunci necesitățile precum apa, mâncarea, energia și reziduurile trebuie luate în considerare ca făcând parte dintr-un ciclu ecologic. Orașul Masdar este un success care arată potențialul extraordinar pentru viitoarele orașe. Este un prim succes care a reușit să extragă cele mai bune soluții din natură și să reproducă ecosistemul natural, ca de altfel și ciclurile sale pentru a oferi o altă viziune a mediului înconjurător.

Construirea Orașului Mangal

Orașul Mangal, proiectat de către Echipa Chimera, utilizează principiile biomimeticii preluate de la diverse surse. Caracteristicile acestui proiect sunt flexibilitatea și adaptabilitatea. Structura zgârie-noriilor în spirală este modelată după ecosistemul complex creat de mangrove. Proiectul este un sistem ecologic urban, compus din capsule ce ce deplasează pentru a se adapta la mediu și la condițiile contextuale.

Spațiul este divizat după o logică de agregare celulară, încorporând relațiile vecine la diferite nivele, și este, de asemenea, noțiunea de bază a condițiilor locuințelor concentrate. Modelele din natură, precum ramnificația și filotaxia, au fost paradigme puternice pentru crearea unei mașini parametrice care să fie capabilă să creeze o ecologie urbană sensibila.

Tehnologia face posibilă generarea unei geometrii complexe și scoate la lumină acele principii structurante ce sunt preluate de la natură.

V. Laborarul Arhitectural. O influență în creativitatea științifică

Arhitectura a folosit știința ca metaforă pentru calitățile romantice, poetice, funcționale și estetice. Dar, știința arhitecturii precum și construcțiile științifice înseamnă multe lucruri pentru diverse perspective. Conceptul de laborator este, în mod tipic, un spațiu format din aranjamente de facilități, care în ultimii ani, s-a accentuat mai mult pe funcție decât pe formă. Istoric, conceptul de laborator a fost compus din spații modulate și generice care țineau cercetătorul și munca lui în secret, prezentând doar descoperirile științifice ca produs final. În ultimii câțiva ani s-a remarcat o creștere a laboratoarelor arhitecturale, concept atacat de către arhitecți notabili precum Frank Gehry, Rafael Vinoly și Norman Foster. Acești arhitecți practică o nouă direcție în conceptul arhitectural și de laborator. Cu această nouă modă de a crea laboratoare imagistice, vine și o vastă critică de la istorici, proiectanți, arhitecți cât și oameni de știință. Pe de o parte a polemicii, criticii sunt de părere că laboratoarele arhitecturale ca și concept sunt doar reprezentări ale arhitectului. Pe de altă parte, sunt cei ce susțin că arhitectura poate devenii un decor pentru stimularea vizuală și creativă. Au existat multe modalități prin care știința a fost situată arhitectural, iar arhitectura a devenit "știintizată", considerându-se că nu există nicio entitate transtemporală, transculturală numită "laborator".

Arhitecții sunt liberi să interpreteze viziunea științei, cum o clădire științifică ar trebui să arate, să se manifeste și cum să opereze ca o metaforă științifică. Una dintre criticile apărute este că arhitectura a situat știința ca fiind un idol pentru creația sa, cu puțină considerație pentru tehnicalitate și funcționalitate. Laboratoarele, în special în școli sau în campusurile universităților, au fost printre cele mai banale și simple construcții. Universitățile au investit sume mari de bani în modernizarea propriilor facilități și au angajat arhitecți bine cunoscuți ca proiectanți. O parte a celor implicați în dezbatere se opun ideii că arhitectura influențează gândirea creativă. Se crede că arhitecții creează arhitectura doar din simboluri iconice și produc o operă de artă pentru a acoperii lipsa funcționalității cu estetică. Estetica este folosită ca unealtă pentru a clasifica supremația asupra facilităților cu speranța de a atrage studenții. Universitățile și clienții sunt dispuși să plătească pentru arhitecți apreciați de critici, pentru a construi laboratoare, astfel încât se pot atașa de o anumită imagine sau percepție asociată cu acel arhitect. Aceste construcții sunt reprezentări puternice pentru cercetarea viitorului; concepte inovatoare ce au scopul de a mima acele idei importante de cercetare. Însă imaginea nu este totul. Una dintre preocupări, în ceea ce privește conceptele imagistice sau stilistice, este neglijarea funcție programatice și a celei de construcție.

Arhitectul influent Louis Khan a combinat lumina și spațiul cu funcționalitatea unui laborator. Pentru oamenii de știință, însă, arhitectura emoțională nu înseamnă nimic dacă nu se completează cu funcția construcției. Khan a construit 2 laboratoare care păreau să anticipeze limita conceptuală a laboratoarelor moderne. Primul a fost în 1962, Laboratorul Medical Richard al Universității din Pennsylvania. Laboratorul este format din studiouri de 10 etaje care au fost construite pe cadre cu turnuri extrem de înalte. Aranjamentul a fost complex și foarte admirat în limbajul arhitectural pentru prezența impozantă și prezentarea imaginativă a spațiului și structurii.

Khan și teoreticienii arhitecturali considerau construcția ca fiind o inspirație a inovației, toțusi, clădirea ducea lipsa funcției. Oamenii de știință care au lucrat în clădire au simțit că acest concept reduce capacitatea lor de cercetare. Conductele expuse au adunat praf unde trebuia să fie o zonă sterilă, exista un deficit de spațiu pentru echipamente și frigidere, iar utilizarea vastă a ferestrelor a permis pătrunderea luminii în acel spațiu, topind bucățile de gheață și orbind ocupanții din interior. Oamenii de știință erau mai mult preocupați de modul în care mediul lor înconjurător dăuna abilității lor de cercetare decât de cercetarea propriu-zisă.

În 1965, Loius Khan și-a răscumpărat greșeala prin proiectarea Salk Laboratory, un laborator cu adevărat frumos, care nu doar învăluia esența luminii și a liniștii, dar care corecta și toate greșelile programatice ale lui Richard Medical Laboratories. Era o îmbinare a ideilor arhitecturale, un joc subtil de lumină și materialitate, atenția asupra funcției construcției a setat un precedent pentru generațiile viitoare. Jon Cohen, un om de știință de la Universitatea din Cincinnati, a pus întrebarea supremă, referitoare la conceptul arhitectural de laborator: Influențează arhitectura unui laborator creativitatea și productivitatea omului de știintă?

Arhitecții și oamenii de știință au descoperit că arhitectura poate face asta. Arhitectura nu este doar o afacere bănoasă, ci este simțitoare la mediile științifice. Ideea morfologiei în știință conectează structura și forma într-un proces evolutiv. Pe măsura ce știința se dezvoltă, aceasta devine răspândită și multidisciplinară, aducând cu ea și dezvoltarea științei arhitecturii. Arhitectura crește și se adaptează unor serii de necesități programatice și fizice în dezvoltarea continuă. Peter Galison a redactat o colecție de esee numite The Arhitecture of Science. În articolul “Architecture Discovers Science”, el afirmă că laboratorul și tot ceea ce el produce are un înțeles simbolic și filosofic ce este important pentru arhitecți. Galison a continuat, spunând că mediul arhitectural devine mai important pentru oamenii de știință, întrucât ei se extind și interacționează cu lumea afacerilor, începând propriile lor companii biotehnologice și electronice, brevetând astfel într-un mod agresiv descoperirile. Viitorul conceptului de laborator este acum conștient de nevoia pentru noi medii, în care oamenii de știință pot să iasă din structura practicii convenționale, unde ei interacționează cu diferite discipline.

În generarea unor medii noi pentru creativitate se insistă pe o combinație unică a arhitecturii, științei, tehnologiei și esteticii. Adoptarea conceptului Biofilic, o teorie ecologică ce integrează mediul natural și procesele acestuia, mărind procesele naturale ale performanțelor umane. Oamenii răspund în mod neurologic la arhictectura mediului fizic. Un mediu are elemente fizice care afectează modul în care percepem lumina, spațiul, sunetul, mirosul și atingerea. Aceste elemente fizice activează răspunsuri neurologice ale sistemelor senzoriale și musculare precum și a undelor cerebrale, ce produc răspunsuri comportamentale și interactive, care stimulează mintea într-un mod diferit. Conceptul Biofilic este privit ca fiind veriga lipsă din conceptul înconjurător și ecologic. Aceasta reprezintă încercarea voită de a traduce o înțelegere a afinității umane înnăscute, de a se afilia cu procesele și sistemele naturale, cunoscută ca Biofilia, în conceptul mediului înconjurător construit. Acest proces este dificil de atins ținând cont de înțelegerea noastră în ceea ce privește biologia și capacitatea umană de a asocia și prețui natura. Procesul se concentrează pe restabilirea contactului uman în natură și folosirea naturii drept mijloc pentru scopurile productive și de sănătate. Natura evocă simțurile, induce inovația și productivitatea.

Conexiunea dintre interacțiunea cu mediul înconjurător natural și perceperea acestuia, poate avea un impact asupra proceselor creative. Inteligența și conștiința sunt procese evolutive ale sistemelor noastre senzoriale. Creativitatea este preocupată cu gândirea divergentă, de caracterul nerestricționat de generare al ideilor și gândirii direcționate, un proces concentrat de editare. Creativitatea, în conceptul arhitectural, ar trebui să testeze limitele accesabilități planurilor interactive sau a spațiilor divergente, precum și editarea individuală a spațiilor. Schimbând mediul de muncă al oamenilor și evadând din tiparele normale ale interacțiunii, s-a dovedit a exista beneficii fizice și creative, incluzând performanța crescută a angajaților, nivelul de stres scăzut, motivație mărită și îmbunătățirea concentrării și memoriei.

Biomimetica. Proiectând pentru viitor

Biomimetica, biofilia și bio-inspirațiile sunt științe noi, care investighează modelele biologice și procesele pentru a descoperi secretele naturii, rezolvând problemele noastre. Arhitecții sunt mereu în căutarea unor noi inspirații și inovații care să testeze modele și metodele existente ale conceptului architectural. Preocupările în ceea ce privește conservarea mediului, protejarea resurselor naturale și a debitului poluării, i-a determinat pe arhitecți, proiectanți, ingineri și oameni de știință să se reîntoarcă la natură, să investigheze potențialul infinit. Reîntoarcerea la natură este văzută ca o tehnică care poate corecta problemele lumii. Această reîntoarcere către principiile și metodele naturii ridică o întrebare: ce poate să învețe arhitectura din biologie?

Biomimetica și bio-inspirațiile au furnizat metode noi de structură, de construcție și de limbaje formale pentru conceptul architectural. Aceste discipline prelucrează organismele întocmai ca mecanisme ce sunt înconjurate de poezia intrinsecă a științei. Poetica naturii și a științei a permis arhitecților să testeze limitele metodelor și modelelor de construcție existente, de structură, pentru a dezvolta un sistem care urmează principiile naturale. Aceste bio-disciplini furnizează modele de bio-sisteme care prezintă aplicații cu potențial de sisteme sensibile pentru arhitectură.

Biomimetica a influențat și a îmbogățit limbajul architectural al conceptului de laborator prin articularea morfologică a antropodelor. Mecanismele poetice și elementele externe ale scheletului antropodelor (3D forme geometrice dimensionale) au fost transpuse într-un aranjament complex de elemente și articulații tectonice suprapuse. Această articulație a formelor s-a dezvoltat într-o complexitate de componente organizate, care a devenit o nouă arhitectură a structurii scheletului extern.

Ideea scheletului extern se preocupă de materialul redundant în exces, o armură care protejează împotriva intemperiilor. Investigațiile curente au subliniat importanța redundanței materialelor, pentru a crea o structură care să testeze metodele extistente de inginerie. Complexitatea organizată derivată de la antropode a furnizat, nu doar un model structural și de contrucție pentru conceptul arhitectural, dar și un model neurologic în concordanță cu conceptul biofilic. Modelul neurologic măsoară nivelul de răspuns al oamenilor în interiorul unui mediu construit și natural. Acest model a arătat că interiorul mediului de lucru influențează productivitatea și creativitatea. Conceptul biofilic reprezintă tentativa de a decodifica logica prin care oamenii se asociază cu sistemele și procesele naturale. Complexitatea organizată, ce este inerentă în organismele biologice, s-a dovedit a fi un mijloc pentru stimulul visual care îmbunătățește gândirea critică și rezolvarea problemelor. Arhitectura bio-inspirată este preocupată cu generarea răspunsurilor interactive și comportamentale în relație cu elementele senzoriale și fizice, precum forma, lumina, spațiul, ventilația și mediul, pentru a schimba modul în care oamenii muncesc și interacționează.

Cercetarea diferitelor organisme a fost aplicată în arhitectură pentru a obține o sinergie între structură, suprafață și performanță. Prin studiul principiilor naturale și aplicarea lor în conceptul arhitectural, clădirile pot lua metafora “mașinii” și pot crea o entitate singulară sau un organism arhitectural ce încorporează forma, structura și performanța. Structurile antropode furnizează ideea de mecanism privind articulațiile picioarelor, articulațiilor segmentate, precum și aparatele de pliere a aripiilor. Aceste idei au fost animate de expresia mișcării cinetice, unde construcția a devenit un organism viu. Metafora organismului viu a transformat laboratorul arhitectural într-un specimen interactiv, care a fost folosit ca unealtă programatică pentru analiza specimenelor și materiei biologice, cât și pentru caracteristica de adaptare la condițiile terenului. Specimenele vegetale și nevertebrate au fost investigate pentru reacțiile biomecanice și de mediu. De la performanța sistemelor biologice au fost dezvoltate materiale analogice pentru a crea un simț arhitectural. Simțul material și arhitectural de laborator poate fi atins cu ajutorul sistemelor piezoelectrice, termoelectrice cât și fotovoltaice. Sistemele sensibile în arhitectură s-au dezvoltat prin relația dintre materialele construite "deștept" sau "inteligent" și aplicația funcțională în concept. Într-o lume ce devine rapid digitalizată, arhitecții se confruntă cu acest nou val de tehnologii cu potențial nelimitat, ce are abilitatea de a asigura energie, funcții transformative și abilitatea de a schimba proprietățile materialelor ca răspuns la stimuli externi.

Într-o lume ce devine din ce în ce mai digitalizată, percepția modului în care trăim, muncim și interacționăm, se schimbă. Arhitectura este o disciplină ce generează stiluri care reflectă propria eră, și se confruntă cu materialele "inteligente" ce îi deschid domeniul dincolo de modelele curente ale eficacității și capabilității. Tehnologia forțează oamenii să privească arhitectura într-o nouă lumină ce produce noi modele de a trăi, munci și interacționa în societate, precum și în mediu.

D'Arcy Thompson a scris că "natura își păstrează unele secrete mai mult decât altele; ea spune secretele curcubeului și ascunde secretele aurorii boreale." Natura divulgă constant noi secrete și descoperiri științifice proprii despre cum funcționează organismele. Investigarea în tărâmul nano a produs o serie de materiale emergente și tehnologii ce se află într-o continuă căutare de a îmbunătății materialele de construcție și procesele existente. Biomimetica și știința se îndreaptă spre dezvoltarea unei noi lumi arhitecturale.

"Ne modelăm clădirile și apoi clădirile ne modelează pe noi."

Winston Churchill

VII. Concluzii

Așa cum natura s-a perfecționat de-a lungul anilor, prin aproximări succesive, detașându-se de ceea ce nu este util și menținând ceea ce este folositor pentru necesitatea supraviețuirii, la fel a procedat și omul. Așa cum timpul a afectat conceptul natural, la fel a procedat și înțelegerea noastră asupra ecosistemului. Tsui susține că "dintre toate creaturile naturii, oamenii sunt cei mai puțin înzestrați de la natura cu un sens conceptual eficient și inteligent."

Acest argument adus de către Tsui a creat perspective insensibile față de existența umană. Pawlyn a precizat că "unele dintre cele mai remarcabile adaptări au avut loc ca răspuns la lipsurile existente sau la presiunile extreme" ceea ce sugerează că imboldul conceptului inovativ a apărut datorită resurselor insuficiente.

Cercetarea a dedus cu succes că umanitatea s-a dezvoltat preferând artificialul, mediul controlat de mașini, iar în consecință mediul natural a devenit un ecosistem intoxicat. Dar, consider că intrăm într-o eră ecologică și că biomimetica este concluzia logică pentru a se produce schimbarea de la încercarea de a cuceri natura, la încercarea de a o conserva. Se încearcă o reconciliere prin utilizarea principiilor biomimeticii, noi putem păstra multe lucruri minunate, pe care natura le-a creat, ca mai apoi să le adaptăm la conceptele noastre. Este important să ne uităm în istorie, deoarece aceasta arată că fiecare invenție, fiecare filosofie esențială, fiecare iluminare a inteligenței umane este înrădăcinată în una din "descoperirile" miraculoase ale colaborării cu natura. Yeang susține că oamenii concep și creează micro-sisteme de susținere a vieții, ceea ce leagă oamenii de Terra printr-un cordon ombilical, aproape duplicând anumite procese esențiale ale ecosistemelor tereste cu care odată erau familarizați.

Nu trebuie să ne concentrăm asupra cuvântului „dacă”, ci trebuie să ne îndreptăm atenția asupra ideii de „cum?”. Când arhitectura va fi înțeleasă ca unealtă universală, care este sensibilă scopului vieții și răspunde adecvat la toate necesitățile și efectele secundare asociate cu existența umană, doar atunci aceasta va atinge o îmbunătățire integrală și o imperceptabilitate de la armonia ce se află în lumea naturală.

Pentru a atinge acest scop, umanitatea va trebui, mai întâi, să recunoască și să înțeleagă legile care guvernează viața, să observe tiparele dezvoltării și să devină una cu ele. Resursele naturale sunt rare, ele fiind cele ce susțin viața pe Pământ, iar dacă sunt gestionate adecvat, natura ar putea arăta umanității care este planul vieții. Dacă oamenii reconstruiesc lumea naturală pe care au distrus-o, noi specii ar putea prospera, iar acestea ar putea prezenta noi idei și soluții pentru cei care transformă această lume.

Bibliografie:

”Biomimetics in architecture – architecture of life and buildings” – Petra Gruber, Springer Wien New York, 2011

” Mind and Nature, A Necessary Unity” – Gregory Bateson, Hampton Press, 2002

” Arhitectura bionică și bioclimatică” – Iuri S.Lebedev, Cosma Jurov, Tehnica, 1985

” Biomimicry ” – Ergys Peka, University of Lincoln, 2012

http://biomimicryinstitute.org/about-us/what-is-biomimicry.html

http://www.biomimetic-architecture.com/2012/ted-talk-janine-benyus/

http://www.architecture.com/Home.aspx

Homepage rev 3

http://www.designboom.com/contemporary/biomimicry.html

http://landarchs.com/biomimicry-intelligent-design/