Kaip biologinės sistemos įkvepia kurti tvarų dizainą

Kaip biologinės sistemos įkvepia kurti tvarų dizainą

Biologiškai įkvėptas dizainas, arba biomimikrija, vis labiau pripažįstamas kaip kūrybinis požiūris ir griežta mokslinė metodika, skirta spręsti tvarumo iššūkius statybos srityje. Pasak Aamer ir kt. (2020), biomimikrija leidžia dizaineriams peržengti paviršutinišką gamtos imitavimą ir pereiti prie gilesnio biologinių principų integravimo į pastatų eksploatacines savybes. Tai apima analizę, kaip organizmai prisitaiko prie savo aplinkos, valdo energijos, vandens ir medžiagų srautus, ir kaip jų vidinis elgesys gali įkvėpti sisteminius architektūrinius sprendimus.

Pagrindinė koncepcija yra uždaras medžiagų ir energijos srautas, stebimas ekosistemose. Miške vieno organizmo atliekos tampa maistu kitam; niekas nėra išmetama. Miestų dizaineriai pradeda taikyti šį modelį per cirkuliacines miestų sistemas, kuriose atliekos, vanduo ir energija yra perdirbami. Šis sisteminis mąstymas atspindi ekosistemų logiką ir remia atsparesnę miestų infrastruktūrą (Kennedy ir kt., 2015). Netgi organizmų struktūra daro įtaką dizainui. Pavyzdžiui, dėžutės žuvies forma įkvėpė aerodinaminių automobilių ir pastatų fasadų kūrimą dėl jos optimizuotos struktūros, mažinančios pasipriešinimą (Bar-Cohen, 2012). Šie pavyzdžiai iliustruoja, kad gamta teikia tiek funkcinius modelius, tiek dizaino principus, kurie gali tiesiogiai įtakoti tai, kaip mes formuosime ateities miestus.

Vienas iš svarbiausių pokyčių, kurį propaguoja naujausi tyrimai, yra perėjimas nuo gamtos formos imitavimo prie jos funkcijos ir elgesio supratimo bei atkartojimo. Aamer ir kt. (2020) pabrėžia šio perėjimo svarbą, atkreipdami dėmesį į spragą praeities architektūros praktikoje, kurioje dažnai buvo naudojama gamtos estetika, tačiau nepasiekiamas funkcinis tvarumas. Taikydami problemų sprendimu grindžiamą biomimetinį požiūrį, jie siūlo metodiką, kuri sutelkia dėmesį į pastatų elgesį, įskaitant energijos vartojimo efektyvumą, šiluminį komfortą, medžiagų savybes ir aplinkos reagavimą. Šis procesas prasideda nuo architektūrinių iššūkių identifikavimo ir sprendimų paieškos biologiniuose pavyzdžiuose, kurie evoliucionavo siekdami įveikti panašias sąlygas.

Jų tyrime aprašyta metodika apima biologinių sistemų modeliavimą eksperimentiniu abstrahavimu ir jų perkėlimą į architektūrinius prototipus. Ji apima tris biomimikrijos lygmenis: organizmo lygmenį (konkrečią formą ar funkciją), elgesio lygmenį (sąveiką su aplinka) ir ekosistemos lygmenį (sisteminės srautai ir santykiai). Ypač akcentuojamas elgesio lygis, nes jis leidžia pastatams prisitaikyti, panašiai kaip gyvi organizmai reguliuoja šilumą, drėgmę ar šviesą.

• Biomimikrijos dizaino lygiai

Biomimetinis dizainas gali būti taikomas skirtingais lygiais, priklausomai nuo to, kaip dizaineriai interpretuoja ir išskiria gamtos idėjas. Pagal Bader ir kt. (2021) bei Chayaamor-Heil (2023), biomimikrija veikia trimis pagrindiniais lygiais: organizmo, elgesio ir ekosistemos.

Organizmo lygmenyje tiesiogiai semiamasi įkvėpimo iš konkretaus augalo ar gyvūno. Tai gali apimti viso organizmo atkūrimą arba sutelkimąsi į tam tikrą struktūrinę ar funkcinę savybę, kuri gali būti pritaikyta dizaino uždaviniui. Elgesio lygmenyje dėmesys skiriamas tam, kaip gyvas organizmas sąveikauja su savo aplinka. Tai apima prisitaikymo veiksmų, pvz., kaip tam tikros rūšys reguliuoja temperatūrą, drėgmę ar judėjimą savo aplinkoje, tyrimą. Ekosistemos lygmenyje taikomas platesnis požiūris, remiantis principais, kurie leidžia ekosistemoms veikti efektyviai ir tvariai. Tai apima energijos ciklą, biologinę įvairovę, simbiotinius santykius ir atsparumą.

Biomimetinės interpretacijos tolesnis patobulinimas randamas Mirniazmandan ir Rahimianzarif (2017) darbe, kuriame siūlomi penki imitacijos pakopos: forma, medžiaga, konstrukcija, procesas ir funkcija. Tai leidžia dizaineriams išskirti konkrečius biologinių sistemų aspektus, kurie gali būti svarbūs statybinei aplinkai. Be to, Oguntona ir Aigbavboa (2023a) aprašo tris konceptualius požiūrius į darbą su biologine inspiracija: imitacija, emuliacija ir inspiracija. Šie aspektai apima tiek tiesioginį gamtos formų kopijavimą, tiek abstrakčių idėjų kūrimą ir jų kūrybišką pritaikymą dizaino problemoms spręsti.

Susijusi koncepcija, kuri remia perėjimą prie gamtą integruojančio dizaino, yra biofilija. Nors techniškai ji nėra klasifikuojama kaip bioįkvėptas dizainas, biofilinis dizainas skatina ryšį tarp žmonių ir gamtos pasaulio. Edward O. Wilson ir Stephen Kellert apibrėžta biofilija reiškia žmogui būdingą polinkį ieškoti ryšio su gamta. Ši koncepcija yra įsišaknijusi mūsų evoliucijos istorijoje ir biologinėje raidoje. Pasak Calabrese (2015), biofilinis dizainas siekia atkurti šį prarastą ryšį šiuolaikinėje aplinkoje, įtraukiant aplinkos ypatybes, gamtos formas, dienos šviesą, erdvės įvairovę ir vietos identitetą. Šios strategijos prisideda prie erdvės, kuri palaiko žmogaus gerovę kognityviniu, emociniu ir fiziniu lygmenimis, kūrimo.

Be biomimikrijos ir biofilijos, vis labiau domimasi gamtos pagrįstų sprendimų (NbS) ir gamtos įkvėptų sprendimų (NiS) skirtumu. Gamtos pagrįsti sprendimai paprastai yra susiję su gyvomis ekosistemomis ir remiasi jų nuolatinėmis ekologinėmis funkcijomis, kad būtų užtikrintas vandens valymas, anglies saugojimas ar klimato reguliavimas. Tuo tarpu gamtos įkvėpti sprendimai, įskaitant biomimikriją, yra kilę iš gamtos stebimų principų ir strategijų, tačiau jų veikimui nereikia veikiančių ekosistemų. Kaip nurodė IUCN (2020b), NiS reiškia novatoriškas sistemas, medžiagas ar procesus, suprojektuotus naudojant biologijos žinias, leidžiančias pritaikyti jas architektūroje ir inžinerijoje.

Taikydami biomimetinį dizainą, galime vertinti gamtą ne tik kaip grožio ar įkvėpimo šaltinį, bet ir kaip žinių bei inovacijų šaltinį. Perkeldami gamtos strategijas į architektūros sistemas, dizaineriai gali kurti regeneracinius, prisitaikančius ir atsparius pastatus bei infrastruktūrą. Toliau pateiktoje lentelėje pateikiami atrinkti biologinių sistemų pavyzdžiai ir atitinkami architektūros taikymo pavyzdžiai, kurie parodo, kaip biomimikrija ir toliau formuoja tvaraus dizaino ateitį.

1 lentelė – Biologinės sistemos ir jų architektūriniai pritaikymai

Norint visiškai suprasti biologinės įkvėpimo potencialą tvarioje architektūroje, būtina pereiti nuo teorinių principų prie realaus pasaulio pritaikymų. Biologiniai organizmai siūlo įvairias strategijas, sukurtas per milijonus metų adaptacijos, metodus, kurie gali tiesiogiai informuoti apie tai, kaip mes projektuojame, statome ir eksploatuojame urbanistines aplinkas. Biologinės imitacijos kontekste sėkmė slypi ne gamtos išvaizdos kopijavime, o jos funkcijų, elgesio ir sistemų perkėlimuose į žmogaus dizainą prasmingais ir išmatuojamais būdais.

Toliau pateikiami trys gerai ištirti biologiniai modeliai – termitų kupolai, lotoso lapai ir medžių/šaknų šakojimosi sistemos, kurie įkvėpė novatoriškus architektūros ir urbanistikos sprendimus. Šie pavyzdžiai iliustruoja, kaip biologinės strategijos buvo pritaikytos statybos sistemose, siekiant išspręsti tokias problemas kaip klimato kontrolė, vandens taupymas, savarankiškas priežiūra ir išteklių paskirstymas. Kiekvienas atvejis yra tiesiogiai susijęs su praktiniu pritaikymu ir pagrįstas moksliniais tyrimais.

Kartu su toliau pateikta lentele šie atvejų tyrimai sudaro pagrindą suprasti biologijos įkvėpto dizaino gilumą ir universalumą. Jie parodo, kaip mokantis iš gamtos „dizaino vadovėlio“ galima sukurti novatoriškesnę, atsparesnę ir tvaresnę žmogaus aplinką.