Kaip biologinės sistemos įkvepia kurti tvarų dizainą

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

Biologinis modelis	Gamtinė strategija	Architektūrinis/urbanistinis pritaikymas	Išspręsta problema	Šaltinis
Termitų kupolas	Pasyvus oro srautas reguliuoja vidaus temperatūrą	Eastgate Centre (Zimbabvė)	Energiją taupanti klimato kontrolė	Turner & Soar, 2008
Lotosų lapas	Mikro/nano tekstūra leidžia vandeniui ir nešvarumams nuriedėti	Savaime valomi langai, fasadai ir saulės kolektoriai	Mažesnės priežiūros išlaidos, vandens taupymas	Barthlott & Neinhuis, 1997; Koch et al., 2009
Kaktuso odelė	Ribotas ir vaškus paviršius nukreipia rasą ir riboja garavimą	Vandens surinkimo sienos ir dykumos architektūra	Vandens surinkimas ir išsaugojimas	Ju ir kt., 2012
Namibo dykumos vabalas	Hidrofiliniai ir hidrofobiniai raštai surenka drėgmę	Rūko surinkimo paviršiai ir stogai	Prieiga prie atmosferos vandens	Nørgaard ir kt., 2012
Vorų šilkas	Didelis tempiamasis stipris ir lankstumas	Lengvos įtempimo konstrukcijos, kompozitai	Medžiagų efektyvumas ir atsparumas	Fratzl ir Barth, 2009
Akinio struktūra	Geometrinis efektyvumas su minimaliu medžiagų kiekiu	Lengvos plokštės, modulinė konstrukcija	Stiprumas naudojant mažiau medžiagos	Vincent ir kt., 2006

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.