Βιομιμητισμός (Biomimicry) – Μαθαίνοντας από τη φύση

/ / Αφιέρωμα του μήνα

Επιμέλεια: Κυριακή Πετρίδου, αρχιτέκτων μηχανικός, MSc

Ο όρος «Βιομιμητισμός» ή Βιομιμητική, προέρχεται από την αρχαία ελληνική: βίος (bios) και  τη λέξη μίμησις (mīmēsis) και αφορά στην μίμηση των μοντέλων, των συστημάτων και των στοιχείων της φύσης με σκοπό την επίλυση σύνθετων ανθρώπινων προβλημάτων. Η βιομιμητική είναι η πρακτική της εφαρμογής μαθημάτων από τη φύση στην εφεύρεση πιο υγιεινών, πιο βιώσιμων τεχνολογιών για τους ανθρώπους, μια προσέγγιση στην καινοτομία που επιδιώκει βιώσιμες λύσεις στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι, αντιγράφοντας τις διαδικασίες και τις στρατηγικές της φύσης.

Αν και οι άνθρωποι, έχοντας παρατηρήσει τη φύση, μιμούνται τον φυσικό κόσμο σε ότι σχεδιάζουν εδώ και αιώνες, η Τζανίν Μπένιους (Janine Benyus), συνιδρύτρια του Ινστιτούτου Βιομιμητικής έκανε πιο γνωστό τον όρο, όταν το 1997 δημοσίευσε το βιβλίο της «Βιομιμητισμός: Καινοτομία εμπνευσμένη από τη Φύση» (Biomimicry: Innovation Inspired by Nature). Η βιολόγος Μπένιους πιστεύει ότι η ανθρώπινη καινοτομία πρέπει να εμπνέεται από τη φύση, επειδή η φύση λειτουργεί αποτελεσματικά και με βιώσιμο τρόπο.

Πηγή εικόνας: challenge.biomimicry.org

Η φύση έχει επιλύσει προβλήματα μηχανικής, αυτο-θεραπευτικές ικανότητες, ανοχή περιβαλλοντικής έκθεσης και αντίσταση, αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν ήδη αναπτύξει τρόπους για να κρατιούνται ζεστοί, να δημιουργούν γερές κατασκευές, να φιλτράρουν το νερό μειώνοντας στο ελάχιστο τη χρήση ενέργειας και την παραγωγή απορριμμάτων. Εφαρμόζοντας τις στρατηγικές σχεδιασμού της φύσης, οι σχεδιαστές, οι επιστήμονες και οι ερευνητές μπορούν να αναπτύξουν λύσεις που προσαρμόζονται πραγματικά καλά στις ανάγκες μας.

Πηγή εικόνας: challenge.biomimicry.org

Η βιομιμητική μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους τομείς! Από την αρχιτεκτονική έως τη γεωργία, τη χημεία, τον αστικό σχεδιασμό, τα υλικά και ένα σωρό άλλα. Αντιγράφοντας τα σχέδια και τις διαδικασίες της φύσης, οι λάτρεις της καινοτομίας μπορούν να δημιουργήσουν πραγματικά βιώσιμες λύσεις που μπορούν να ενταχθούν αρμονικά στον φυσικό μας κόσμο.

  

ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ

Ακόμα και στο μακρινό παρελθόν, ο Βιομιμητισμός υπήρξε οδηγός για την ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής. Για παράδειγμα όταν ο Φίλιππο Μπρουνελέσκι (Filippo Brunelleschi), μελέτησε τα κελύφη των αυγών για να δημιουργήσει ένα λεπτότερο και ελαφρύτερο θόλο για τον καθεδρικό ναό του στη Φλωρεντία. Από την περασμένη δεκαετία όμως , ο Βιομιμητισμός έχει αναπτύξει ανθεκτικές ρίζες στα θεμέλια της αρχιτεκτονικής. Η μεγαλύτερη επιρροή του αφορά σε μικρές καινοτομίες, που έχουν όμως ευρύτατες εφαρμογές και συνέπειες.  Η δημιουργία αναπνεόντων μετάλλων, η αντιγραφή του τρόπου με τον οποίο τα ζώα δροσίζουν τα σπίτια τους και πολλές άλλες εφαρμογές, που βασίζονται σε βιολογικές λειτουργίες, χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο από τους αρχιτέκτονες και τους σχεδιαστές, εισάγοντας τις αρχές του βιομιμητισμού στην εργασία τους.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο αρχιτέκτονας Ντέιβιντ Μπέντζαμιν (David Benjamin), δημιουργεί δομές με μυκητιακό υλικό. Η κατασκευή Hy – Fi που παρουσίασε στη γκαλερί PS1 της MoMa στη Νέα Υόρκη, είναι ένας πειραματικός πύργος που κτίσθηκε αποκλειστικά με τούβλα κατασκευασμένα από μυκήλιο (το φυτικό μέρος του μύκητα), κάνναβη και στελέχη καλαμποκιού, τα οποία αναπτύσσονται φυσιολογικά σε σχήμα μέσα σε πέντε ημέρες. Ο Μπέντζαμιν τα βλέπει ως σημείο μετάβασης, μια περίπλοκη συγχώνευση βιολογίας και αρχιτεκτονικής: «Τα βιολογικά συστήματα έχουν εκπληκτικές ιδιότητες όπως προσαρμογή, αυτο-οργάνωση, αυτοθεραπεία και αναγέννηση. Φανταστείτε τα κτίρια μας να έχουν τις ίδιες ιδιότητες».

Η κατασκευή Hy – Fi, του Ντέιβιντ Μπέντζαμιν στη γκαλερί PS1 της MoMa στη Νέα Υόρκη. Πηγή εικόνας: thelivingnewyork.com

Ο Βιομιμητισμός ως εργαλείο για τη βιωσιμότητα, έχει γίνει βασικός παράγοντας στη διαδικασία σχεδιασμού σε μερικές από τις μεγαλύτερες αρχιτεκτονικές επιχειρήσεις στον κόσμο, όπως η Aedas στο Χονγκ Κονγκ. Όταν ζητήθηκε από την Aedas να σχεδιάσει ένα συγκρότημα μικτής χρήσης στην πόλη Νάντζιν (Nanjing) στην ανατολική Κίνα, που υποφέρει από σοβαρή ατμοσφαιρική ρύπανση, αποφάσισαν να μετατρέψουν το κεντρικό τμήμα του συγκροτήματος, έναν μεγάλο πύργο, σε μια συσκευή που καθαρίζει τη ρύπανση από τον αέρα, εμπνευσμένοι από τη φωτοσύνθεση. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοκαταλυτικός καθαρισμός και αποσυνθέτει τους ρύπους σε απλές ενώσεις, οι οποίες μπορούν να μετατραπούν σε οξυγόνο. Ο πύργος επιτελεί τη διεργασία αυτή μέσω επιφανειών επικαλυμμένων από διοξείδιο του τιτανίου.  Στο Χονγκ Κογκ (Hong Kong), εμπνευσμένη από τις λειχήνες, η Aedas σχεδίασε το Mongkok Residence  με φυτεμένους τοίχους για να βελτιώσει την ποιότητα του αέρα.

Το συγκρότημα στην πόλη Νάντζιν και το Mongkok Residence στο Χονγκ Κονγκ, έργα της Aedas.

Σύγχρονοι αρχιτέκτονες σχεδιάζουν πύργους εμπνευσμένους όχι μόνο από βιολογικές μορφές, αλλά και από φυσικές λειτουργίες. Ο Ζάιμινγκ Γι (Zhiming Ye), διευθύνων σύμβουλος του Πύργου Pearl River Tower στην πόλη  Γκουάντζου (Guangzhou), περιγράφει τον 71 ορόφων ουρανοξύστη, ως μια κατασκευή που επιτρέπει «στη φύση και τον άνθρωπο να συνυπάρξουν σε αρμονία». Για το σκοπό αυτό, ο πύργος συγκεντρώνει τον άνεμο μέσα από τέσσερα ανοίγματα στη νότια πρόσοψη του, προκειμένου να κινήσει στροβίλους παραγωγής ενέργειας κατακόρυφου άξονα. Ενώ το κτίριο δεν πληροί τα πρότυπα κτιρίου μηδενικής ενέργειας, κέρδισε το βραβείο LEED Platinum, ένα σπάνιο βραβείο για μια τέτοια τεράστια δομή.

Ο Πύργος Pearl River Tower στην πόλη Γκουάντζου της Κίνας. Πηγή εικόνας: architizer.com

ΕΥΑΙΣΘΗΤΑ ΚΤΙΡΙΑ

Ένα από τα βασικά στοιχεία του «βιομιμητικού σχεδιασμού» είναι η ανταπόκριση στα φυσικά στοιχεία. Για παράδειγμα, συστήματα αισθητήρων που μιμούνται τα μοντέλα επικοινωνίας των μελισσών, έχουν αναπτυχθεί για να ρυθμίζουν την κατανάλωση ενέργειας των οικιακών συσκευών, επιτρέποντας τους να εργάζονται πιο αποτελεσματικά στις ώρες αιχμής.

Η αρχιτέκτονας Ντόρις Σάνγκ (Doris Sung) στο Λος Άντζελες, έχει αναπτύξει ένα δομικό στρώμα θερμο-διμεταλλικών που «αναπνέει» για να θερμάνει ή να ψύξει ένα κτίριο. Η Σάνγκ που σπούδασε και βιολογία, αντιμετώπισε την κατασκευή του κτιριακού κελύφους σαν ανθρώπινο δέρμα. Η ιδέα της είναι εξαιρετικά απλή: τα λεπτά φύλλα από ψηφιακά κατασκευασμένο μέταλλο εκτείνονται και συστέλλονται ως ανταπόκριση στην ηλιακή ενέργεια, στρέφονται προς τα κάτω για να παρέχουν σκίαση στις ηλιόλουστες μέρες και καμπυλώνουν για να επιτρέπουν στο φως να περάσει  όταν είναι σκοτεινά. Μια παρόμοια διαδικασία δημιουργεί ανοίγματα για αερισμό τις ζεστές μέρες, ενώ διατηρεί ζεστό αέρα τις κρύες. Η Σάνγκ έθεσε τα υλικά σε λειτουργία στο Bloom, μια πειραματική εγκατάσταση στο Λος Άντζελες, και έχει σχεδιάσει ένα σπίτι επιστρωμένο σε θερμο-διμεταλλικά για έναν προγραμματιστή στην ηπειρωτική Κίνα.

Διάγραμμα που δείχνει πώς τα θερμο-διμεταλλικά υλικά ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα, όπως η αύξηση της Θερμοκρασίας. Πηγή εικόνας: cladglobal.com, creators.vice.com

Το κόστος είναι πραγματικά λογικό, αλλά πρέπει να ξεπεραστούν εμπόδια όπως η ασφάλεια και η εξασφάλιση των απαραίτητων εγκρίσεων. Επειδή τα μεταλλικά φύλλα είναι χαλαρά και κινητά, δεν είναι πιστοποιημένα για χρήση ως υλικά κατασκευής στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η απόκτηση της έγκρισης απαιτεί εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια για δοκιμές. Είναι μια ειρωνεία που δεν αποτελεί έκπληξη για τους αρχιτέκτονες: η καινοτομία των υλικών έχει προπορευθεί της καινοτομίας των νόμων. Χάρη στις ψηφιακές εφαρμογές, ποτέ δεν ήταν πιο εύκολο να μετατρέψουμε τα νέα σχέδια σε πραγματικότητα, αλλά η εφαρμογή αυτών των σχεδίων στην αρχιτεκτονική, απαιτεί μια παρόμοια προσέγγιση από τις ρυθμιστικές αρχές.

Οι ψηφιακές εφαρμογές έχουν ήδη ωθήσει τον βιομημιτισμό σε νέα σύνορα, αλλά η Μπένιους λέει ότι υπάρχει ακόμα πολύς δρόμος. «Με την εκτύπωση 3D, μπορούμε πραγματικά να μιμηθούμε τις δομές της ζωής, αλλά πρέπει να το κάνουμε σωστά και να χρησιμοποιήσουμε μια μικρή παλέτα υλικών. Στον φυσικό κόσμο υπάρχουν μόνο περίπου πέντε κοινά υλικά, χρησιμοποιούνται ξανά και ξανά, δεδομένης της λειτουργικότητας τους μέσω των δομών. Ένα προϊόν πρέπει να μπορεί να αποσυναρμολογηθεί στο τέλος της ζωής του. Θα πρέπει να είμαστε σε θέση να το επαναφέρουμε στις πρώτες ύλες του, τις οποίες θα ξαναχρησιμοποιήσουμε».

ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ

Ο βιομημιτισμός από μόνος του, δεν έχει τίποτα εγγενώς βιώσιμο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η διαδικασία, και όχι μόνο η υλική καινοτομία, είναι τόσο σημαντική. Λίγο μετά τη δημοσίευση του βιβλίου της για την Βιομιμητική, η Μπένιους προσεγγίσθηκε από εταιρείες, που ήθελαν να εφαρμόσουν τις ιδέες της σε ολόκληρο το σύστημα εργασίας τους. Ίδρυσε μια συμβουλευτική εταιρεία για να αντιμετωπίσει τη ζήτηση, μαζί με το μη κερδοσκοπικό Ινστιτούτο Βιομιμητικής, το οποίο προωθεί τις ιδέες της βιομιμητικής. «Έχουμε αναπτύξει μια μεθοδολογία που είναι αρκετά ισχυρή – εξετάζουμε τα φυσικά συστήματα και βγάζουμε από αυτά τις αρχές σχεδιασμού», λέει η Μπένιους και αποκαλεί τη μεθοδολογία αυτή «βιομιμητική θεώρηση».

Μια τέτοια θεώρηση θα μπορούσε να οδηγήσει στην επανεξέταση της ίδιας τη φύσης της αρχιτεκτονικής. Η αρχιτέκτονας Νέρι Όξμαν (Neri Oxman) έχει μιλήσει για την προώθηση ενός νέου είδους αρχιτεκτονικής βασισμένου σε φυσικές αρχές, όπως η ανάπτυξη πέρα ​​από τη συναρμολόγηση, η ενσωμάτωση πάνω από τον διαχωρισμό και η διαφορετικότητα αντί της επανάληψης, οι οποίες τώρα διευκολύνεται από τις τεχνολογίες ψηφιακής κατασκευής.

 

ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

Πώς τα ζώα δροσίζουν τον αέρα; Ρωτήστε τη φύση (Ask Nature). Αυτό είναι το όνομα μιας ιστοσελίδας που δημιουργήθηκε από το Ινστιτούτο Βιομιμητικής για να καταγράψει τις πολλές πηγές έμπνευσης για βιομιμητικά συστήματα και υλικά. Οι Κυνόμυες (εδαφόβιοι σκίουροι) αερίζουν τα υπόγεια λαγούμια τους δημιουργώντας δύο εισόδους σήραγγας, μία ψηλή και στενή, η άλλη φαρδιά και πιο ρηχή, η οποία βοηθά στην αναρρόφηση του ζεστού αέρα. Το Ask Nature προτείνει τη χρήση παρόμοιου συστήματος για ένα παθητικό σύστημα αερισμού στα κτίρια.

Αρχιτέκτονες, μηχανικοί και σχεδιαστές φαίνεται να ακούνε. Όλο και περισσότερα βιομιμητικά υλικά, χρησιμοποιούνται στις κατασκευές και βιομιμητικά συστήματα τίθενται σε λειτουργία. Το διοξείδιο του τιτανίου χρησιμοποιείται σε αυτοκαθαριζόμενα παράθυρα, καθώς και στους γυμνούς τσιμεντένιους τοίχους της εκθαμβωτικής εκκλησίας  Jubilee Church του Ρίτσαρντ Μέγιερ (Richard Meier) στη Ρώμη.

Στην Εκκλησία Jubilee Church του Ρίτσαρντ Μέγιερ (Richard Meier) στη Ρώμη, χρησιμοποιήθηκε αυτοκαθαριζόμενο τσιμέντο, εμπνευσμένο από τη φωτοσύνθεση. Πηγή εικόνας: cladglobal.com

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ αναπτύσσουν ένα βιονικό φύλλο που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε υδρογόνο, κάτι που θα μπορούσε να συμβάλει στην παροχή ενέργειας στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τελικά, στην παροχή ενέργειας σε ολόκληρα κτίρια. Στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ, το εργαστήριο Βιομιμητικών Υλικών προσπαθεί να δημιουργήσει μια συνθετική εκδοχή του μάργαρου, υλικό που σχηματίζει το εσωτερικό στρώμα μαλακίων και έχει τεράστια ανθεκτικότητα, που δεν συναντάται σε κανένα συνθετικό υλικό.

 

ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΑ ΤΟΠΟΣΗΜΑ

Μια κοινή εσφαλμένη αντίληψη στη βιομιμητική,  είναι ότι το προϊόν της πρέπει να μοιάζει με κάτι που βρίσκεται στη φύση. Συχνότερα όμως, η βιομιμητική είναι αόρατη. Η πρόταση του Γραφείου HOK για την Προεδρική Βιβλιοθήκη του Μπαράκ Ομπάμα, είναι ένα καλό παράδειγμα. Σχεδιάστηκε έτσι ώστε να μην διακρίνεται από το περιβάλλον, χάρη σε χαρακτηριστικά όπως η αποκατάσταση των οικοτόπων, η διαμόρφωση ενός αστικού αγροκτήματος και ο σχεδιασμός κατασκευών μηδενικού άνθρακα.

Πολλά από τα πιο τολμηρά παραδείγματα βιομιμητικής στην αρχιτεκτονική είναι πειραματικές εγκαταστάσεις, όπως το nonLin / Lin Pavilion του Marc Fornes, στην Ορλεάνη της Γαλλίας, που αποτελείται από διάτρητα φύλλα αλουμινίου, τα οποία μπορούν να συνδεθούν και να αναπαραχθούν απείρως.  Άλλα παραδείγματα προέρχονται από την παράδοση διαφόρων λαών: οι χωρικοί στην Ινδία χρησιμοποιούν τις ρίζες των δέντρων ινδοσύκης (banyan), για να δημιουργήσουν ζωντανές γέφυρες που γίνονται ισχυρότερες με το πέρασμα του χρόνου.

Το πιο διάσημο παράδειγμα ενός βιομιμητικού κτιρίου, είναι το μικτής χρήσης Eastgate Center στη Ζιμπάμπουε (ZImbabwe), σχεδιασμένο από τον αρχιτέκτονα Μικ Πιρς (Mick Pearce), σε συνεργασία με τους μηχανικούς της Τεχνικής Εταιρείας Arup. Το σύστημα αερισμού του βασίζεται στο σχεδιασμό της φωλιάς του αφρικανικού τερμίτη, με ανοιχτή αυλή και σειρά αγωγών που αντλούν αέρα μέσα στο κτίριο, ψύξης ή θέρμανσης ανάλογα με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της μάζας του κτιρίου και του εξωτερικού αέρα.

Το Eastgate Center στη Ζιμπάμπουε. Πηγή εικόνας: cladglobal.com

Ο διάλογος μεταξύ αρχιτεκτονικής και φύσης ήταν, είναι και θα συνεχίσει να είναι αυξανόμενος και να εξελίσσεται, λαμβάνοντας πολλές μορφές, προβλέψιμες ή μη, καθώς αποκτούμε μια βαθύτερη κατανόηση του κόσμου γύρω μας και του τρόπου με τον οποίο τα συστήματα του θα μπορούσαν να υιοθετηθούν, σε διαφορετικές κλίμακες και εφαρμογές. Ανυπομονούμε να δούμε τι επιφυλάσσει το μέλλον για την «βιομιμητική αρχιτεκτονική» που εμπνέεται από τη φύση.

 

  • Το Ινστιτούτο Βιομιμητικής είναι μια μη κερδοσκοπική οργάνωση με έδρα στη Μοντάνα των ΗΠΑ. Ιδρύθηκε το 2006 από την συγγραφέα Τζανίν Μπένιους, η οποία ειδικεύεται στις φυσικές επιστήμες. Έκτοτε, το Ινστιτούτο έχει αναπτύξει μια ευρεία γκάμα προγραμμάτων και δράσεων για την προώθηση,  την ενημέρωση και την έρευνα στον τομέα της βιομιμητικής. Επίσης, έχει δημιουργήσει το AskNature, μια δωρεάν, διαδικτυακή βάση δεδομένων πληροφοριών στην οποία μπορεί να ανατρέξει κανείς για να ενημερωθεί σχετικά με τη βιομιμητική.
  • Η Ένωση Βιομιμητισμού Έρευνα και Καινοτομία (Biomimicry Greece Research and Innovation Centre) ιδρύθηκε στην Ελλάδα το 2015, με πρόεδρο την Κλεοπάτρα Αλαμανταριώτου.

 

Πηγές:

http://www.cladglobal.com/architecture_design_features?codeid=29663

https://biomimicry.org

http://challenge.biomimicry.org

https://asknature.org

http://inhabitat.com/design/biomimicry/