Многогранность природы биометрии

Содержание

Введение 3

БИОМИМИКРИЯ И ЕЕ МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЯВЛЕНИЯ 5

ЕСТЕСТВЕННЫЕ УКРЫТИЯ И ИХ БИОМИМЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСЛЯЦИЯ 9

БИОМИМЕТИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗДАНИЯ 12

РЕШЕНИЯ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ, ВДОХНОВЛЕННЫЕ БИОЛОГИЕЙ 18

МНОГОГРАННАЯ ОБЛАСТЬ БИОМИМИКРИИ 25

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА В ПРИРОДЕ 26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

Список использованных источников 31

Введение

Биомимикрия - это “инновации, вдохновленные природой”. Такое вдохновение от природы привело к росту во всех сферах человеческой жизни. Природа обладает сокровищем решений всех проблем, с которыми мы сталкиваемся как дизайнеры. Все, что нам нужно сделать, это найти эти ответы в природе и переосмыслить их в соответствии с нашими текущими задачами. Таким образом, биомимикрия - это не прямое подражание тому, что наблюдается в природе, а четкое понимание и вдумчивый перевод работы природы и ее ресурсов.

Устойчивое развитие является одной из наиболее широко обсуждаемых тем в современном контексте. В условиях, когда мир стремится к повышению энергоэффективности и оптимизации использования энергии в целях защиты природных ресурсов, устойчивое развитие играет важную роль в различных аспектах человеческой жизни. Таким образом, в архитектурном контексте важно, чтобы искусственная среда поддерживала природу благодаря экологически чувствительным проектам и строительству. Такие проекты могут быть заимствованы у природы и ее разнообразных форм жизни, которые на протяжении поколений эволюционировали, чтобы жить в гармонии с окружающей средой.

Биомимимикрия - это метод устойчивой архитектуры, который имитирует стратегии природы при проектировании зданий. Здесь мы пытаемся понять, как экологичность в архитектуре может быть вдохновлена природой и ее элементами.

Были проведены различные исследования, изучающие множество путей, по которым может пойти биомиметическая архитектура. Эти исследования учат нас, что традиционный подход к идее биомимикрии как простого поверхностного изучения природы, основанного на внешнем виде, нуждается в исправлении.

БИОМИМИКРИЯ И ЕЕ МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЯВЛЕНИЯ

‘Каждый дизайнер нуждается в вдохновении для своего дизайна, и лучшим источником этого вдохновения является природа". Общепризнанным фактом является то, что природа содержит в себе некоторые из самых ценных решений проблем, с которыми люди сталкиваются в настоящее время.

Природные существа и создания на протяжении многих лет эволюционировали, чтобы адаптироваться к своим условиям с учетом окружающей среды.

Как люди этой планеты, мы не имеем права нарушать законы природы и распоряжаться окружающей средой в соответствии с нашими потребностями и жадностью.

Нам нужно учиться у наших природных коллег тому, как строить в окружающей среде экологически устойчивым способом. ‘Характеристики, демонстрируемые природной системой, а именно эволюционирующие, адаптивные и устойчивые, - это те же самые характеристики, к которым мы стремимся в архитектуре".

Искусственные сооружения могут улучшить экологические системы, а не угрожать им. У природы есть множество ответов, которые помогут сделать это возможным, что привело к концепции биомиметической архитектуры.

‘Биомимикрия – это новая наука, которая изучает природные модели, а затем имитирует эти формы, процессы, системы и стратегии для устойчивого решения человеческих проблем’.

Процесс биомиметического исследования представляет собой тщательный, итеративный анализ, основанный на исследованиях, который требует моделирования и компьютерного изучения конкретных биологических особенностей для перевода в дизайн.

В зависимости от области исследования процесс изучения варьируется, что приводит к разработке сложной методологии решения проблем, ориентированной на конкретное решение.

Проектирование - это непрерывный процесс, состоящий из множества процедур, которые иногда возвращаются к своим начальным этапам.

Таким образом, биомиметический дизайн не относится к линейному развитию идей и прямой передаче информации от модели для подражания к задаче проектирования. Схема рабочего процесса состоит из подробного исследования и анализа вдохновения (вдохновений). Затем эти исследования обобщаются с использованием программного обеспечения для моделирования и моделирования, чтобы четко понять, как включить требуемые принципы в дизайн. Затем формируются соответствующие концепции и идеи, основанные на анализе и исследованиях, проведенных для разработки окончательного дизайна QFD (Quality Function Deployment) - это метод, используемый при проектировании продукта, чтобы свести обширный информационный ресурс, который находится перед нами, к горстке наиболее перспективных.

В биомимикрии с помощью этого метода можно провести сравнение, чтобы ограничить биологические ролевые модели несколькими избранными, чтобы максимизировать эффективность процесса проектирования. Таким образом, исследования, проведенные в этой области, объясняют, что методология биомимикрии глубоко проникает в детали вдохновляющих особенностей живых существ для успешной реализации в физическом мире архитектуры.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ УКРЫТИЯ И ИХ БИОМИМЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСЛЯЦИЯ

Каждый автор исследует тот аспект, который вызвал у него интерес к предмету. Диссертация на тему ‘Архитектура, вдохновленная природой" посвящена изучению убежищ нескольких существ из животного мира, пониманию основных технологий и структурных систем, используемых для строительства. Эти убежища представляют собой экологически чувствительные конструкции, которые реагируют на климатические условия вокруг, чтобы создать комфортные условия для жизни.

Исследование проводится в соответствии с определенной процедурой: определяются типологии видов в соответствии с их соответствующими характеристиками, и делается вывод о требованиях к строительству и необходимости строительства убежища. Проблемы, с которыми сталкиваются при строительстве, и их решения понятны. Эти решения, в основном касающиеся структурных и технологических аспектов их проектирования, анализируются для определения их возможностей для архитектурного совершенствования. Вдохновение также берется для эстетики здания и разработки форм.

Убежища были изучены в соответствии с их свойствами терморегуляции (контроль температуры в экстремальных климатических условиях), управления водоснабжением и дренажом (выживание в районах, подверженных сильным осадкам / наводнениям), вентиляционных систем (в закрытых помещениях, таких как подземные жилища) для климатически подходящих конструкций. Эти убежища соответствуют гнездам различных видов птиц, термитникам и так далее. Помимо климатически адаптивных свойств, укрытия также были изучены в соответствии с их структурными системами. Автор приводит примеры убежищ, которые являются решениями для самых разных ситуаций. Структурная и функциональная эффективность ячеек медовых сот учит нас идее оптимального использования ресурсов. ‘Все формы и структуры в природе управляются физическими законами, которые пытаются достичь максимальной эффективности за счет использования минимальной энергии". Точно так же методы плетения, завязывания и скручивания, используемые птицами для строительства гнезд, конструктивно очень совершенны. Пример бобровой плотины объясняет, как естественные убежища спроектированы так, чтобы противостоять силам природы, защищая при этом обитателей и обеспечивая их безопасность. Раковины, в которых обитают различные виды животных, всегда вдохновляли на строительство крупнопролетных кровельных конструкций.

За изучением естественных укрытий следуют тематические исследования, проведенные автором по существующим ‘вдохновленным природой’ сооружениям. Они основаны на переосмыслении естественных укрытий в соответствии с потребностями человека в климатическом комфорте, экономичном строительстве, конструктивных инновациях, требованиях к функциональности, энергоэффективности и ресурсоэффективности.

Климатический комфорт достигается в дизайне ‘Истгейт Билдинг, Хараре", который черпает вдохновение из структуры, ориентации и эффективной пассивной системы вентиляции термитников. Структурные инновации наблюдаются на стадионе ‘Птичье гнездо, Пекин", в котором используются идеи ткацких техник и климатически-адаптивная реакция материалов, используемых в качестве наполнителей в структуре гнезда. Проект ‘Эдем, Великобритания" состоит из биомов с каркасной структурой, вдохновленной рисунком, найденным в крыле dragon fly.

В качестве символического проявления биомиметической структурной системы "Храм Бахаи, Нью-Дели" демонстрирует усовершенствованную структуру раковины, вдохновленную цветком лотоса.

Формы и структуры, встречающиеся в природе, спроектированы очень эффективным образом. Они используют минимальное количество материала и обеспечивают максимальное пространство и прочность конструкции. Эти естественные формы и формы являются результатом адаптации к физическим силам в течение длительного периода времени, так что они очень эффективно реагируют на эти силы.

Структурные, функциональные и устойчивые аспекты природных убежищ нашли свое воплощение в области проектирования и строительства, служа различным целям. Дальнейшее изучение многих таких биологических организмов неизбежно приведет к решению других менее изученных аспектов архитектуры, особенно в отношении моделей поведения видов и их реакций на окружающую среду, которые не обязательно связаны с естественными убежищами.

БИОМИМЕТИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗДАНИЯ

Естественные виды эволюционируют, адаптируются и растут в соответствии со своим контекстуальным окружением. Им необходимо поддерживать определенный уровень производительности, чтобы их вид мог выжить в испытаниях временем.

Здания функционируют очень похожим образом. Как искусственные компоненты экологической системы, важно, чтобы здания поддерживали эффективную систему функционирования, чтобы оставаться жизненно важной частью застроенной среды.

Диссертация на тему ‘Биомимикрия: интеграция в архитектуру’ посвящена использованию биомимикрии для повышения прочности и стабильности застроенной среды.

С преобладающим акцентом на устойчивость, исследование исследует, как структурная стабильность естественных убежищ и свойства живых существ вдохновляют на экологически чистые решения проблем, с которыми сталкиваются в архитектурной сфере.

Биомимикрию можно разделить на три вида– копирование формы и формы, копирование процесса, такого как фотосинтез в листе, и копирование всей экосистемы, такой как строительство города, вдохновленного природой.

Автор объясняет эту стратегию обучения у природы в трех различных масштабах. Сложность поставленной задачи определяет источник вдохновения - "биологическую модель для подражания’ и масштаб ее сложности.

Изучение этих образцов для подражания помогает в разработке устойчивого подхода к проектированию зданий, поскольку природа уже разработала набор принципов, которые управляют выживанием всех ее видов. Объясняется, как процессы эволюции, адаптации и устойчивого роста проявляются в элементах природных экосистем.

Архитектура также относится к этим трем процессам как к части выживания и роста в окружающей среде, демонстрируя тем самым, как природные решения могут направлять архитектурный прогресс, чтобы жить в гармонии с природой.

Производительность здания в основном связана с его устойчивостью. Адаптивность к климатическим условиям и структурные инновации, повышающие устойчивость зданий, - вот некоторые из аспектов, которые берут начало со стратегий выживания, наблюдаемых в природе. “Выживает сильнейший” - это концепция эволюции природы.

Таким образом, черпание вдохновения у природы является эффективным способом анализа того, как построенная форма может выдержать испытания временем с точки зрения устойчивости и производительности.

Аналогичным образом, "ресурсоэффективность и оптимизация энергопотребления" - это две глобальные проблемы, которые были заблаговременно решены природными существами - растениями, животными и формами рельефа.

Использование идей природы понимается на разных уровнях: один основан на природных процессах и на том, как технологии могут улучшить наше изучение этих биологических принципов в сочетании с тщательным исследованием природных материалов и их состава, поскольку такие материалы кажутся очень энергоэффективными и экологичными.

Технологии изготовления должны быть изучены для включения в устойчивые производственные процессы в строительной промышленности.

Естественные укрытия всегда служат прекрасным примером того, как архитектура приспосабливается к климатическим и функциональным требованиям. 

Аспекты терморегуляции, управления водными ресурсами и дренажа, вентиляции и т.д. нашли свое решение в природе для включения в проектирование помещений, ограждающих конструкций и конструкций. В этой диссертации также рассматриваются естественные укрытия и их климатические характеристики, чтобы понять, как повысить устойчивость искусственных сооружений, не создавая угрозы для окружающей среды.

Исследование автора объясняет другие интерпретации биомимикрии как эстетической привлекательности и проектирования сооружений с биологическим вдохновением с точки зрения инженерных технологий и стабильного структурного дизайна, приводя примеры архитекторов Антонио Гауди и Сантьяго Калатравы.

Проведенные тематические исследования демонстрируют конструктивные инновации, свойства материалов, климат-контроль и дневное освещение во внутренних помещениях зданий, которые черпают вдохновение из природы.

Храм Святого Семейства работы Гауди представляет собой преобразование древесной коры в разветвленные колонны, которые организуются так, чтобы пропускать солнечный свет в пространство, подобно тому, как листья дерева ориентируются на солнечный свет для фотосинтеза. Этот пример демонстрирует, как простой аспект дневного освещения и структурная стабильность берут свое начало от естественных форм.

Биомиметические архитектурные решения нуждаются в поддержке со стороны различных областей для эффективного функционирования. ‘Теоретически устойчивое биомиметическое решение может оказаться практически невыполнимым, если требуемая технология строительства недоступна".

Этот вопрос вызывает озабоченность, когда речь заходит о биомимикрии. Инженерные технологии, вдохновленные биологией, нуждаются в дальнейшем развитии, которые используют возобновляемые источники энергии для производства строительных материалов и удовлетворения энергетических потребностей зданий, во многом таким же образом, как центры производства продуктов питания из растений - листьев, которые формируются по образцу золотого сечения, чтобы максимизировать солнечную энергию для осуществляющий фотосинтез.

Биомимикрия учит одному - необходимости понимания химии жизни и включения ее в архитектурный дизайн, поскольку материя в конечном счете состоит из химических элементов.

Главной целью биомиметической архитектуры в будущем должно быть проектирование зданий и повышение их эксплуатационных характеристик с положительным влиянием на выработку энергии и вклад в банк природных ресурсов: попытка дополнить природу. Он должен быть сосредоточен на производстве и поддержании природной энергии и ее ресурсов с помощью архитектурных вмешательств и адаптивного к климату дизайна. Этот аспект нуждается в дальнейшем изучении и изучении.

РЕШЕНИЯ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ, ВДОХНОВЛЕННЫЕ БИОЛОГИЕЙ

Биологические организмы, усовершенствованные и развитые естественным отбором в течение миллиардолетнего периода исследований и разработок, можно рассматривать как воплощение технологий, функций и систем, которые являются решениями проблемы выживания в природе. Во многом так же, как функционируют организмы, здания также должны применять устойчивые методы, чтобы они не наносили вреда окружающей среде. В нынешней ситуации, когда природные ресурсы истощаются с угрожающей скоростью, биомимикрия является лучшим решением, когда мы учимся отдавать природе от самой природы, а не отнимать у нее ее ценность. Это почти то же самое, что превратить искусственную среду в экосистему, где все созданные человеком методы работают по отношению к окружающей среде, или, скорее, создают банк природных ресурсов.

Биомимикрия использует экологический стандарт для оценки устойчивости наших инноваций. Представленные примеры биомиметической архитектуры служат отличным источником вдохновения для будущих разработок в этой области. "Башня из корнишонов" сэра Нормана Фостера черпает вдохновение в корзине с цветами Венеры.

Цилиндрическая форма, сужающаяся кверху, с гексагональной решетчатой структурой позволяет зданию эффективно справляться с ветровыми воздействиями, во многом так же, как организм, который выживает под водой благодаря сильным водным течениям с эффективным решетчатым покрытием и формой.

Решетчатая сеть башни образует легкие полки, вдохновленные волоконно-оптической сетью в решетке организма. Это один из способов биомиметического вдохновения, когда функциональность при схожих внешних условиях стимулирует дизайнерские идеи.

Автор приводит много таких примеров, которые следуют различным идеям биологической устойчивости в зависимости от конкретной ситуации. Water Cube, Пекин - отличный пример энергоэффективного проектирования, в котором используются свойства строительных материалов, чтобы сделать его устойчивым. На протяжении многих лет было исследовано множество примеров адаптивных к климату и чувствительных фасадов, обладающих естественными свойствами дышащей кожи, гигроскопии, фильтрации природных элементов, регулирования внутренней температуры и т.д. Масштаб исследования также распространяется на крупные городские районы, которые черпают вдохновение в экосистемах, что приводит к созданию сообществ, вдохновленных биологией.

Фактически, в соответствии с этим новым порядком устойчивости здания, уличные произведения искусства и другие искусственные сооружения будут функционировать подобно деревьям, лугам, флоре и фауне, улавливая, очищая и накапливая дождевую воду; преобразуя солнечный свет в энергию и углекислый газ в кислород; защищая почву от эрозии; распространяя саженцы; и устраняя отходы.

Исследователи повсюду ищут наилучшие решения, которые могут оказать положительное воздействие на природу, будь то на элементарном уровне отдельных компонентов здания или на уровне города с его разнообразными элементами.

МНОГОГРАННАЯ ОБЛАСТЬ БИОМИМИКРИИ

Книга ‘Биомиметические исследования в архитектуре и строительстве зданий’ описывает структурно-функциональные взаимосвязи в различных биологических организмах для включения в дизайн, который "вдохновлен биологией’. В нем исследуется множество путей в биомимикрии, которые имеют различные наборы решений, основанные на определенной проблеме. Исследования, описанные в книге, углубляются в понимание каждой детали биологического вдохновения и его особенностей, за которыми следует моделирование особенностей для дальнейшего абстрагирования и включения в дизайн.

Биологические организмы адаптируются в процессе эволюции путем мутаций, рекомбинации и отбора путем разработки многофункциональных и (само) адаптивных решений. Результатом является компромисс, удовлетворяющий частично противоречивым требованиям одновременно, как и требуется для успешного архитектурного проектирования.

Архитектурное проектирование - это субъективная тема, имеющая бесконечные возможности для совершенствования с учетом полученных результатов. Живые организмы эволюционируют и приспосабливаются к окружающей среде, эффективно используя доступные ресурсы для улучшения своих характеристик и обеспечения своего выживания с течением времени. Такие качества, как многофункциональность, структурная иерархия и адаптивность, были основными источниками биологического вдохновения, а процесс эволюции живых организмов вдохновил на ресурсосберегающий устойчивый подход к дизайну.

Книпперс (2016) выдвинула ряд вопросов, связанных с процессом абстрагирования, вдохновленного биологией, для устойчивого решения. Компьютерное моделирование биологических вдохновений углубляет морфологическое понимание и сделанные наблюдения, делая возможной обратную биомимикрию, то есть способ, с помощью которого биомиметические исследования помогают в продвинутой биологии, в дополнение к успешной передаче идей в технологии и дизайн. Биомимикрия имеет дело с "масштабной трансформацией" в случае естественных вдохновляющих свойств, таких как адаптивность, структурная иерархия и надежность, в дизайн и технологию зданий. В основном все большее внимание уделяется устойчивым решениям в архитектуре, абстрагированным от природных элементов, с основным акцентом на эффективность использования ресурсов, рациональное использование строительных материалов, минимальное образование отходов и так далее.

Как современные методы МКЭ, фокусирующиеся на отдельных явлениях, могут быть интегрированы в многофункциональное моделирование, охватывающее взаимную зависимость различных функций одновременно? Как можно проанализировать взаимодействие между масштабами иерархически структурированных материалов и использовать его для разработки новых строительных материалов? Как здания могут адаптироваться и реагировать на изменяющиеся условия окружающей среды так же успешно, как это делают естественные сооружения? Как можно использовать вычислительные технологии для переноса принципов проектирования и строительства из природы в архитектуру и наоборот? (Книпперс, 2016, стр.10)

Книпперс (2016) объясняет ограничения сужения биомиметического исследования, сосредоточив внимание на конкретных аспектах организмов, вместо того, чтобы рассматривать взаимозависимость всех его особенностей и их взаимосвязь с внешней средой.

Организм эволюционирует с течением времени, рассчитанный на то, чтобы постепенно устойчиво выдерживать испытания временем, и поэтому не демонстрирует оптимальных характеристик своих индивидуальных особенностей. Это следует понимать при абстрагировании и моделировании его функций для эффективного включения в надежный архитектурный проект.

Дизайн, вдохновленный биологией, - это широкая область исследований, в которой участвуют биологи, инженеры, архитекторы, эксперты по программному обеспечению и так далее. Автор классифицирует дизайн, вдохновленный биологией, на четыре подтемы, одной из которых является биомиметика. "Легкие конструкции являются важным элементом архитектуры, вдохновленной биологией

Конструкции’ (Бартлотт et.al 2016, с.26). Важное значение придается легким конструкциям как преобладающему устойчивому биомиметическому подходу в архитектуре. Цитируя Фрея Отто как великого пионера в области растягивающихся кровель, вдохновленных биологией, мы описываем различные возможности изучения крупнопролетных легких конструкций, таких как каркасные конструкции, растяжимые ткани, геодезические купола и т.д., изучая принципы биологических конструкций в организмах.

Другим новаторским институтом биомимикрии является Университет Штутгарта, который использует технологию, которая фокусируется на детальном биомиметическом исследовании для преобразования в легкую модульную конструкцию с использованием нетрадиционных технологий изготовления и строительства.

Ухватившись за основную идею биомиметической архитектуры, пример Храма Святого Семейства не совсем классифицируется как биомимикрия, поскольку он преимущественно фокусируется на декоративных элементах, вдохновленных природой. Это говорит нам о том, что тема биомиметики выходит далеко за рамки поверхностного понимания имитации естественных форм для эстетики и украшения.

Вклад авторов в книгу сосредоточен на различных биологических организмах и их интересных особенностях, которые могут быть включены в дизайн. Изучение насекомых представляет особый интерес из-за их легкого экзоскелета и его структурной конфигурации. ‘Основными областями технологий, в которых могут быть применены решения проблем насекомых, являются следующие:

(1) новые материалы,

(2) конструкции,

(3) поверхности,

(4) клеи и технологии склеивания,

(5) оптика и фотоника" (С.Н. Горб и Е.В. Горб, 2016, стр.57).

Например, исследовательский павильон ICD / ITKE (2013-2014) черпает вдохновение в пористом, но структурно жестком экзоскелете картофельного жука.

Благодаря уникальной конфигурации хитиновых волокон, расположенных вокруг пор, экзоскелет представляет собой легкую конструкцию, построенную на основе стабильной конфигурации гексагональных двухслойных компонентов, усиленных для прочности углеродным волокном.

Такой подход к биомимикрии, включающий компьютерное моделирование и анализ, углубляет понимание биологического вдохновения, тем самым также помогая в обратной биомиметике.

Строительные строительные материалы могут улучшить свои свойства с помощью биомиметических исследований, что также приводит к разработке новых материалов и решений.

Морозостойкие растения вдохновляют строительные материалы противостоять изменению фазы воды, присутствующей в их порах, что приводит к повреждению из-за повторяющихся циклов замораживания и оттаивания в условиях внешней среды.

‘Иерархическое структурирование коры гигантской секвойи, таким образом, представляет собой многообещающую модель для подражания для перехода к распределенным техническим демпфирующим конструкциям, рассеивающим энергию, с иерархическим внутренним структурированием’.

Такие натуральные материалы способствуют биомиметическому переносу, например, в армированный волокнами легкий бетон.

Функционально-сортированный бетон используется за его изоляционные свойства, малый вес, вариации внутренней пористости, которые позволяют достичь требуемой прочности при минимальных энергозатратах при производстве (с минимальным расходом материала и меньшим поперечным сечением).

Таким образом, легкий, профилированный, армированный волокнами бетон может быть разработан с учетом природных источников вдохновения, таких как древесная кора и шипы морских ежей, чтобы обеспечить максимальное поглощение энергии при ударах, тем самым увеличивая срок службы конструкции в дополнение к экономии материалов.

Многие разработки в современной архитектуре и строительных технологиях направлены на создание адаптивных систем, которые приспосабливают свою геометрию к изменяющимся условиям внешней среды или требованиям внутреннего комфорта. Их общая цель - внести вклад в более устойчивую архитектуру за счет адаптивности.

Этот аспект биомиметического архитектурного исследования адаптивной жесткости и кинематики очень интересен с точки зрения устойчивого развития архитектурных систем фасадов. Авторы рассматривают перспективы использования механизмов без шарниров на заводах, способствующих снижению механической сложности адаптивных механизмов перемещения в строительных технологиях.

Эта функция обеспечивается бесшарнирными или совместимыми механизмами. В идеале эти системы проявляют гибкость во время движения и при необходимости развивают повышенную жесткость и прочность.

Таким образом, они способны непрерывно адаптироваться к различным геометрическим конфигурациям за счет упругой деформации и разрешать потенциальные конфликты, связанные с переносом внешних нагрузок, в основном собственного веса и ветра.

Растения и животные разработали множество линейных систем, способных регулировать их жесткость и достигать деформаций без необходимости в классических инженерных соединениях.

Техника уступчивых механизмов включает взаимодействие с водой на клеточном уровне, что приводит к адаптивной жесткости биологического материала.

Целью биомиметической архитектуры является разработка надежных систем, которые демонстрируют адаптивность к непредсказуемым условиям окружающей среды за счет придания им жесткости и формы. Такой подход может вдохновить на устойчивые решения для строительных конструкций и ограждающих конструкций.

Одним из примеров такого продолжающегося исследования является механизм ‘FlectoFold’, разработанный студентами в Штутгартском университете. Это абстрагирует механизм движения плотоядных растений, таких как ловушка для мух Venus, для преобразования в кинематические энергоэффективные солнцезащитные фасадные системы. В нем используются легкие механизмы без шарниров для перемещения компонентов, основанные на приведении в действие жесткого среднего ребра компонента, что приводит к сближению или раздвиганию двух створок в зависимости от внешних условий. ‘FlectoFin’ - это еще один исследовательский продукт, вдохновленный механизмом открывания цветка Райской птицы.

Важным вопросом для количественного понимания и описания этих движений, а также для перехода к техническим решениям, вдохновленным биологией, является разъяснение моделей движения и принципов приведения в действие и их взаимодействия со структурной настройкой механизма, поскольку геометрические характеристики и параметры материала неразрывно связаны и аналогичным образом влияют на поведение при движении податливого механизма.

Для изучения таких подробных связей между конфигурациями материалов, геометрическими свойствами и механизмами движения необходимы надлежащий анализ, абстракция и моделирование с использованием подходящих вычислительных методов.

Биомимикрия исследует возможности легкой конструкции с высокой несущей способностью конструкции. Такое исследование изучает новые материалы и их возможности.

Армированные волокнами пластмассы играют важную роль в случае конструкций с определенными требованиями к механическим свойствам. ‘FRP обладают такими преимуществами, как, например, высокая жесткость и прочность, связанные с весом, а также высокая усталостная прочность при динамических нагрузках’.

В главе рассказывается об исследованиях, проводимых с учетом разветвленных колонн заполненных бетоном корпусов из стеклопластика, вдохновленных биологическими видами растений, с основным акцентом на повышение несущей способности и снижение напряжений в точках разветвления. Подобное вдохновение от разновидностей корнеплодов и их устойчивости к воздействию собственного веса и сил ветра, действующих на них, может помочь в разработке новых систем крепления в строительстве зданий.

Каркасные конструкции всегда служили источником вдохновения в области архитектуры благодаря своим качествам легкости, структурной устойчивости и эстетичности.

Авторы объясняют необходимость понимания "морфо-пространств", или структурных конфигураций биологических ролевых моделей, как метода оптимизации структуры скелета. Для облегчения оптимизации структур оболочек были разработаны алгоритмы эволюционной оптимизации для выполнения компьютерного моделирования. Оболочечные конструкции обладают высоким потенциалом для развития благодаря правильному пониманию сегментированных оболочек, состоящих из сборных блоков, которые могут вести себя как монолитные оболочки. Важно разработать подходящий способ соединения между элементами, который не влияет на прочность оболочки.

Примерами исследований и разработок в этой области являются павильоны ICD / ITKE (2011 и 2015) и выставочный зал, вдохновленные сегментированными скелетными структурами морских ежей и песчаных долларов. Другими подобными подходами к строительству, основанному на использовании раковин, являются проводимые исследования процесса образования раковин у наземных улиток для разработки самонесущих и легких ограждающих конструкций.

Приводя примеры разнообразных исследований, возможных в рамках биомимикрии, книга также рассказывает об ограничениях, которые возникают в случае таких междисциплинарных подходов с помощью биомимикрии.

Основными проблемами в этом междисциплинарном подходе, то есть в переносе биологических принципов на строительные конструктивные элементы, являются масштабирование (разные размеры) и (по крайней мере, для ботанических примеров) тот факт, что разные классы материалов составляют структурную основу для интересующих функций. Поэтому требуется математическое описание механических свойств и масштабируемости, применимое как для биологических, так и для технических материалов.

Поскольку замечено, что увеличенные элементы имеют меньшую прочность по сравнению с их меньшими аналогами, таким образом, делается вывод, что в природе существуют некоторые модификации для решения проблемы, и это необходимо включить в сферу биомимикрии, а также обратной биомимикрии.

‘Биологическая эволюция способствует морфологическому разнообразию через генетические вариации и приводит к высокому уровню адаптации, производительности и эффективности использования ресурсов’. Как обсуждалось ранее, биологическая эволюция является важным предметом биомимикрии.

Традиционный подход к процессу архитектурного проектирования заключается в ограничении пространства решений в рамках уже существующих идеологических концепций дизайна, основанных на типологии, которые были адаптированы на протяжении многих лет. Биологическая эволюция, таким образом, служит источником вдохновения для нового подхода к методологии решения проблем, черпая вдохновение для исследования дизайна из открытых эволюционных процессов проектирования, распространенных в природе.

Речь идет о расширении существующей базы знаний решений в направлении неисследованных регионов. Таким образом, биомиметическая архитектура - это не только результат, но и процесс проектирования, который берет пример с природы, лучшего учителя в мире.

Генетические алгоритмы (GA) были введены в 1970-х годах Джоном Х. Холландом как попытка продемонстрировать и объяснить адаптивные процессы, обнаруженные в естественных системах, и как подход к созданию искусственных систем, которые демонстрируют адаптивные характеристики, аналогичные их естественным аналогам.

Эти вычисления или алгоритмы используются в биомимикрии для описания процессов решения проблем, распространенных в природе, а также для анализа и внедрения их в проблемную область в рамках аналогичного подхода. Таким образом, эволюция и вычислительный дизайн действительно играют ключевую роль в архитектуре для изучения новых и уникальных возможностей в существующих методах решения проблем.

Эти алгоритмы помогают в настройке ‘критериев пригодности’ путем количественной оценки требуемых параметров производительности, таких как освещение, акустика и т.д., чтобы направлять эволюцию решений. Это объясняет различные подходы биомимикрии - один ориентирован на конечный результат, в то время как другой связан с процессом решения проблем, чтобы прийти к наилучшему оптимальному решению (наиболее подходящему решению). ‘Таким образом, в архитектуре эволюционные процессы более актуальны как исследовательские процессы, чем как инструменты оптимизации’.

Ограничения на вычислительное программирование и алгоритмы существуют вместо ограниченного пространства поиска. Чрезмерно увеличенное количество параметров и предоставление минимальных параметров имеют свои недостатки.

Таким образом, существует необходимость в эволюции эволюционных алгоритмов с течением времени, иначе они не смогут генерировать уникальные дизайнерские идеи. Вычислительное программирование должно постепенно усложняться для дальнейшего совершенствования решений задач проектирования.

Технологии изготовления при строительстве зданий имеют первостепенное значение. Внедрение устойчивых производственных процедур может привести к созданию эффективных свойств и конструкций материалов.

Основным условием для дальнейшего развития таких производственных процедур является возможность изготовления сложных конструкций, основанных на биологических стратегиях, касающихся потребления ресурсов и энергии, образования отходов и выбросов парниковых газов.

Таким образом, природа может вдохновить на разработку энергоэффективных методов производства для биомиметического переноса. Производство биомиметических продуктов включает в себя сложную геометрию и изучение поведения используемых материалов.

Производство строительных компонентов с малым весом, высокой производительностью (пластичность и прочность в сочетании), пригодных для климатических условий с точки зрения теплоизоляции, морозостойкости и влагостойкости, вдохновлено легкими, пористыми и профилированными структурами биологических систем.

Био-вдохновленный "функционально-сортированный бетон" - это область исследований с разработками в области легких, многофункциональных, структурно- и термоадаптивных свойств материалов. Важное значение придается изучению материалов, армированных натуральными волокнами, и ориентации волокон в организмах для включения в прочную, легкую и стабильную конструкцию.

Натуральные материалы, армированные волокнами, также вдохновляют на разработку адаптивных строительных элементов. ‘Таким образом, для изготовления биоинспирированных структур необходимо учитывать взаимозависимости между методами проектирования, свойствами материалов и методами изготовления, чтобы воспроизвести такое распределение материалов и конструкций’.

Возвращаясь к ключевому слову ‘устойчивость’, концепция ‘биологической устойчивости’ - это новый подход к идее. Устойчивость означает гармонию между социальными, экономическими и экологическими аспектами человеческой жизни.

Стратегии устойчивого архитектурного развития включают в себя материальную и энергетическую эффективность технических решений и согласованность (объединение экологических, социальных и экологических аспектов вместе) в решениях. В нынешних обстоятельствах ‘устойчивость’ дополняет устойчивость для защиты будущего экосистемы. ‘Учиться у природы связано с надеждой извлечь уроки из биологических решений, которые кажутся эволюционно оптимизированными, экологически адаптированными и с низким риском".

Особое внимание уделяется явной передаче устойчивых стратегий с помощью биомимикрии, а не вере в неявную устойчивую природу биомимикрии.

Решения, вдохновленные биологией, необходимо оценивать на предмет уровня устойчивости, который они обеспечивают, и того, как эти решения могут быть сделаны более устойчивыми с помощью вмешательства человека. ‘Следовательно, неявная передача био-вдохновения в целях устойчивого развития усиливается целенаправленной передачей и "приверженностью био-вдохновения" к созданию как устойчивых, так и био-вдохновленных инноваций".

Книга завершается главой, посвященной макромасштабному пониманию биомиметических архитектурных приложений, с акцентом на перспективы параметризма. Это касается современных тенденций городского планирования.

Принятие существующей природы смешанного, незапланированного роста и улучшение его с помощью архитектурной артикуляции может способствовать развитию городов и их росту без необходимости возвращаться к упорядоченной организации и монотонному единообразию городских центров эпохи модерна.

Сходство между возможным методом построения модели роста городов, основанным на взаимосвязанных идеях нескольких градостроителей и архитекторов, и функционированием экосистемы демонстрирует пример биомимикрии макроуровня, который, как объясняет автор, достижим только с помощью параметризма.

Только параметризм способен сочетать увеличение сложности с одновременным увеличением порядка с помощью принципов законной дифференциации и мультисистемной корреляции. Только параметризм может преодолеть визуальный хаос и одинаковость белого шума, которые повсюду порождает урбанизация с невмешательством.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА В ПРИРОДЕ

В статье "Закономерности роста - биомиметика и архитектурный дизайн" (Грубер и Имхоф, 2017) основное внимание уделяется сфере применения биомиметического дизайна в архитектуре, черпая вдохновение из процессов роста природных существ для инновационных идей и дизайнерских решений, В основном нацеленных на адаптивность, эффективность использования ресурсов и т. д.

Рост, как одна из важных характеристик живых организмов, используется в качестве основы для исследования систем и принципов, которые должны обеспечивать инновационные и устойчивые решения в архитектуре и искусстве.

Устойчивый подход к биомиметическому дизайну, по мнению авторов, достижим путем придания дизайну жизнеподобных качеств. ‘Если бы здание можно было использовать в течение всего процесса строительства, тогда оно могло бы быть похоже на растение; родилось бы саморастущее здание’ (Грубер и Имхоф, стр.2).

Авторы не одобряют существующие строительные системы и стратегии, которые более или менее кажутся неустойчивыми и недружелюбными к их контекстуальному окружению.

Таким образом, ‘Рост’ в природе может вдохновлять саморазвивающиеся структуры, которые не представляют угрозы для окружающей среды. Вдохновленные природой, где рост адаптируется к параметрам окружающей среды, могут быть построены высокоэластичные архитектурные сооружения, которые адаптируются к окружающей среде. Другие аспекты биологического роста ориентированы на устойчивые процессы, функциональность, структурную иерархию и эффективность.

Взят пример слизевика, который имеет оптимизированные схемы циркуляции с большой способностью исследовать окружающую среду, в основном в соответствии с питательными веществами, светом, водой и т.д. Такая модель роста обеспечивает эффективную пространственную организацию, которая может вдохновить процесс строительства здания. ‘Его возможности приводят исследователей к предположению, что эти пространственно-сетчатые сети, образованные слизевиком, делают его соавтором концепций дизайна" (Грубер и Имхоф, стр. 15).

Другое вдохновение взято из биологических моделей роста в мицелии, который питается различными материалами и создает взаимосвязи, которые преобразует его свойства. Авторы провели исследование по превращению строительных отходов в ценные материалы путем обработки с участием мицелия.

Таким образом, проведенные исследования показывают еще один аспект биомиметического подхода к дизайну. ‘Описательная информация из наук о жизни резко контрастирует с конкретными функциональными интересами со стороны дизайна’ (Грубер и Имхоф, стр.14).

Информация, которая в целом изучена в отношении биологических организмов и их функций, может оказаться недостаточно полезной, когда дело доходит до биомиметического проектирования. Таким образом, существует необходимость в специализированных исследованиях, ориентированных на биомимикрию, и передаче знаний в архитектурное приложение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Биомиметическая архитектура - это обширная область исследований с многочисленными ответвлениями и подразделениями, которые изучают различные аспекты биологических моделей для подражания. Процедура, ориентированная на исследования, анализ, абстрагирование, моделирование и перевод в архитектуру и связанные с ней технологии включают в себя детальное исследование рассматриваемого организма, разработку вычислительного программного обеспечения и алгоритмов для абстрагирования и моделирования и, наконец, перевод в конструкцию с учетом масштаба функциональности.

Устойчивое развитие стало неизбежной частью человеческой деятельности. Как члены экосистемы, наша деятельность должна быть направлена на сохранение природы и ее ресурсов. Вдохновленные биологией исследования, проведенные над адаптивными архитектурными системами легкой кровли и фасадов, вдохновляют на разработку устойчивого биомиметического подхода за счет разумного использования ресурсов и перехода к новым, экологически чистым материалам, вдохновленным биологией. Исследовательские павильоны ICD / ITKE являются отличным источником вдохновения для создания инновационных биомиметических конструкций, моделирования, изготовления и эффективного использования материалов и ресурсов.

Масштабы биомимикрии огромны. Будучи относительно новой областью, требуется время для полной реализации небольших исследований, проводимых по всему миру. Общеизвестно, что "природа - наш лучший учитель", и, таким образом, устойчивый подход, вдохновленный природой, может привести к замечательным решениям, которые никогда раньше не создавались. Биомимикрия требует помощи в детальном лабораторном исследовании ‘биологических ролевых моделей’ и эффективных программ моделирования для абстракции. Технологии изготовления и конструирования также могут черпать вдохновение в биологических организмах для создания устойчивого дизайнерского решения. Основное внимание должно быть уделено жизнеспособным, инновационным идеям, которые совместно создают застроенное пространство будущего.

Список использованных источников

Грубер П.; Имхоф Б. Закономерности роста—биомиметика и архитектурный дизайн. Здания - 2017, 7, 32.

Ханделвал, А. 2012. Архитектура, вдохновленная природой. Магистерская диссертация. Школа планирования и архитектуры, Нью-Дели

Рао, Р. 2014. Биомимикрия в архитектуре. Международный журнал перспективных исследований в области гражданского, строительного, экологического и инфраструктурного проектирования и разработки1 (3), стр. 101-107.

Верма, С. 2016. Биомимикрия- интеграция в архитектуру. Магистерская диссертация. Школа планирования и архитектуры, Нью-Дели