معماری بیونیک
شهلا شیرازی نیا و سیاوش رشیدی شریف آباد
دانلود مقاله به شکل کامل (رمز فایل : parametric3d.com)
در سال های اخیر الهام و استعاره از طبیعت وارد حوزه معماری نیز گردیده است تا دغدغه رسیدن به یک معماری کامل را هموار سازد. آنچه امروز به نام معماری بیونیک یا معماری بایونیک خوانده می شود ما حاصل تلاش معمارانی است که با نگرش جدید به معماری و سازه در غالب های طبیعی سعی در برطرف ساختن نقص ها و خطاهای انسانی در امر ساخت و ساز دارند. با توجه به بحران انرژی و منابع طبیعی، معماران در تلاشی اند با نگرشی جدید به معماری و سازه در غالب علم بیونیک راه حلی برای بیرون رفت از این بحران و حفظ انرژی پیدا نمایند. رهاورد این آموخته ها معماری بیونیک می باشد. هدف معماری بیونیک رسیدن به یک نوع معماری متعارف با اصولی معماری پایدار و هماهنگ با طبیعت می باشد. الگو برداری هوشیارانه نمونه ها و مکانیزم ها از ارگانیزم های طبیعی یک بخشی از بیونیک است که در ان طبیت به عنوان یک پایگاه از راه حل هایی که کارایی ان ها تایید شده است مورد استفاده قرار می گیرد .
الگوگیری از ساختار تهویه لانه ی موریانه ها در طراحی ساختمان Eastgate centre Zimbabwe
از گذشته های بسیار دور، بشر در رابطه ای تنگاتنگ با طبیعت به سر می برده و این پدیده راهنمای بسیار خوبی برای طراحان بوده است. مدل ماشین پرواز داوینچی با الهام از بال خفاشی، ساخت زیر دریایی با تاثیر از بدن دلفین ها، سقف شیشه ای کریستال پالاس، با الهام از نیلوفر آبی، فرم صدف گون سقف کلیسای رونشان، سقف تار عنکبوتی نمایشگاه مونترال و … همه و همه نمونه هایی از شمار اثاری است که با ایده گرفتن از عناصر طبیعی در دو نوع فرمالی و سازه ای طراحی شده اند
ساختمان Crystal Palace از اولین نمونه های الگوگیری از طبیعت در معماری و سازه
بنابراین الهام گرفتن از طبیعت در تکنولوژی و معماری سابقه ای طولانی دارد اما پس از ابداع واژگانی مانند بیونیک و بایومیمتیک، مطالعه بر روی حوزه های مشترک بین معماری و طبیعت شکل منسجم تری به خود گرفت. جری اس لیدوف در سال ۱۹۷۷ کتابی را تحت عنوان معماری و بایونیک در روسیه منتشر کرد. وی در این کتاب به پیشرفت های معماری پس از جنگ جهانی دوم می پردازد. تفاسیر شخصی او از الگوهای طبیعی در این کتاب تا حدودی خام است و طرح های منتشر شده در کتاب قدیمی تر از تاریخ انتشار ان به نظر می رسند. این کتاب یکی از معدود اقداماتی بود که تا ان زمان سعی داشت بایونیک را به طور مستقیم با معماری مرتبط سازد
ساختارهای طبیعی بعضا با عدد طلائی نسبت تنگاتنگی دارند
طبیعت در معماری
به کارگیری فرم های طبیعی در معماری، نشانه گرایش انسان به آثار خلقت و تأثیرات آن است. از سوی دیگر فرم های طبیعت در گذشته از نقش مؤثرشان چه در زمینه عملکردی و چه در باب زیبایی، از احترام و تقدسی در فرهنگ ها و اقوام ملل مختلف برخوردار بوده اند. به اعتقاد بولدینگ، یکی از مهم ترین نکاتی که در طبقه بندی طبیعت وجود دارد سیر تکاملی ساختارهای طبیعی از غیر زنده به سمت زنده است. زنده بودن زیست شناسانه به معنی تولید مثل، حرکت و… نیست؛ بلکه آن چه بیش از همه می تواند بر حیات ایجاد شده در معماری تاکید کند، طراحی معماریی است که زائیده اندیشه انسانی است و در تعاملی دو سویه با انسان و طبیعت پیرامونش قرار دارد.
استفاده از طبیعت برای طراحی مهندسی نیز به کار می رود
اگر نگاهی گذرا به معماری در طول تاریخ بشر بیندازیم ارتباط تنگاتنگ طبیعت جانداروبی جان و معماری را خواهیم دید. چرا که معماری با الهام از طبیعت سعی در هر چه بیشتر پایدار نمودن خود کرده و این ارتباط در طول سده های متعددی به گونه های متفاوتی نمود خود را در معماری نشان داده است که از جمله می توان به تقلید فرمی موجودات زنده و یا استفاده از نحوه همزیستی موجودات با طبیعت (اقلیم و معماری) اشاره نمود، که این همزیستی توسط طرق مختلفی از جمله تغییر در بافت و فرم و هندسه موجودات صورت می گیرد. با این توصیف اهمیت ارتباط معماری و طبیعت هرچه بیشتر آشکارتر می گردد.
ساختار میکروسکوپی صدف Abalone – طبیعت در علوم مهندسی نیز راهگشاست
برخی از خصوصیات موجود در طبیعت جهت الگو برداری عبارتند از:
حرکت به سوی بهینه سازی و اثر گذاری بیشتر
استفاده از انرژی کمتر و کارایی بالاتر
تراکم پذیری و پرت مصالح کمتر
رشد تکاملی و تطبیقی پذیری
خود سازمان دهندگی.
ساختار چسب Velcro از گیاه burdock الگوگیری شده است
با در نظر گرفتن جنبش های بسیاری در معماری که بر روی موضوع طبیعت تحقیق می کنند، یک خصوصیت متداول را می توان مشاهده کرد:
۱- تمامی جنبشی ها و نگرشی ها ارتباط معماری با زندگی و موجودات زنده را بررسی می کند.
۲- تحقیقی برای دستیابی به فرم هنوز هم مهم ترین موضوع مورد بررسی است.
۳- استفاده از الفاظ و اصطلاحات زیستی در معماری منجر به اشفتگی شده است، زیرا معماران باید در کارهایشان از اصطلاحات رایج در علوم زیستی مانند متابولیسم، فرضیه تکاملی، طراحی ژنتیک و غیره استفاده کنند.
بنابراین باید به شرح این اصطلاحات نیز بپردازند تا بتوانند پروژه ی خود را به روشنی شرح دهند.
استفاده از ساختار نوک مرغ مگس خوار برای طراحی قطارهای سریع السیر
علم بیونیک
در فراسوی ساختارهای ناب طبیعت، نظم، زندگی و کمالی نهفته شده است. مهارت در جذاب و بکارگیری این خصوصیات و انتقال ان به درون اموخته های انسانی سراغاز ظهور گرایشی است که ریشه های ان را از گذشته می توان مشاهده نمود. امروزه رهاورد این آموخته ها در غالب علم “بیونیک ” بیان می گردد. در زبان انگلیسی بیونیک به استفاده از روبات ها برای ارتقاء زندگی و جایگزینی اجزای بدن و اندام ها با مدل های مکانیکی مربوط می گردد. همچنین، ناتیگل، بیولوژی تکنیکی و بیونیک را به صورت قوانینی تعریف نمود که در زمینه پیشرفت علمی مکمل یکدیگر باشند. بنابراین، واژه بیونیک مورد موافقت انجمن مهندسان المانی در سال ۱۹۹۳ قرار گرفت و در سال ۱۹۹۸ توسط ورنر ناتیگلی این گونه بسط و گسترش پیدا کرد: «به عنوان یک قانون علمی، بیونیک از نظر سیستماتیکی با بکارگیری فنی ساختارها، فرآیندها و قوانین سیستم های بیولوژیکی سروکار دارد. این همچنین شامل شکل های متنوعی از عوامل و سیستم های زنده و غیرزنده نیز می شود.» همچنین ورنر ناتیگلی در کتاب جامع خودش واژه بیونیک را این طور تعریف کرده است: اساسی و نمونه هایی برای مهندسی و دانشمندان علوم طبیعی.
موجودات میکروسکوپی خود منبع عظیمی از الهام در طراحی ، مهندسی و سازه است
معماری بیونیک
هدف معماران از وارد شدن به دنیای بیونیک ابداع در زمینه معماری است. معماران با تحقیق در حوزه های مشترک بین معماری و زیست شناسی در پی شناسایی الگوهای مناسب و کشف ایده های بدیع و انتقال خصوصیات بایولوژیکی به معماری هستند. انتقال معیارهای بایولوژیکی به معماری نیازمند بحت در مورد حوزہ های مشترک بیری معماری و زیست شناسی است. هدف آن ها استفاده .۳ بیونیک به عنوان ابزاری در طراحی معماری است. مسائل مشترک در زمینه معماری و زیست شناسی هنوز به طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است. امروزه افراد بسیاری در دنیا در پی کشف این اشتراکات هستند که بسیاری از این تلاش ها منجر به پیشرفت های موفقیت آمیزی در زمینه معماری شده است. حل برخی از مسائل معماری تنها از طریق راه حل های ابداعانه صورت می گیرد. سرمشق های الهام گرفته شده از طبیعت می توانند موجب پدید آمدن خلاقیت و ابداع در ذهن معمار شوند. قدم اول به کار بردن زیست شناسی در معماری و یا به عبارت دیگر بیونیک در معماری زمانی است که در یک پروژه نیاز به ابداع حسی می شود. به خصوصی در مواردی مانند:
– طراحی معماری برای محیط های جدید
– مسائلی که با دانسته های رایج قابل حل نیستند.
– ارنباط بهتر بین معماری و محیط اطراف
– دستیابی به کیفیتی بهتر در زندگی بدهند. انتقال از طبیعت به معماری فرایندی کاملا منطقی است زیرا الگوهای طبیعی در معرض شرایط گوناگون در طی سال ها اکنون بهترین نوع تطبیق با محیط را پیش روی معماران قرار می دهند.
استفاده از ساختار radiolaria در طراحی داخلی پروژه The Radiolaria project دانشجویان آلمانی
کاربرد بیونیک در تکنولوژی و معماری
بر طبق طبقه بندی لبدوف، اجزای اصلی که باید در رشته معماری بیونیک مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد شامل موارد
- بررسی و عملکردهای موجود در طبیعت با روش های تجزیه و تحلیل و شباهت بین محیط طبیعی و محیط ساخته شده
- اصولی ساختاری طبیعت
- توسعه فرم هارمونی
لبدوف ارتباط بین انسان، طبیعت و معماری را به صورت یک طرح مثلثی تفسیر می کند. معماری تنها وظیفه حفاظت از انسان ها را بر عهده ندارد، بلکه دارای اثر متقابل بین انسان ها و محیط زیست نیز هست (شکل ۱). لبدوف طرفدار استفاده خلاقانه از اصول طبیعت و کشفیات مرتبط با آن به جای کپی کردن صرف از فرم هاست.
شکل ۱: ارتباط متقابل انسان، طبیعت و معماری
طبقه بندی معماری بیونیک
معماری بیونیک را در یک تقسیم بندی کلی می توان به شش گروه اصلی دسته بندی کرد که در شکل ۲ نشان داده شده
شکل ۲: طبقه بندی معماری بیونیک
حال در ادامه به شرح هر یک از این موارد به طور اجمالی پرداخته می شود.
نقش و نگار
نقش و نگار که در انگلیسی به آن پترن می گویند، همواره یکی از موضوعات جالب توجه در معماری بوده است. نقش و نگار در گذشته معمولا به عنوان تزئینات به کار می رفته است و امروزه نیز علاوه بر ایفای همان نقشی، در برخی موارد نقشی عملکردی نیز به خود گرفته است، مانند الگوهایی که در نما، بر طبق میزان دریافت نور خورشید متغیرند. وارد شدن محض نگارهای طبیعی به بناهای ساختمانی، اگرچه از نظر برخی معماران، واجد ارزش چندان زیادی نیست ولی معمولا عامه مردم از آن استقبال زیادی می کنند. نقش و نگارهای طبیعی از گذشته تا به امروز مورد توجه برخی از معماران بوده است.
الگوهای طبیعی
سازه
الهام از ساختار شکل دهنده ارگانیسم ها و به کار بردن آن در معماری با درک ساختارها و مکانیزم های فرمی موجودات زنده ممکن می شود. الهام از سازه های موجود در طبیعت، نیازمند تحقیق و مطالعه بیشتری نسبت به الگوبرداری از نقش و نگارهاست. برای ترجمه سازه های طبیعی به معماری، باید درکی عمیق از سازه و نحوه انتقال بار در ان ها وجود داشته باشد و این جز با آزمایش های متعدد امکان پذیر نمی باشد. سازه یک ساختمان بیشتر از این که مشخص کند که چگونه در برابر باد و طوفان استقامت می کند، تعیین می کند که زیبایی این ساختمان چقدر دلپذیر بوده و ساخت آن چقدر هزینه نیاز دارد. استفاده از تئوری های بیونیکی به یک ساختمان ساخته ی بشر ظاهری طبیعی داده و سازه ای مؤثر از لحاظ هزینه را فراهم می کند. در واقع یک ساختار بیونیکی یک جایگزین بادوام را نسبت به ساخت سنتی یک ساختمان ارائه می دهد .
ساختار سازه جلبک میکروسکوپی Diatom
مصالح
محققین با مطالعه طبیعت متوجه شده اند که برخی خصوصیات ارگانیسم های زنده را می توان به مصالح مصنوعی ساخت دست بشر منتقل کرد. به عنوان مثال می توان از مصالحی برای تولید جلیقه های ضد گلوله نام برد که برگرفته از سختی تار عمکبوت می باشد و یا غشای برگ لوتوسی برای جلوگیری از گرد و غبار مصالح بایولوژیکی در همه زمینه ها دارای کیفیت کاملا مطلوبی نیستند؛ بلکه از نظر سازه ای مصالح متوسطی به حساب می ایند. کارایی مواد بایونیکی به علت تطابق پذیری بسیار عالی مصالح با فرم و سازه است نه به علت این که از نظر سازه ای بسیار مقاوم هستند. از دیگر عوامل مهم در انتخاب مصالح، هدایت گرمایی و معیارهایی زیست محیطی است .
الگوگیری از پوست کوسه برای طراحی مصالح مقاوم
فرم
فرم یکی از معیارهای مهم در طراحی معماری است. در معماری بیونیک انتقال محض فرم های طبیعی به معماری ارزشی چندانی ندارد. ارتباط بین فرم، عملکرد، ساختار و مصالح و نیز مسأله تعامل با محیط به عنوان مسائلی مهم تلقی می شود. جری لبد وف اظهار می کند که در طبیعت تلفیقی عملکرد، فرم و ساختار است که در ترکیب با یکدیگر مؤثر واقع می شوند و با محیط پیرامون ارتباط برقرار کرده و خود را با آن تطبیق می دهند وگرنه هر کدام به تنهایی کاری از پیش نخواهند برد. استفاده فرمی از الگوهای طبیعی را می توان به چهار رده زیر مجموعه طبقه بندی کرد . شکل ۳ نشان دهنده ی این طبقه بندی فرمی می باشد.
شکل ۳ – انواع فرم های بیونیکی
طراحان برای استفاده و تقلید از فرم های طبیعی تاکنون دو شیوہ کار برده اند
- شیوه اول این که هدف طراح فقط تقلید از ظاهر خارجی فرم های طبیعی باشد که در این صورت ساختمان ها فقط بازتابی از زیبایی ظاهری موجود در طبیعت محیط اطراف می باشد.
- شیوه دوم آن که طراح از فرایند هایی که فرم های طبیعی را شکل داده اند برای خلق طرح های جدید الهام می گیرد .
عملکرد
ارگانیسم های طبیعی در طول صدها هزار سال تکامل پیدا کرده و از نظر پیچیدگی، گوناگونی و تطبیق پذیری توسعه پیدا کرده اند. انسان ها می توانند عملکردهای خاصی را که از ارگانیسم های متفاوت فرا می گیرند، بر طبق نیاز خود تغییر داده و در معماری به کار گیرند. اما عملکردهای موجود در طبیعت، بدون داشتن یک ذهن خلاق و بدون دارا بودن توانایی خلق کردن سودی نخواهد داشت.
سوسک namib در خشک ترین صحرا ها از پشت خود آب را جمع آوری کرده و به دهان خود می رساند
فرایند
الهام از فرایندهای موجود در طبیعت که منجر به شکل گیری پدیده ها می شود، بسیار جذاب تر از الگوبرداری شکلی و عملکردی است. شاید بتوان گفت که این نوع الهام و برداشت از طبیعت بهترین و با ارزشی ترین نوع الهام است. تمامی موجودات جاندار طبیعت، دارای روندی تکاملی هستند و در طی زمان بسته به نیازهای خود دچار تغییر و تحول می گردند. در این رویکرد، سعی در بازنمایی بنیادی ترین اصل حیات، یعنی تکامل شده است. بنابراین آن چه در نهایت به وجود می آید، نوعی معماری پاسخگو و با قابلیت تعامل با محیط خواهد بود. توجه به پدیده ها و فرایندهای موجود در طبیعت نیازمند مطالعه دقیق و تلاش بسیاری است تا به درک عمیقی از فرایندهای نهفته در آن دست پیدا کنیم.
استفاده از الگوریتم ژنتیک و ساختار radiolaria برای طراحی گنبد بهینه
اصول طراحی بیونیک
استفاده از شباهت و همانندی یک قاعده ی اصلی در بیونیک است، متخصصان بیونیک کار را با یک عملکرد فنی که می بایست فهمیده شود شروع می کنند و برای یافتن سیستم هایی با عملکرد مشابه به طبیعت می نگرند. در صورتی که جستجوی آن ها موفق باشد، ویژگی های ساختاری سیستم بیولوژیکی را به سیستم فنی ای که می بایست گسترش یابد، انتقال می دهند. این کار را می توان در یک روند سیستماتیک به شرح زیر انجام داد:
- ویژگی های کارکردی سیستم فنی که برای ما هدف محسوب می شود تحلیل و تجزیه شوند.
- انتقال این ویژگی ها به دنیای بیولوژیکی (در اینجا می توان از یک پایگاه داده استفاده کرد).
- مقایسه ی ویژگی های کارکردی سیستم فنی با همانند بیولوژیکی آن نتایج مقایسه انجام شده.
- انتخاب و ساختارهای برجسته مشخص شوند.
- انتقال خلاق و اتخاذ ساختارهای اصلی سیستمی که می بایست گسترش یابد.
این در حالی است که برای انتقال ویژگی هایی که هدف محسوب می شود به دنیای بیولوژیکی باید مراحلی را در روند طراحی بیونیکی طی کرد که عبارتند از:
- تعیین: خلاصه طرح مورد نیاز را ایجاد و چالش حقیقی را تشخیص دهید.
- ترجمه: سؤال را بیولوژیکی کرده و خلاصه ی طرح را به اصطلاحات بیولوژیکی تبدیل کنید.
- مشاهده (کشف): بهترین مدل های طبیعی را بیابید
- چکیده: استراتژی های زندگی را طبقه بندی کرده و بهترین را تعیین کنید
- کاربرد: موقعیت ها را براساسی مدل های بیولوژیکی توسعه دهید.
- ارزیابی: راه حل های موجود در برابر قوانین زندگی را بررسی کرده، در مورد راه حلی خود تحقیق کرده به دنبال راه هایی برای بهبود طرح خود بوده و سؤالات بیشتری را برای کاوش مطرح کنید (شکل ۴).
شکل ۴: روند طراحی بیونیک
همچنین به منظور بکارگیری قواعد بیونیک برای ساختمان های آتی این شیوه ی جدید و ابداعی می بایست سه فرایند پیاپی را کامل کند:
- برنامه ریزی: تعیین اهداف با بکارگیری اصولی بیونیک که در طول مراحل ساخت، بهره برداری و شاید بازگردانی تحقق خواهند یافت. پیش بینی عملکردهای چند گانه یا جایگزین برای کاربرد.
- ساخت: تحقق اهداف با بکارگیری قواعد بیونیک یا بهینه سازی ساختارهای موجود به وسیله ی قواعد بیونیک.
- بهره برداری: با تغییر اهداف و خواسته ها، راه حل ها نیز می بایست انطباق پذیر باشند .
گستردگی و جامع بودن اجزای طبیعت از یک سو و ارتباط تمام بخش های مختلف طبیعت و سازگاری آن ها با یکدیگر از سوی دیگر و از طرفی به نوعی جامع العلوم بودن سازنده آن، امکان طراحی بدون عیب و نقص را برای بشر مشکل می سازد. از این رو بیونیسین ها و معماران مختلف هر کدام تنها در یک و یا چند مورد از هزاران خاصیت طبیعت موفق به تقلید و الهام از ان شده اند. انتخاب نحوه تقلید از طبیعت در مسائل مختلف یکی از مهم ترین موضوعاتی است که پیش روی یک طراح، معمار و یا یک بیونیسین قرار دارد. البته لازم به ذکر است که عینا تمام جزئیات مدل اصلی طبیعت را نمی توان کپی کرد و حتی اگر این کار انجام شود موفقیت آمیز نخواهد بود؛ بلکه باید اصول کار هر چیزی در طبیعت کشف گردد و بعد از این شناخت و آگاهی برای طراحی و ساختن وسایل از این اصول استفاده کرد. پیشرفت در معماری بیونیک به میزان مطالعه محققان در حوزه علم بیونیک به عنوان علمی جامع و گسترده که معماری بیونیک نیز یکی از شاخه های آن است، بستگی دارد.
نظرات
minagh
ممنون ازاطلاعات بسیار مفید و روند خوبی که در توضیح معماری بایونیک بررسی کردین.
یه سوال داشتم ایا برای زیرشاخه بایونیک هم میتوان سیر اندیشه خاصی رو بیان کرد؟ ممنون میشم توضیح بدین یا برام ایمیل کنید.
خانه پارامتریک
خواهش می کنم
بررسی می کنیم و اگه شد طی یک مقاله ای قرار می دیم داخل سایت
امیر غفاری
منبع این اطلاعات از کجا گرفته شده؟