نگاهی به کتاب «بیومیمیکری در معماری» اثر شبنم کاظمی

اختصاصی پایگاه خبری فضای نو : رسانه تخصصی طراحی داخلی

بیومیمیکری در معماری اثر شبنم کاظمی منتشر شد. چاپ این کتاب بر عهده انتشارات طحان گستر بوده است.

پیشگفتار: دیم الن مک آرتور

مقدمه

فصل 1: چطور میتوانیم سازههایی با کارآیی بیشتر بسازیم؟

فصل 2: چطور مواد را خواهیم ساخت؟

فصل 3: چطور سیستمهاي پسماند صفر ایجاد خواهیم کرد؟

فصل 4: چطور آب را مدیریت خواهیم کرد؟

فصل 5: چطور محیط گرمایی خود را کنترل خواهیم کرد؟

فصل 6: بیولوژي درباره نور چه چیزي به ما یاد میدهد؟

فصل 7: چطور به ساختمانها برق رسانی خواهیم کرد؟

فصل 8: ترکیب

نتیجه گیري: بیومیمیکري چه معنایی براي مردم دارد؟

برای رسیدن به پایداری واقعی باید چه کاری انجام دهیم؟ آیا بهبود کارآیی تدریجی و کاهش اثرات منفی کافی است؟ یا باید اهداف مهم تری برای پروژه انسانی بزرگ خود تعیین کنیم؟ آنچه در این کتاب بیان می‌کنم این است که بیومیمیکری[1] یعنی طراحی با الهام از نحوه غلبه بر چالش‌های عملکردی در بیولوژی، یکی از بهترین منابع راهبردی است که به ما اجازه می‌دهد آینده‌ای مثبت ایجاد کنیم و از دوران صنعتی به دوران اکولوژیک بشر منتقل شویم. در دیدگاه من این دوران نه تنها کاملاً ممکن است، بلکه ما تقریباً همه راهکارهای لازم برای رسیدن به آن را داریم.

اگر بیومیمیکری محیط ساخته شده را شکل دهد، و من فکر می‌کنم باید این طور باشد، آنگاه در چند دهه بعد می‌توانیم شهرهایی بسازیم که برای ساکنان سالم هستند و زمین‌ها را احیا می‌کنند، ساختمان‌هایی که مقدار کمی از منابع را استفاده می‌کنند و مکان خوشایندی برای کار یا زندگی هستند، و زیربناهایی که با سیستم‌های طبیعی یکپارچه هستند. اگر بتوانیم یاد بگیریم در تعادل با زیست کره زندگی کنیم، هزاران سال فرهنگ بشر می‌تواند شکوفایی خود را ادامه دهد. این یک اشاره رمانتیک به آرکادیای ناملموس نیست، آنچه من در این کتاب توصیف می‌کنم یک نقشه راه مبتنی بر دیدگاه علمی است که می‌توان با تخیل انسانی آن را به واقعیت ملموس تبدیل کرد.

مقدمه

برای من هیچ شرح مأموریتی بهتر از دیدگاه باکمینستر فولر[2] وجود ندارد: استفاده از دنیا برای صددرصد انسان ها، در کوتاهترین زمان ممکن، با همکاری خودجوش، بدون ضرر اکولوژیک یا ایجاد مشکل حتی برای یک نفر. چطور می‌توانیم به این هدف برسیم؟ من باور دارم سه تغییر مهم وجود دارد که باید ایجاد کنیم: رسیدن به افزایش قابل توجه در کارآیی منابع، تغییر از اقتصاد سوخت فسیلی به اقتصاد خورشیدی، و تغییر از مسیر خطی و پرهزینه استفاده از منابع به یک مدل کاملاً حلقه بسته که در آن همه منابع درون چرخه‌ها مدیریت می‌شوند و هیچ چیزی به شکل پسماند از بین نمی‌رود. این اهداف چالش برانگیز هستند، اما اگر انتخاب کنیم که در این مسیرهای متصل حرکت کنیم، آنگاه، در دیدگاه من، هیچ رشته‌ای بهتر از بیومیمیکری نمی‌تواند به ارائه راهکارهای موردنیاز کمک کند.

بیومیمیکری در معماری کتابی درباره این منبع گسترده از راهکارها است، و این نسخه جدید، تغییر وضعیت فعلی را نشان می‌دهد. بیومیمیکری شامل یادگیری از یک منبع ایده است که از دوره تحقیق و توسعه 3.8 میلیارد ساله به دست آمده است. این منبع، مجموعه گسترده از گونه‌ها است که روی زمین زندگی می‌کنند و داستان‌های موفقیت تکاملی را بیان می‌کنند. موجودات بیولوژیکی را می‌توان فناوری‌های مشخصی درنظر گرفت که برابر با فناوری‌های ابداعی انسان‌ها هستند، و در بیشتری موارد، مشکلات یکسان را با صرفه جویی بسیار بیشتر حل کردهاند. انسان‌ها به فناوری‌های واقعاً جالبی دست یافتهاند، مانند پزشکی مدرن و انقلاب دیجیتال، اما وقتی یکی از سازگاری‌های خارقالعاده در موجودات طبیعی را مشاهده می‌کنیم، متوجه می‌شویم هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که باید یاد بگیریم.

چرا اکنون زمان مناسب برای بیومیمکری است؟ اگرچه شیفتگی درباره طبیعت بدون شک از دوران حضور انسان وجود داشته است، اما اکنون می‌توانیم پیشرفت‌های بیولوژی را با مزایای قابل توجه گسترش دانش علمی، ابزارهای طراحی دیجیتال که قبلاً غیرقابل تصور بودند، و حساسیت‌های زیباشناختی که محدود به قواعد سبکی نیستند، دوباره بررسی کنیم. طراحان هرگز چنین فرصتی برای تفکر دوباره و کمک به کیفیت زندگی مردم نداشتهاند، در حالی که همزمان رابطه ما با خانه اصلی خودمان را حفظ می‌کنند، خانه‌ای که باکمینستر فولر آن را زمین فضاپیما نامید.

می‌توان بیان کرد بیولوژی با تعمیر (به بیان فرانسوا جاکوب[3]) آنچه از قبل وجود دارد، به سمت جلو حرکت می‌کند، در نتیجه چند راهکار غیربهینه نیز ایجاد می‌کند، اما قدرت ابداع انسان می‌تواند راهحل کامل ایجاد کند. دارایی مهمی که بیولوژی ارائه می‌کند، حس اصلاح تکاملی است. بیومیمیکری راه‌حل یا پادزهر نیست. در بهترین حالت بیومیمیکری ترکیب توانایی انسان برای نوآوری با بهترین پیشنهاد بیولوژی است. این ترکیب فراتر از توان هر یک از آنها به صورت جداگانه است.

این کتاب راه حل‌های موجود در بیومیمیکری، نحوه اجرای این راهکارها توسط معماران، و گستره مقیاسی که بیومیمیکری در آن کاربرد دارد را توصیف می‌کند. در انتهای کتاب راهنمایی برای کار کردن با بیومیمیکری و روش ایجاد ساختمان‌ها و شهرهایی که برای دوران اکولوژیک لازم داریم، ارائه می‌شود.

بیومیمیکری چیست؟

در کل تاریخ، معماران از طبیعت به عنوان منبع الهام برای فرم‌های ساختمانی و رویکردهای دکوراسیون استفاد کرده اند: طبیعت به عنوان منبع اصلی زیباشاختی استفاده می‌شود. بیومیمیکری در رابطه با راهکارهای کاربردی است، و لزوماً یک دیدگاه زیباشناختی نیست. هدف این کتاب، مطالعه روش‌های تبدیل سازگاری‌ها در بیولوژی به راهکارهای معماری است.

عبارت بیومیمیکری اولین بار در سال 1962 در منابع علمی ظاهر شد، و استفاده از آن بین دانشمندان مواد در دهه 1980 افزایش یافت. قبل از بیومیمیکری، عبارت بیومیمتیک[4] (زیست تقلید) کاربرد داشت که اولین بار توسط اوتو اشمیت[5] در دهه 1950 استفاده شد، و عبارت بیونیک[6] که توسط جک استیل[7] در سال 1960 ابداع شد. در 15 سال گذشته توجه بسیاری به این موضوع شده است که به خاطر چهره‌های تأثیرگذار و فعال بوده است از جمله نویسنده علوم بیولوژیکی جنین بنیوس[8]، استاد بیولوژی استیون ووگل[9] و استاد بیومیمتیک جولین وینسنت[10]. جولین وینسنت این رشته را به عنوان اجرای طراحی خوب بر اساس طبیعت تعریف می‌کند، در حالی که برای جنین بنیوس، تقلید آگاهانه از نبوغ طبیعت است. تنها تفاوت مهم بین بیومیمتیک و بیومیمیکری این است که اکثر کاربران بیومیمیکری بیشتر بر توسعه راهکارهای پایدار تمرکز دارند، اما بیومیمتیک اغلب در زمینه‌های اجرایی مانند فناوری نظامی به کار می‌رود. من از بیومیمیکری و بیومیمتیک لزوماً به عنوان کلمات هم معنی استفاده می‌کنم.

از زمان انتشار ویرایش اول این کتاب، تعریف در این زمینه تغییرات قابل توجهی داشتند، از جمله استفاده از طراحی با الهام از طبیعت یا طراحی زیستی به جای بیومیمیکری یا بیومیمتیک. طراحی زیستی عبارتی است که تا حدودی در دنیای پزشکی (اختراع و اجرای فناوری‌های زیست پزشکی جدید) و رباتیک کاربرد دارد و تا حدودی به عنوان یک تعریف گسترده درنظر گرفته می‌شود (که عنوان یک کتاب و یک نمایشگاه از ویلیام مایرز[11] شد) که دامنه وسیعی از رشته‌های طراحی مبتنی بر بیولوژی را دربرمیگیرد. نکته‌ای که در استفاده از عبارات جدید بیان می‌شود این است که بیومیمیکری و بیومیمتیک به معنای کپی کردن هستند، در حالی که الهام گرفتن از طبیعت یعنی درنظر گرفتن ظرفیت موجود برای توسعه فراتر از آنچه در بیولوژی وجود دارد. من از عبارت بیومیمیکری استفاده می‌کنم چون معماری با الهام از طبیعت معنای بسیار گسترده‌ای دارد، شامل همه چیز از تقلید سطحی فرم تا درک علمی از کارکرد و الهامبخش بودن آن برای نوآوری. من با عبارت مهندسی با الهام از طبیعت مشکل کمتری داشتم چون مهندسی به معنای دقت کارکردی است. هیچ عبارتی آنچه ما انجام می‌دهیم را دقیقاً نشان نمی‌دهد، اما مانند هر بحث دیگری ضروری است که درباره یک زمینه مشترک توافق داشته باشیم که رشته‌های مختلف را به هم متصل می‌کند؛ یعنی فرارشتهای، مبتنی بر مدرک و متمرکز بر کارکرد باشد و جهت گیری به سمت ایجاد تغییر تبدیلی داشته باشد، و درباره تفاوت‌های ریز بین آنها بحث و جدل نکنیم. بیومیمیکری و بیومیمتیک اکنون به عنوان رویکردهای مبتنی بر کارکرد درک می‌شوند. من در این زمینه کسی را نمی‌شناسم که خود را به راهکارهای موجود در طبیعت محدود کند، بنابراین با معانی مختلف میمیکری مشکل نداشتم. زمان مشخص می‌کند کدام عبارت در زمینه طراحی معماری بهتر پذیرفته می‌شود.

اصطلاحات دیگری وجود دارند که باید درباره آنها نیز توضیح ارائه کرد: بیوفیلی[12] (طبیعت بارگی)، بیومورفیک[13] (زیست ریخت)، استفاده زیستی[14] و بیولوژی ترکیبی. بیوفیلی عبارتی است که توسط زیست شناس ای.او.ویلسون[15] ارائه شد و این فرضیه را بیان می‌کند که ارتباط غریزی بین انسان‌ها و سایر موجودات زنده وجود دارد. بیومورفیک معمولاً به شکل طراحی بر اساس فرم‌های بیولوژیک تعریف می‌شود. استفاده زیستی یعنی استفاده مستقیم از طبیعت برای اهداف سودمند، مانند استفاده از گیاهان درون و اطراف ساختمان‌ها برای ایجاد خنک سازی تبخیری. بعدا در فصل 3 مشاهده می‌کنیم که این رویکرد نقش مهمی در تفکر سیستم‌های بیومیمتیک دارد. بیولوژی ترکیبی یعنی طراحی و ساخت اجزا و سیستم‌های زنده که در جهان طبیعت وجود ندارند و طراحی دوباره و ساخت سیستم‌های زنده موجود. تفاوت اصلی بین بیومیمیکری و بیولوژی ترکیبی این است که اولی به دنبال ایجاد اجزای زنده نیست.

از دیدگاه معماری، تمایز مهمی بین بیومیمیکری و بیومورفیزم وجود دارد. معماران قرن بیستم اغلب از طبیعت به عنوان منبع فرم‌های غیرعادی و ایجاد ارتباط نمادین استفاده می‌کردند. بیومورفیزم کارهای شگفت انگیزی در فرم معماری ایجاد کرده است، مانند پایانه TWA ارو سارینن[16] (شکل 2) و استفاده لوکوربوزیه[17] از آن برای ایجاد تأثیر نمادین (شکل 3). اما در مقابل، بیومیمیکری درباره روش ارائه کارکردها در بیولوژی است. این تفاوت مهم است چون ما تغییر کارکردی لازم داریم، و من باور دارم بیومیمیکری، نه بیومورفیزم، این تغییرات توصیف شده را ایجاد می‌کند.

معماری بیومورفیک هنوز نقش مهمی دارد. استفاده بیومورفیزم از فرم‌های طبیعیت، و استفاده از نمادگرایی مفهومی، بسیار متقاعدکننده است. دو رویکرد می‌توانند در یک ساختمان وجود داشته باشند و بیومورفیزم می‌تواند معنای بیشتری نسبت به استفاده کاملاً فنی از بیومیمیکری را فراهم کند. بیومورفیزم بیان زیباشناختی از فرم است، بیومیمیکری یک رشته کارکردی است. باید محدودیت‌های بیومیمیکری را نیز درنظر بگیریم. مانند سایر رشته‌های طراحی، بیومیمیکری نمی‌تواند به صورت خودکار معماری ایجاد کند، و نباید دیدگاه کاملاً علمی درباره طراحی داشته باشیم. معماری همیشه یک بُعد انسانی دارد، باید با روح ارتباط داشته باشد، باید متعالی باشد، و دورانی که در آن ساخته شده است، منعکس کند.

کلمه طبیعی در زمینه‌های مختلف برای نشان دادن راستی و درستی استفاده می‌شود، و اغلب بیومیمیکری به اشتباه به عنوان جستجوی راهکارهای طبیعی تر درنظر گرفته می‌شود. اما هدف بیومیمیکری این نیست، ابعاد خاصی در طبیعت وجود دارند که قطعاً نمی‌خواهیم از آنها تقلید کنیم: مانند انگل‌های پرخور. در رمانتیک کردن طبیعت نیز خطراتی وجود دارد. به باور من آنچه در طبیعت وجود دارد که بسیار ارزشمند است، مجموعه وسیعی از محصولات است که از فرایند طولانی و بی رحمانه اصلاحات مداوم ایجاد شده است. تکامل را می‌توان به عنوان فرایندی درنظر گرفت که مبتنی بر تغییرات ژنتیک است و با گذشت زمان، افراد با بیشترین تناسب انتخاب می‌شوند. فشارهای بقا باعث می‌شوند موجودات به جایگاه‌های اکولوژیک خاص و باورنکردنی حرکت کنند و سازگارهای جالبی با محیط‌هایی که منابع محدود دارند، ایجاد کنند. ارتباط این موضوع با محدودیت‌هایی که انسان در دهه‌های بعدی با آنها مواجه می‌شوند، مشخص است.

اما درمورد افراد بدبینی که دستاوردهای انسان را برتر از طبیعت می‌دانند چطور؟ در بیولوژی هیچ موتور احتراقی وجود ندارد، گیاهان نسبت به فتوولتائیک‌های مدرن، کارآیی کمتری در تبدیل انرژی خورشیدی دارند، و در طبیعت هیچ محور چرخشی وجود ندارد. همه این موارد صحیح است، اما هیچ کس دقت نمی‌کند آنچه در بیولوژی وجود دارد باید محدودیتی باشد که ما در ساخت یک فناوری درنظر می‌گیریم. در بیشتر موارد، بیولوژی چالش‌های مشابه را با صرفه اقتصادی بیشتر حل کرده است. این مورد را درنظر بگیرید: بدون یک محور چرخشی، چطور می‌توانید وارد چوب شوید؟ راهکار زنبور چوب خوار یک مته متقابل است که از دو نیمه ساخته شده است که مقطع آنها نیمه دایره است، و هر کدام یک خار در بخش برجسته انتهایی دارند (شکل 4). این دو نیمه می‌توانند نسبت به یکدیگر به جلو و عقب حرکت کنند، بنابراین وقتی یک خار وارد شیار باریک در درخت می‌شود، زنبور می‌تواند یک طرف را بکشد تا طرف دیگر بیشتر در چوب فرو برود. نتیجه این کار فرو رفتن در چوب با حداقل نیروی فشار است که از شکستن و خم شدن جلوگیری می‌کند، و راهکار مناسبی برای همه کاربردهای انسانی مخصوصاً جراحی ظریف اعصاب است. پروب جراحی اعصاب را می‌توان بر اساس اصول لوله تخمگذاری زنبور ساخت که مزایایی ارائه می‌کند که محورهای چرخشی نمی‌توانند به آنها برسند: می‌تواند اطراف خمیدگی‌ها را سوراخ کند. بهطور خلاصه، بیومیمیکری یک ابزار نوآوری قوی است که به معماران اجازه می‌دهد فراتر از رویکردهای عادی درباره طراحی پایدار بروند و راهکارهای تبدیلی موردنیاز را ارائه کنند.

خاستگاه‌ها

ما از کتاب‌های طراحی لئوناردو داوینچی می‌دانیم که او شکل جمجمه و بال پرندگان را با دقت مطالعه کرده است: او از دیدگاه‌های مختلف، در بیومیمیکری پیشگام بوده است. می‌دانیم که فیلیپو برونلسکی[18] در زمان طراحی کلیسای فلورانس از پوسته تخم مرغ ایده گرفته است، و این احتمال وجود دارد که الهام گرفتن از طبیعت در طراحی حتی مربوط به دوره‌های قبلتر باشد. اخیراً چند مثال دیگر نیز ارائه شدهاند، مثلا اختراع ولکرو (شکل 5) در حدود سال 1948. در دهه اخیر بیومیمیکری به شکل قابل توجهی گسترش یافته است، چون تعداد زیادی از طراحان به تقاضا درباره محصولات پایدار پاسخ می‌دهند.

خودروی مفهومی بیومیمتیک دایملر کرایسلر، با الهام از جعبه ماهی جادار و ساده، چسب جراحی ساخته شده با مشاهده کرم‌های ماسه سنگ (شکل 6) و حتی ساخت بستنی با بررسی ماهی قطبی، همه یک محصول برتر را با یادگیری از سازگاری موجودات طبیعی ساختهاند.

وضعیت فعلی

از زمان انتشار اولین ویرایش این کتاب، رشته بیومیمیکری رشد قابل توجهی داشته است. مطابق با کار دکتر ناتان لپورا[19] در دهه 1990 کمتر از 100 مقاله در سال درباره بیومیمیکری نوشته می‌شدند، اما این عدد در دهه اول این قرن به چند هزار مقاله در سال افزایش یافته است. بیشتر این فعالیت ها در زمینه رباتیک و علم مواد بوده است (شکل 7). اکنون فرصتی برای معماران وجود دارد که از یک منبع نوآوری استفاده کنند که سایر زمینه‌های طراحی را تغییر داده است. گروه تحقیق طراحی Mediated Matter که توسط نری اوکسمن[20] در MIT تشکیل شده است، نشان داده است که می‌تواند از مواد بیولوژیک در ترکیب با ساخت افزایشی (که معمولاً چاپ سه بعدی نامیده می‌شود) استفاده کند. آچیم منگز[21] و همکاران در دانشگاه اشتوتگارت با یک روش ساخت متقاعدکننده نشان دادند با درک عمیق از ساختارهای بیولوژیک در ترکیب با ابزار ساخت و طراحی دیجیتال و جدید، چه چیزهایی می‌توان ساخت.

پروژه‌های ارائه شده در این کتاب، الگوی عادی نوآوری را دنبال می‌کنند: کار را در سطح مفهومی شروع می‌کنند، سپس آزمایشات با مقیاس کوچک و در نهایت در مقیاس بزرگ اما محیط نسبتا ساده انجام می‌دهند. اولین مثال‌های رویکردهای پیچیده تر و یکپارچه به بیومیمیکری، نشانه‌هایی از پیشرفت به سمت مقبولیت بیشتر در بازار هستند. اگرچه سرعت نوآوری بسیار آهسته است، اما باور دارم بیومیمیکری می‌تواند با تعیین هدف نهایی قابل دستیابی و با گستره وسیع مواد منبع می‌تواند این فرایند را تسریع کند.

پروژه‌های بیومیمتیک کامل شده تا به امروز، بخش کوچکی از ظرفیتی هستند که می‌توان از یک منبع بزرگ به دست آورد که استفاده از آن را تازه شروع کردهایم. پلیمرهای بسیار مقاوم و سازه‌های بسیار کارآمد، آشکارسازهای آتش سوزی و دستگاه‌های اطفا حریق، مواد ساخته شده از کربن اتسمفری، سیستم‌های پسماند صفر: همه در بیولوژی به عنوان منبعی از ایده‌ها وجود دارند که معماران می‌توانند از آنها یاد بگیرند تا ساختمان‌ها و شهرهایی بسازند که مطابق با نیازهای دوران ما هستند. اگرچه بخش زیادی از طراحی پایدار مبتنی بر کاهش اثرات منفی است، اما بیومیمیکری مسیری به سمت یک پارادایم جدید مبتنی بر نقاط مثبت و ارائه راهکارهای احیاکننده نشان می‌دهد.

یکی از سؤالات اصلی این است که چطور می‌توانیم سرعت نوآوری در صنعت ساخت و ساز و طراحی راهکارها را افزایش دهیم تا پیشرفت‌های قابل توجهی در عملکرد ایجاد شوند و به رفاه مردم کمک کنند. من باور دارم افزایش آگاهی و پروژه‌های بیومیمتیک جدید، بحث‌ها و اقدامات سطح برتر ایجاد می‌کند که به ایجاد تغییر در سرعت استفاده از بیومیمیکری در معماری کمک می‌کند.

شما هرگز با جنگیدن علیه واقعیت موجود تغییر ایجاد نمی‌کنید. برای تغییر دادن چیزی، مدل جدیدی بسازید که مدل موجود را از رده خارج می‌کند.

ریچارد باکمینستر

[1] Biomimicry

[2] Buckminster Fuller

[3] Francois Jacob

[4] Biomimetics

[5] Otto Schmitt

[6] Bionics

[7] Jack Steele

[8] Janine Benyus

[9] Steven Vogel

[10] Julian Vincent