Архитектурная бионика. По просьбам читателей. Архитектурная бионика Тщательно продуманной структурой конструктивными
Бионические формы отличаются сложностью конструкций и нелинейными формами.
Возникновение термина.
Понятие «бионика» (от греч. «биос» -- жизнь), появилось в начале ХХ в. В глобальном смысле оно обозначает область научного знания, основанную на открытии и использовании закономерностей построения естественных природных форм для решения технических, технологических и художественных задач на основе анализа структуры, морфологии и жизнедеятельности биологических организмов. Название было предложено американским исследователем Дж. Стилом на симпозиуме 1960 года в г. Дайтоне - «Живые прототипы искусственных систем -- ключ к новой технике», - в ходе которого было закреплено возникновение новой, неизведанной области знания. С этого момента перед архитекторами, дизайнерами, конструкторами и инженерами возникает ряд задач, направленных на поиск новых средств формообразования.
В СССР к началу 1980 гг., благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов лаборатории ЦНИЭЛАБ, просуществовавшей до начала 1990 гг., архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектуре. В это время выходит итоговая монография большого международного коллектива авторов и сотрудников этой лаборатории под общей редакцией Ю. С. Лебедева «Архитектурная бионика» (1990 г.)
Таким образом, период с середины ХХ в. по начало ХХI в. в архитектуре ознаменовался повышением интереса к сложным криволинейным формам, возрождением, уже на новом уровне, понятия «органическая архитектура», своими корнями уходящего в конец XIX - начало XX века, к творчеству Л. Салливана и Ф. Л. Райта. Они считали, что архитектурная форма, как и в живой природе, должна быть функциональной и развиваться как бы «изнутри наружу».
Проблема гармоничного симбиоза архитектурной и природной среды.
Технократическое развитие последних десятилетий давно подчинило себе образ жизни человека. Шаг за шагом человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, совместимость которой с жизнью природной экосистемы неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится потребность человека в естественной, природной гармонии. Наиболее вероятным способом возврата человечества «в лоно природы», восстановления равновесия между двумя мирами является развитие современной бионики.
Небоскреб-кипарис в Шанхае. Архитекторы: Maria Rosa Cervera & Javier Pioz.
Сиднейская опера. Архитектор: Jørn Utzon.
Учебный центр Rolex. Архитекторы: японское архитектурное бюро SANAA.
Архитектурная бионика - это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами: небоскреб-кипарис в Шанхае, Сиднейская опера в Австралии, здание правления NMB Bank - Нидерланды, учебный центр Rolex и музей плодов - в Японии.
Музей фруктов. Архитектор: Itsuko Hasegawa.
Интерьер музея фруктов.
Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от формалистского подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов - способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д. Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов - энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. Конструкция такого здания предусматривает комплекс инженерного оборудования. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего - это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией.
Формообразование, переходящее из живой природы в архитектуру.
Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем - результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений.
Формообразование в живой природе характеризуется пластичностью и комбинаторностью, разнообразием как правильных геометрических форм и фигур -- окружностей, овалов, ромбов, кубов, треугольников, квадратов, различного рода многоугольников, так и бесконечным множеством чрезвычайно сложных и удивительно красивых, легких, прочных и экономичных конструкций, созданных в результате комбинирования этих элементов. Подобные структуры отражают сложность и многоэтапность эволюции развития живых организмов.
Основными позициями для изучения природы в ракурсе архитектурной бионики являются биоматериаловедение и биотектоника.
Объектом изучения в биоматериаловедении являются различные удивительные свойства природных структур и их "производных" — тканей животных организмов, стеблей и листьев растений, нитей паутины, усиков тыкв, крыльев бабочки и т.п.
С биотектоникой все сложнее. В этой области знания исследователей интересуют не столько свойства природных материалов, сколько сами принципы существования живых организмов. Главные проблемы биотектоники заключаются в создании новых конструкций на основе принципов и способов действия биоконструкций в живой природе, в осуществлении адаптации и роста гибких тектонических систем на основе адаптации и роста живых организмов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.
Технологии архитектурной бионики.
Приведем в пример несколько наиболее распространенных современных направлений разработки бионических зданий.
1. Энергоэффективный Дом - сооружение с низким потреблением энергии или с нулевым потреблением энергии из стандартных источников (Energy Efficient Building).
2. Пассивный Дом (Passive Building) - сооружение с пассивной терморегуляцией (охлаждение и отопление за счет использования энергии окружающей среды). В таких домах предусмотрено применение энергосберегающих строительных материалов и конструкций и практически отсутствует традиционная отопительная система.
3. Биоклиматическая архитектура (Bioclimatic Architecture). Одно из направлений в стиле hi-tech. Главный принцип биоклиматической архитектуры - гармония с природой: "… чтобы птица, залетев в офис, не заметила, что она внутри него". В основном, известны многочисленные биоклиматические небоскребы, в которых наравне с заградительными системами, активно применяется многослойное остекление (double skin technology) обеспечивающее шумоизоляцию и поддержку микроклимата вкупе с вентилляцией.
4. Умный Дом (Intellectual Building) - здание, в котором при помощи компьютерных технологий и автоматизации оптимизированы потоки света и тепла в помещениях и ограждающих конструкциях.
5. Здоровый Дом (Healthy Building) - здание, в котором, наряду с применением энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, приоритетными являются природные строительные материалы (смеси из земли и глины, дерево, камень, песок, и т. д.) Технологии «здорового» дома включают системы очистки воздуха от вредных испарений, газов, радиоактивных веществ и т. д.
История использования архитектурных форм в архитектурной практике.
Архитектурная бионика возникла не случайно. Она явилась результатом предшествующего опыта использования в том или ином виде (чаще всего - ассоциативном и подражательном) определенных свойств или характеристик форм живой природы в архитектуре - к примеру, в гипостильных залах египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капителях и колоннах античных ордеров, интерьерах готических соборов и т. д.
Колонны гипостильного зала храма в Эдфу.
К бионической архитектуре зачастую относят здания и архитектурные комплексы, которые органично вписываются в природный ландшафт, являясь как бы его продолжением. К примеру, такими можно назвать сооружения современного швейцарского архитектора Петера Цумтора. Наравне с натуральными строительными материалами, он работает с уже существующими природными элементами - горами, холмами, газонами, деревьями, практически не видоизменяя их. Его сооружения словно растут из земли, а, порой, настолько сливаются с окружающей природой, что их не сразу можно обнаружить. Так, например, термы в Швейцарии со стороны кажутся просто зеленой площадкой.
Термы в Вальсе. Архитектор: Peter Zumthor.
С точки зрения одной из концепций бионики - образа эко-дома, - к бионической архитектуре можно отнести даже привычные нам деревенские дома. Они созданы из натуральных материалов, а структуры деревенских поселков всегда были гармонично вписаны в окружающий ландшафт (верхняя точка поселка - церковь, низина - жилые дома и т. д.)
Купол Флорентийского собора. Архитектор: Filippo Brunelleschi.
Возникновение данной области в истории архитектуры всегда связано с какой-либо технической новацией: так, зодчий итальянского Возрождения Ф. Брунеллески в качестве прототипа для конструирования купола Флорентийского собора взял скорлупу яйца, а Леонардо да Винчи копировал формы живой природы при изображении и конструировании строительных, военных и даже летательных аппаратов. Принято считать, что первым, кто начал изучать механику полета живых моделей «с бионических позиций», был именно Леонардо да Винчи, который пытался разработать летательный аппарат с машущим крылом (орнитоптер).
Галерея в парке Гюэль. Архитектор: Antonio Gaudi.
Портал Страстей Христовых Собора Святого Семейства (Sagrada Familia).
Успехи строительной техники в ХIХ-ХХ вв. породили новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы. Это нашло свое отражение в произведениях многих архитекторов, среди которых, безусловно, выделяется Антонио Гауди -- зачинатель широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А. Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм -- их применения и развития.
Чердачное перекрытие Casa Mila. Архитектор: Antonio Gaudi.
Арочный свод галереи в Casa Batlló. Архитектор: Antonio Gaudi.
А. Гауди считал, что в архитектуре, как и в природе, нет места копированию. В результате его сооружения поражают своей сложностью - вы не найдете в его постройках двух одинаковых деталей. Его колонны изображают стволы пальм с корой и листьями, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. В своих творениях Гауди использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и зодчих, и инженеров. Одним из первых А. Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. При этом Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики.
Не смотря на то, что смысловой ряд протобионических построек выглядит достаточно внушительно и оправданно, некоторые специалисты считают архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы.
Сооружение Эйфелевой башни. Инженер: Gustave Eiffel.
Проект моста. Архитектор: Paolo Soleri.
Эти ученые скорее назвали бы протобионикой такие постройки как 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А. Г. Эйфеля, которая в точности повторяет строение большой берцовой кости человека, проект моста архитектора П. Солери, напоминающий свернутый лист злака и разработанный по принципу перераспределения нагрузок в стеблях растений и т. д.
Велотрек в Крылатском. Архитекторы: Н. И. Воронина и А. Г. Оспенников.
В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов “доперестроечного” периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.
Среди имен современных зодчих, работающих в направлении архитектурной бионики, выделяются Норман Фостер (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Сантьяго Калатрава (http://www.calatrava.com/#/Selected%20works/Architecture?mode=english), Николас Гримшоу (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Кен Янг (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html), Винсент Калебо (http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) и т. д.
Если какой-либо аспект бионики заинтересовал Вас, пишите нам, и мы расскажем о нем более подробно!
Архитектурное бюро «Inttera».
Архитектурная бионика в недавнем прошлом - это осмысление природных форм в строительных конструкциях, новые возможности архитектурного формообразования.
Архитектурная бионика сегодня (необионика) - это попытка увязать экологические аспекты и высокие технологии с архитектурой.
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.
Немало замечательных сооружений в далеком прошлом человек создал, копируя архитектурные формы растительного мира. Всмотритесь в легкие африканские постройки, и вы увидите в них очертания ульев (рис.4), древневосточные пагоды напоминают стройные ели с тяжело висящими ветками (рис.5), мраморная колонна Парфенона -- олицетворение стройного ствола дерева (рис.6), колонна египетского храма подобна стеблю лотоса(рис.7), готическая архитектура-- воплощение в бесстрастном камне конструктивной логики, гармонии и целесообразности живого.
Вспомните знаменитые Кижи (рис.8). Их купола напоминают луковицы. Церковь в Филях (рис.9), как живой организм, уменьшается с высотой, развивается от центра к периферии. Вся она как бы трепещет, все в ней тонко и гармонично. Храм Василия Блаженного тот же главный ствол, от которого кверху и в сторону идет разветвление и размельчение форм (рис. 10).
Удивительное родство приемов! Словно зодчие договорились об общности своих творческих принципов. Полистав страницы истории строительного дела, можно найти еще множество примеров копирования человеком архитектоники живой природы. Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что древнее строительное искусство было подобно организации живой природы лишь по форме. У природы зодчие учились гармоничности пропорций, логичному распределению объемов здания, подчинению второстепенного главному, верному сочетанию размеров деталей, конструктивной правде, но они не знали главного -- законов формообразования, секретов самоконструирования живого.
Внутренняя организация живого, конструктивная сторона листа, стебля злака и ствола дерева стали объектом исследования ученых более поздних времен. Эти исследования и заложили основу архитектурной бионики.
Яркий пример шубной архитектурной бионики -- полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб.
Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей -- кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы, в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.
Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были придуманы на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.
Мы выяснили, что есть несколько направлений в архитектурной бионике: Конусообразные конструкции, Конструкции с предварительным напряжением, Оболочки, Конструкции, имеющие вид спирали, Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкции. Сейчас мы их и рассмотрим.
Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем - результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений. Закономерно возникла необходимость в создании нового направления в науке, суть которого - находить и исследовать такие секреты. Таким направлением стала бионика, которая объединила в себе познания биологии и техники. Бионика призвана решать инженерно-технические задачи, основываясь на результатах исследований живой материи.
Вот несколько биологических конструкций, используемых в архитектуре:
- паутина - необычайно легкий, экономичный сетчатый материал
- пчелиные соты, воск
- муравьиное гнездо. Принцип его построения напоминает о зданиях, возводимых людьми. Имеются подвальные помещения, каждое из которых имеет свое предназначение
- мягкая мочалка. Ее необычайный узор подходит для изготовления прочных и одновременно элегантных конструкций, которые, например, можно использовать как большие емкости для перевозки воды или масла
- клеточная мембрана. Двойной переплет жировых китаров, обволакивающий живую клетку, уже используется в так называемой микро-архитектуре.
История бионики
Первые попытки использовать бионику в строительстве предпринял Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля известен и как «природа, застывшая в камне». В 1921 г. к теме бионики в архитектуре обращается Рудольф Штайнер Гетеанум.
К началу 1980 г. благодаря многолетним трудам специалистов из ЦНИЭЛАБ (Центральная Научно-исследовательская и экспериментально-проектная лаборатория архитектурной бионики), архитектурная бионика признана как новое независимое направление в архитектуре. За это время построено уже немало зданий в биостиле. К ним относятся здание правления NMB Bank в Нидерландах, здание Сиднейской оперы в Австралии, небоскреб SONY в Японии, «Дом Дельфин» в Санкт-Петербурге и другие.
С большим нетерпением весь мир ожидает осуществления проекта башни-города в Шанхае. Ее форма напоминает форму кипариса высотой 1228 м. Небоскреб будет насчитывать 300 этажей, расположенных в двенадцати вертикальных кварталах. Опорой этого сооружения будут сваи, которые под воздействием тяжести вместо того, чтобы углубляться, будут расширяться по принципу гармошки. Построение такого города-башни поможет в решении проблемы перенаселенности Китая, так как он рассчитан примерно на 100 тысяч жителей. «Кипарис» будет возведен с учетом всех требований архитектурной бионики. Создатели этого проекта Кавьер Пиоф и Роза Тервера скромно заявили: «Природа сделала это до нас и лучше нас».
Бионика в архитектуре - это не просто искривленность очертаний форм, внешнее подобие раковинам моллюсков, птичьей скорлупе, пчелиным сотам, ветвям лесной чащи и т.д. Прежде всего это более удобные, более гармоничные, более надежные пространства жизнедеятельности человека. Метод архитектурной бионики объединяет в себе абстрактное и конкретное - законы математики и эмоции. Он создает предпосылки для синтеза науки и искусства.
Бионика в вашем доме
То, какой стиль мы выберем для своего нового дома или дачи, зависит только от нашей фантазии и материальных возможностей. Бионика доказала, что архитектура - это не только палочки и кирпичики. Применить элементы бионики у себя дома или на участке может каждый.
В интерьере - это, прежде всего, светильники и мебель, формы для которых позаимствованы у самой природы. Их, кстати, можно изготовить своими руками. Большой размах для фантазии предоставляет выбор лестниц (внешних или внутренних). Они могут быть пространственных форм, спиральные, из комбинированных материалов.
Выбирая строительные материалы для дома, лучше отдать предпочтение тем, которые не просто долговечны, но и лучше сохраняют тепло. Это обеспечит в будущем экономию электроэнергии на обогревателях и кондиционерах.
Ландшафт на участке нетрудно сделать неповторимым. Для этого лишь обратите внимание на уже имеющиеся камни, ветви, трещины и т.д. Применив немного фантазии, можно создать альпийскую горку (сооружение из камней и растительности, присущей высокогорному климату).
Если имеется большое старое дерево, не спешите его пилить. Его дупляные полости можно использовать, например, как бар для напитков или даже как беседку для отдыха. Здесь не нужен будет кондиционер, так как даже в зной дерево обеспечит постоянную температуру примерно 22 градуса.
Как показывает практика, потенциал неизученных секретов природы огромен. Не надо только бояться их изучать, не надо ограждаться от природы стенами построек, разрушая при этом наш общий дом.
БИОНИКА В МИРОВОЙ АРХИТЕКТУРЕ
Испокон веков великие умы зодчества ведут поиски новых архитектурных стилей. Начиная от Вавилонской башни и заканчивая архитектурными шедеврами Нового Парижа, человечество искало, находило, воплощало. Опять искало, опять находило и опять воплощало. И так по кругу, до бесконечности. Сегодня миру известно много архитектурных стилей: готика, ренессанс, барроко, модерн, классицизм, бионика и другие. Бесспорно, каждый из этих стилей по-своему интересен и достоин внимания.
Первые попытки использовать природные формы в строительстве предпринял еще Антонио Гауди, знаменитый испанский архитектор XIX в.
Архитектор Антонио Гауди. Парк Гуэля, Барселона
И это был прорыв! Парк Гуэля, или как говорили раньше «Природа, застывшая в камне», восхитительная архитектура частных вилл Каза Батло и Каза Мила – ничего подобного избалованная архитектурными изысками Европа, да и весь мир, еще не видели. Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле. В 1921 году бионические идеи нашли отражение в скульптурно-органическом сооружении Гетеанум, созданном по проекту немецкого философа Рудольфа Штайнера.
Рудольф Штайнер с моделью западного фасада первого Гётеанума
Существует понимание органической архитектуры, как подражание живой природе. Биоморфные элементы осваивали многие архитекторы. Достаточно вспомнить дом Константина Мельникова в Москве, форма и расположение окон которого напоминают пчелиные соты, или творения итальянца Антонио Гауди.
Дом Константина Мельникова в Москве
Но жизнь не стоит на месте, и в середине XX века стал появляться серьезный интерес к бионике. Одним из ведущих архитекторов в области бионики был немецкий инженер Отто Фрай, собравший в 1961 году в Штутгарте единомышленников в группу под названием «Биология и строительство». Сам Фрай занимался легкими конструкциями. Вместе с биологами и инженерами из Политехнического института он хотел разобраться, как происходит строительство тканей и оболочек живых организмов, а потом соединить эти знания с существующими технологиями. Рассматривая диатомеи[Диатомеи - кремнистые водоросли, отдел водорослей. Одноклеточные одиночные или колониальные организмы. Клетки их имеют твердый кремневый панцирь, состоящий из двух половинок ] и паутину, исследователи обнаружили очевидное сходство с собственными разработками. Однако увидели они и важное отличие: живые объекты необычайно сложны и их конструкции не всегда оптимальны, поэтому точное воспроизведение их на практике чаще всего невозможно - такие проекты будут очень дорогими и тяжелыми. Фрай прославился в 1960-1970-х годах созданием павильона ФРГ на Всемирной выставке в Монреале и Олимпийского стадиона в Мюнхене, где он использовал мембранные и эластичные конструкции, главное достоинство которых - легкость и прозрачность.
Олимпийский стадион в Мюнхене. Арх.Отто Фрай
В 2006 году по проекту мексиканского архитектора Хавьера Сеносьяна был построен дом, напоминающий раковину моллюска наутилуса. Черты наутилуса
повторяются не только во внешней форме дома, но также в его спиралеобразном внутреннем устройстве. А в 2007 году под его же руководством в Мехико был закончен дом «Змея»- здание в
виде длинной трубы, плавно огибающей неровности ландшафта. Свои профессиональные взгляды Сеносьян изложил в книге «Биоархитектура». Он считает, что нужно строить небольшие
соразмерные человеку дома в местах с красивой природой, используя при этом природные материалы местного происхождения.
Дои-змея. Арх.Хавьер Сеносьян
Сегодня современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в Нидерландах – здание правления NMB Bank, Австралии – здание Сиднейской оперы. В Монреале – здание Всемирного выставочного комплекса, Японии – небоскреб SONY и музей плодов в Яманаши.
Опера в Сиднее
Именно привлечение в архитектуру знаний бионики сделало возможным начало реализации самого, пожалуй, грандиозного строительного проекта современности, шанхайского «Города-башни». По заявлениям архитекторов, примерно к 2023 году в Шанхае должна быть сооружена содержащая все объекты городской инфраструктуры «башня», население которой составит не менее 100 тысяч человек. «Город-башня» приобретёт форму кипариса высотой более 1200 метров с шириной основания 133 на 100 метров.
Дом Кипарис в Шанхае, корневая система дома кипариса
Тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте, рассчитанном по принципу гармошки, точно так же, как развивается и корневая система дерева. Устойчивость верхних этажей к воздействию ветра будет обеспечена тем, что воздух должен будет проходить сквозь конструкцию башни, не встречая сопротивления. Власти Шанхая, перед которым уже сейчас остро стоит проблема перенаселения, заявляют, что если опыт «Города-башни» окажется успешным, подобных сооружений будет построено несколько.
Бионика в архитектуре – от «принципа машин к принципу жизни, http://www.existenzia.ru/idea/bionika
Инженер и природа, или что такое бионика
Био́ника (от др.-греч. βίον - живущее) - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.
Различают :
биологическую бионику , изучающую процессы, происходящие в биологических системах;
теоретическую бионику , которая строит математические модели этих процессов;
техническую бионику , применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
Название
Название бионики происходит от древнегреческого слова бион - «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.
Биомиметика
В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от др.-греч. βίος - жизнь, и μίμησις - подражание) в значении - подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля.
История развития
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.
Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.
Основные направления работ
Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);
исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;
изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;
исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.
Моделирование живых организмов
Создание модели в бионике - это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей.
И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа - бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.
Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.
Архитектурно-строительная бионика
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.
Яркий пример шубной архитектурной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные (Склеренхима - механическая ткань, которая встречается в органах почти всех высших растений.) тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.
Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.
Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».
Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. Между кварталами - перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты - аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.
Нейробионика
Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительной техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта.
