Hvad er Biomimicry?

HVAD ER...

BIOMIMICRY? DIGITAL ARKITEKTUR? Kasper Guldager Jørgensen

ARKITEKTEN 14 2007

Hvad er?

Koraller opstod for over 500 millioner år siden og bliver hyppigt refereret til som rene økosystemer. En koral opfattes ofte som én organisme, men er faktisk udformet af tusindvis af genetisk identiske individer på omkring 1–2 millimeter i diameter. De findes typisk i tropiske oceaner. Billederne er taget af Mya Breitbart, University of South Florida.

Hvad er Biomimicry?

Af Kasper Guldager Jørgensen „Hvad er?“ omhandler nye terminologier i arkitektfaget, der afspejler nyvindinger i teknikkens og naturvidenskabens verden. det er hensigten at skabe et overblik over nye materialer og teknologier ved at redegøre for historien bag og tage pulsen på udviklingsområder, som mange refererer til, men kun få kender baggrunden for.

Gennem tiderne har Jorden igennem sin evolutionshistorie tilbagekaldt 99 pct. af sine opfindelser. Den verden, vi lever i, er resultatet af 3,8 milliarder års udvikling. Den ene porcent, der er tilbage i dag, bygger på en orden og et rationale, som indeholder store potentialer inden for alle menneskeskabte systemer – herunder naturligvis arkitekturen.

Biomimicry (af græsk: bios = liv, og

mimesis = at imitere) er læren om naturligt skabte strukturer og systemer. Det er en disciplin, der studerer naturens bedste ideer og imiterer disse design, former og systemer til at løse menneskelige problemer. I stedet for at spørge, hvad biomimicry er, burde man stille spørgsmålet: Hvad er naturens natur?

Filosofien er, at naturen allerede rummer svarene på mange af de problemer, vi prøver at løse i dag.

Dyr, planter og mikrober repræsenterer optimerede løsninger. De kan inddrages som fuldendte ingeniører, der kan svare, på hvad der er hensigtsmæssigt, hvad der er vigtigt, og ikke mindst hvad der er bæredygtigt.

At bruge naturen som mentor bygger på en betragtning og evaluering af naturen, der erkender livets evne til at overleve. Det handler ikke om at låne, men om at lære. Takket være naturen har vi for eksempel lært at høste energi som blade, lave

keramik som østers, at lave computere som celler og skabe farver som påfugle.

Naturlig innovation Man kan ikke tale om biomimicry uden at tale om Janine Benyus, kvinden der introducerede biomimicry som begreb i 1997 med udgivelsen af bogen Biomimicry – Innovation Inspired by Nature. Her formulerer hun sin basale teori, at menneskets stræben efter nye løsninger bør findes i naturens eget design.

I 1998 etablerede hun The Biomimicry Guild – en organisation der hjælper forskellige brancher med at bruge naturens svar til at udvikle processer, som er bæredygtige og langtidsholdbare. Produkter der sparer energi og reducerer materialeforbrug.

Biomimicry bygger på naturens egne principper og rejser en række spørgsmål til, hvordan vi bygger og

forbruger. Noget vi som arkitekter bør reflektere over.

The architectural Guide to the Galaxy Energi i naturens verden er mere værdifuld end i vores. Planter er nødt til at indfange og konvertere den fra sollys, og rovdyr er nødt til at jage og fange den. Som resultat af denne knaphed har naturen været nødt til at skabe ekstremt energieffektive design og systemer.

Hvordan skabes ting naturligt uden varme, tryk og efterbehandling?

For eksempel er næsten alle naturskabte materialer produceret ved stuetemperatur. Blåmuslinger har udviklet et epoxylignende klæbemiddel, og østersskaller er et af de stærkeste keramiske materialer i verden.

Naturen er tillige en fantastisk formgiver. Den byder på imponeA R K I T E K T E N 14 2007

55

Fraktaler er geometriske mønstre, der gentager sig selv og dermed kan vokse sig uendeligt store og små. Vi kender det fra snefnug, der alle har forskellige strukturer afhængigt af temperatur og luftfugtighed. Billederne viser naturlige fraktale mønstre i universel skala til noget så håndgribeligt som broccoli.

Tropiske sommerfugle og biller har en ting til fælles: De er transparent brunlige. Den farverigdom, vi oplever, skyldes at overfladen på deres fjer og skjolde bryder og reflekterer lysets stråler på en måde, der skaber farvet lys. Farve uden pigment.

rende strukturer og geometrier – ikke på grund af æstetikken, men fordi form er billig og materialer er dyre. Ved at studere cellulære konstruktioner og kompositte materialers natur kan biomimicry hjælpe med at optimere byggeriet og reducere materialeforbruget. Gode eksempler er opbygningen af vores eget knoglevæv, eller at en plantestængel viser et sammensat mikrounivers af kar og celler, der alle har strukturel og funktionel betydning.

Hvordan optimerer naturen form og funktion uden at skabe materialespild? Spild, som vi kender det, er ikke et naturligt fænomen.

I naturens økosystemer indgår alt i en større helhed. Naturens principper kan instruere os i at optimere frem for at maksimere, krydsbestøve energier og bruge naturlige materialer og processer. Hvordan kan vi implementere denne universelle viden i byggeindustrien?

56

A R K I T E K T E N 14 2007

I dag er man i biologien, kemien og fysikken i stand til at efterligne strukturer i mikroskala. Denne evne til at designe små strukturer og bindinger giver mulighed for at imitere dyr og planters særlige egenskaber.

Her følger en række eksempler på hvordan naturen er blevet fortolket til nye materialer og byggesystemer.

Gekko tape: Hvis 60ernes superhelt var Spiderman, så må fremtidens være Gekkoman. Ved at studere gekkoens evne i naturen til at kunne kravle på alle flader har man opfundet en ny bindingsmetode. Gekkoen kan fæstne sig til vægge, lofter og gulve ved at benytte en tør selvklæbende effekt i sine fødder. Mikroskopiske fimrehår skaber meget små doser af statisk elektricitet, som gekkoen bruger til at holde sig fast.

Det er en metode, stofproducenter benytter sig af. I dag kan man

producere tekstiler, der klæber uden klæbestoffer. Fremtidens tapet kan påføres uden tapetklister og tages af igen lige så nemt. På fremtidens byggeplads holdes byggekomponenter måske sammen med statisk elektricitet i stedet for med søm og skruer som i dag?

Lotus-effekt: Hvad kan et lotusblad fortælle os om at holde overflader rene uden manuel rengøring? På baggrund af bladets evne til at virke afvisende på praktisk talt alt er der udviklet snavs- og vandafvisende overflader.

Vand har to hovedkarakteristika: Dets evne til at binde til sig selv (som vanddråber) og dets evne til at klæbe sig fast til sine omgivelser (som regn på en rude). Jo fladere en overflade er, desto mere klæber vandet på grund af større overfladeberøring. Men en overflade, der har en ujævn struktur med en bestemt

mikroarkitektur, kan reducere de klæbende egenskaber i vand og dermed tvinge vand til at binde til sig selv og danne små kugler.

Det er, hvad der sker på overfladen af et lotusblad. Denne mikroarkitektur er man i stand til at gendanne på for eksempel glas.

Vandkuglerne klæber sig stadig til det snavs og støv, der ligger på overfladen, og tyngdekraften får vand, snavs og støv til at glide af glasset.

Det giver os mulighed for at bygge vandafvisende og selvrensende facader. En proces der vel at mærke ikke koster energi eller bruger kemikalier.

Farverige dyr: Papegøjer, kolibrier, tropiske sommerfugle og biller har en ting til fælles: De er alle transparent brunlige. Den farverigdom, vi oplever, skyldes at overfladen på deres fjer og skjolde bryder og reflekterer lysets stråler på en

Koralrev, Koraller opstod for over 500 millioner år siden og bliver tit refereret til som rene økosystemer. En koral bliver ofte set som én organisme, men er faktisk udformet af tusindvis af genetisk identiske individer på omkring 1-2 millimeter i diameter. De findes typisk i tropiske oceaner. Billederne er taget af Mya Breitbart, University of South Florida.

A R K I T E K T E N 14 2007

57

Isbjørnens karakteristiske hvide pels er i virkeligheden ikke hvid, men gennemsigtig – og under pelsen er den i øvrigt sort. De enkelte hår består af keratin og er pigmentfri, hvilket gør, at solens stråler kan passere uhindret igennem. Isbjørnen fremstår hvid, fordi den reflekterer det synlige lys. Dette er optimalt i forhold til at kombinere camouflage med evnen til at blive opvarmet af solen.

En pukkelhvals finner er kendetegnet ved at have pukler og bukler, hvis udformning sænker vandmodstanden. Samme udformning er blevet testet til også at kunne forøge effektiviteten på en flyvinge med en tredjedel – man kan kun forestille sig, hvad det kunne betyde for reduktion af brændstof.

Kongepingviner har næsten samme kropstemperatur som mennesker (38°). Alligevel overlever de på Nordpolen ved at inkorporere nogle simple regler: Et relativt lille overfladeareal, minimal berøring med isen, en fjerdragt der isolerer på land og et lag fedt der isolerer i vand, de står tæt sammen, og de holder blodtemperaturen i finner og fødder lige over frysepunktet.

måde, der skaber farvet lys. Farve uden pigment.

Refleksionen, der skaber denne lys-interferens kan forklares med strukturfarver, som skabes af nanostrukturer i overfladen. Når disse strukturer kan efterlignes, bliver resultatet nye overfladebelægninger med både funktionelle og miljømæssige fordele.

Det er ofte let at se, hvor elegant naturen løser en bestemt udfordring, men det kan være langt vanskeligere at forstå de underliggende mekanismer. Torben Lenau fra DTU forsker netop i, hvordan biller kan afspejle alverdens farver uden at bruge pigment.

Termitinspireret air conditioning: Afrikanske termitter har en evne til at konstruere deres bolig, så de får en konstant temperatur og luftfugtighed til trods for, at de lever i et klima, hvor temperaturen skifter 58

A R K I T E K T E N 14 2007

mellem 3 og 42 grader. Projektet termes er et godt eksempel på et menneskeskabt projekt, der forsøger at tilegne sig samme egenskaber.

En 3D scanning af termitboet afslørede konstruktionsprincipper med eksterne huller, der ventilerer horisontale passager, som igen er forbundet med en internt spiralerende trappe.

Et kontorhus i Zimbabwe er bygget over de samme principper uden air conditioning. Det bruger ti procent af den energi, en tilsvarende bygning ville forbruge, hvilket betyder en besparelse på 3,5 millioner dollars over en femårig periode.

Fotokatalystiske facader: Fotosyntese kender vi fra planter, hvor lysets energi bliver konverteret til energi. En plante skal bruge vand, sollys og kuldioxid (CO2) for at kunne danne fotosyntese. Med andre ord bruger planter kuldioxid

som et byggemateriale. Denne iagttagelse er brugt til at udvikle facader, der forbrænder kuldioxid.

Fotokatalyse er en anden biokemisk proces, der benytter vand, sollys og kuldioxid til at accelerere nedbrydning af organisk materiale gennem en spaltning af vand på titandioxid. Titandioxid (TiO2), har fået meget opmærksomhed som den foretrukne fotokatalysator til mange formål, først og fremmest fordi produktionen er billig, og fordi den foregår uden kemikalier.

I dag findes der en stribe kommercielle produkter, som er udviklet med udgangspunkt i fotokatalytiske egenskaber, f.eks antibakterielle fliser til operationsstuer, selvrensende beton, selvrensende vinduer, dugfrie sidespejl til bilen med mere.

På et højhus i Wien er der anvendt en fotokatalytisk facade. Beregninger har vist, at 1000 kvadratmeter af denne facade renser luften i et

omfang, der svarer til halvfjerds mellemstore træer. Da bygningen har et overfladeareal på 6800 kvm, renser den lige så meget som 476 træer.

Bygninger med aktive facader kan med andre ord bidrage til bymiljøet.

Denne form for grøn kemi kan skabe miljømæssige argumenter for at placere højhuse i forurenede områder.

Biomimicry, Biomimetik eller Bionik?

Kært barn har som bekendt mange navne. Dette gælder også innovation bygget på naturens egne løsninger.

Biomimetik og bionik er tænkemåder, der blev fremført allerede i 50erne og forsøger at kopiere ønskede løsningsprincipper fra naturen og implementere dem i menneskeskabte produkter og anvendelser.

Ikke nødvendigvis som integrerede biologiske løsninger.

Et af biomimetikkens bedst kendte eksempler er velcrotape,

Gekkoen kan fæstne sig til vægge, lofter og gulve ved at benytte en tør selvklæbende effekt i sine fødder.

Mikroskopiske fimrehår skaber meget små doser af statisk elektricitet.

En plantestængel viser et sammensat mikrounivers af kar og celler, der alle har strukturel og funktionel betydning.

På baggrund af Lotusbladets evne til at virke afvisende på praktisk talt alt er der udviklet snavs- og vandafvisende overflader.

der blev opfundet af en ingeniør fra Schweiz, som havde lagt mærke til, hvordan modhagerne på en burre satte sig fast i pelsen på hans hund. Burrens form inspirerede ham til at udvikle den krogede modhage, der karakteriserer velcro.

Set med biomimicry-optik er velcro første stadie af en fuldbyrdet forståelse af naturen. Ud over blot at imitere form vil en dybere indbefatte naturlige fremstillingsprocesser.

Polymeren i velcro er for eksempel fremstillet ved høje temperaturer og er dermed energikrævende at producere. Det tredje og sidste stadie er at imitere naturens økosystemer. millioner af geniale løsninger Selv om begrebet biomimicry først for nylig er blevet introduceret, har innovation inspireret af naturen eksisteret lige så længe som menneskelig nysgerrighed. Et godt, og måske det klareste, eksempel er

Charles Darwin, der grundlagde den moderne evolutionsteori på baggrund af optegnelser og registreringer af naturen. Hans hovedværk Om Arternes Oprindelse skildrer, hvordan naturen optimerer sig selv gennem en konstant tilpasning.

Mange arkitekter har brugt naturen som inspiration gennem tiderne.

Og ikke uden grund. For ud over at foføre i kraft af formrigdommen og i evnen til at skabe fantastiske geometrier er det er en kendsgerning, at naturens organismer har fundet deres vej, samtidig med de passer på det sted, de lever i.

Biomimicry tager højde for noget meget vigtigt: At sikre ens efterkommere titusinder af generationer fra nu. Det betyder, at vi skal finde på en måde til at gøre det vi gør uden samtidig at ødelægge den verden, der skal sikre vores videre eksistens. Det er den største designudfordring. Heldigvis findes der

millioner af geniale løsninger, som kan berige os med de bedste af naturens ideer.

Kasper Guldager Jørgensen er uddannet fra Arkitektskolen Aarhus og arbejder som afdelingschef for 3XNs udviklingsafdeling „New Materials and Technologies“. Mail:

LiNks

kgj@3xn.dk

www.ted.com (søg på Janine Benyus) www.biomimicryinstitute.org

Artikelserien dækker følgende emner,

www.biomimicryguild.com

som har været eller vil blive bragt i

www.bionics2space.org

ARKITEKTEN : Rapid Prototyping (14-06),

www.biomimicry.net

Intelligente Tekstiler (01-07), Nanoteknologi (03-07), Digital Arkitektur (06-07),

LiTTeraTur

Biomimicry (14-07) samt Virtual Reality

Biomimicry, Innovations Inspired by

i 2008.

Nature, Janine M. Benyus, 1997 Time Magazine, Heroes of the Environment, 2007 Architectural Design: Emergence, 2004 Smart Materials, Axel Ritter, 2007

A R K I T E K T E N 14 2007

59