“Φυσικοποιώντας” την Αρχιτεκτονική: Βιομιμητικές προσεγγίσεις στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό

"Φυσικοποιώντας" την Αρχιτεκτονική Βιομιμητικές προσεγγίσεις στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό

Αθανασία Κλούρα Εμμανουέλα Μυρτάκη Ιούνιος 2021

Ευχαριστούμε θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μας κ. Κωνσταντίνο Σακαντάμη για την καθοδήγηση και την υποστήριξη του κατά την εκπόνηση της ερευνητικής μας εργασίας.

Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών | Πολυτεχνική Σχολή Α.Π.Θ.

"Φυσικοποιώντας" την Αρχιτεκτονική

Βιομιμητικές προσεγγίσεις στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό

Επιβλέπων καθηγητής: Κωνσταντίνος Σακαντάμης Φοιτήριες: Αθανασία Κλούρα | Εμμανουέλα Μυρτάκη Ιούνιος 2021

Περίληψη

Η φύση αποτελούσε ανέκαθεν έμπνευση για τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό. Οι πολιτισμοί αντέγραφαν φυτικά μοτίβα για τον εξωραϊσμό των αρχιτεκτονημάτων τους. Αυτή η αντιγραφή οδήγησε, σταδιακά, στη μελέτη και τη μίμηση των βιολογικών μηχανισμών και των λειτουργιών του φυσικού κόσμου. Η παρούσα εργασία έχει στόχο τη μελέτη της σχέσης φύσης και αρχιτεκτονικής, ενώ παράλληλα ερευνά τους τρόπους με τους οποίους η φύση εισάγεται στην αρχιτεκτονική σύνθεση και στις εφαρμογές βιομιμητικής που παρατηρούνται τόσο στο παρελθόν όσο και στο παρόν. Συγκεκριμένα, μέσω της βιβλιογραφικής ανασκόπησης μελετήθηκε η έννοια της βιομιμητικής αρχιτεκτονικής, καθώς και το πως η τεχνολογία που ενσωματώνει τις βιολογικές αρχές αξιοποιείται προς αυτή την κατεύθυνση. Σε αυτό το πλαίσιο, μέσω της μελέτης περιπτώσεων, η έρευνα κατευθύνθηκε περισσότερο στις σύγχρονες βιομιμητικές προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν την τεχνολογία και απαιτούν τη διεπιστημονική συνεργασία για τον βιομιμητικό σχεδιασμό. Έτσι, διαπιστώνεται η έντονη συσχέτιση βιομιμητικής και τεχνολογίας, καθώς η τεχνολογική έξαρση των τελευταίων χρόνων έχει δώσει τη δυνατότητα ερμηνείας των φυσικών διαδικασιών, οι οποίες θεωρούνται, πλέον, παράμετροι στη σχεδιαστική διαδικασία. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, έχουν αναδυθεί ορισμένα ερωτήματα, τα οποία σχολιάζονται τόσο στα συμπεράσματα κάθε κεφαλαίου όσο και στα συνολικά συμπεράσματα στο τέλος της εργασίας. Λέξεις κλειδιά: Φύση, Αρχιτεκτονική, Βιομιμητική, Βιωσιμότητα, Τεχνολογία

Abstract

All along, nature had stimulated and inspired architectural design. Initially, several civilizations of the past had been replicating natural patterns to embellish their architectural artefacts. This duplication deduced to a progressive mimesis of the biological mechanisms which are evident in nature and their functions. Thus, this study aims to scrutinise the relationship between nature and architecture by addressing the employed procedures which had introduced nature into architectural conception and their current and former implementations. In particular, the literature review presented in this investigation elucidates the very definition of biomimicry in architecture along with the methods which incorporate these biological principles. In that regard, by studying several cases, the review emphasises on modern approaches of biomimicry that utilise the technology and require multidisciplinary collaboration among the scientific community. In that way, the intense correlation between biomimetics and technology can be shown, as the technological progress during the last years has provided the possibility of translating the natural processes, which are now considered as parameters of architectural and design options. Thus, questions which are evident in the literature review are being addressed and commented at each corresponding chapter while a holistic deduction is elucidated in conclusions.

Key words: Nature, Architecture, Biomimicry, Sustainable, Technology

Περιεχόμενα

Εισαγωγή

1

Κεφάλαιο 1 | Η μεταφορά της φύσης στην αρχιτεκτονική σύνθεση

5

1.1 | Η ενσωμάτωση των αρχών της φύσης

7

1.2 | Βιομιμητική και σχετικές βιο-έννοιες

13

1.3 | Από τον βιομορφισμό στην βιομιμητική αρχιτεκτονική

17

1.4 | «Επιστροφή στη φύση», Ζαν-Ζακ Ρουσσώ: Από τις αρχές της φύσης στο βιομιμητικό σχεδιασμό

27

Κεφάλαιο 2 | Η βιομιμητική λογική στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό

31

2.1 | Προσεγγίσεις και επίπεδα βιομιμητικής 2.1.1 | Επίπεδο οργανισμού 2.1.2 | Επίπεδο συμπεριφοράς 2.1.3 | Επίπεδο οικοσυστήματος

33 39 41 43

2.2 | Μορφογενετικές διαδικασίες

45

2.3 | Πτυχές ανάπτυξης του βιομιμητισμού 2.3.1 | Λειτουργική μορφολογία – μορφή και λειτουργία 2.3.2 | Βιοκυβερνητική – τεχνολογία αισθητήρων και ρομποτικά συστήματα 2.3.3 | Νανοβιομιμητική – μοριακή αυτό-οργάνωση και νανοτεχνολογία

53 53 55 61

2.4 | «Οτιδήποτε έχει δημιουργηθεί από τον άνθρωπο υπάρχει ήδη στο σπουδαίο βιβλίο της φύσης», Antonio Gaudi: Από την μεθοδολογία στις εφαρμογές βιομίμησης

67

Κεφάλαιο 3 | Natural Computing: Μελέτη τριών περιπτώσεων

69

71

3.1 | Material computation 3.1.1 | Achim Menges 3.1.2 | Αθροιστική αρχιτεκτονική

79

3.2 | Programming matter 3.2.1 | Neri Oxman 3.2.2 | Skylar Tibbits

83 83 95

3.3 | Biocomputation 3.3.1 | David Benjamin-Fernan Federici 3.3.2 | LabStudio

103 103 105

3.4 | «Η φύση δε γνωρίζει εξαφάνιση παρά μόνο μεταμόρφωση», Αναξαγόρας: Σύγχρονες εφαρμογές βιομίμησης

113

Κεφάλαιο 4 | Συζήτηση - Συμπεράσματα

115

Λεξικό αρχιτεκτονικών όρων

119

Πηγές

125

1

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εισαγωγή

2

«`Η φύσις οὐδὲν μάτην ποιεῖ» έχει πει ο Αριστοτέλης. Πράγματι «η φύση δεν κάνει κάτι δίχως σκοπό» και όλοι οι μηχανισμοί και οι λειτουργίες της έχουν αναπτυχθεί από τους φυσικούς οργανισμούς για την επιβίωσή τους. Αυτούς τους μηχανισμούς προσπαθεί η ανθρώπινη κοινωνία να μιμηθεί με σκοπό την επίλυση των δικών της σύγχρονων περιβαλλοντικών προβλημάτων. Η μίμηση των λειτουργιών και των αρχών της φύσης είναι δυνατή μέσω της υιοθέτησης της βιομιμητικής προσέγγισης που πρώτη φορά εμφανίστηκε στις αρχές του 20ου αιώνα και τις τελευταίες δεκαετίες απασχολεί όλο και περισσότερο τους αρχιτέκτονες. Στόχος της παρούσας εργασίας, που εκπονήθηκε στα πλαίσια της ερευνητικής διπλωματικής εργασίας στο Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών του Α.Π.Θ.,

3

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

αποτελεί η περιγραφή της βιομιμητικής προσέγγισης, όπως αυτή έχει διαμορφωθεί στο πέρασμα του χρόνου, με έμφαση στην έρευνα που πραγματοποιείται σήμερα. Έτσι, διαμορφώνονται τρία κεφάλαια που αναφέρονται στη σχέση φύσης και αρχιτεκτονικής, τη μεθοδολογία και τις εφαρμογές της βιομιμητικής αρχιτεκτονικής καθώς και τα σύγχρονα πεδία έρευνας. Το πρώτο κεφάλαιο αφορά στο πως η φύση επηρεάζει την αρχιτεκτονική σύνθεση. Αναλύοντας, αρχικά, τις αρχές της φύσης καταλήγουμε στη γένεση της βιομιμητικής. Μέσα από ένα περιληπτικό λεξικό βιο-εννοιών αποσαφηνίζεται η σημασία της βιομιμητικής από σχετικούς με αυτή βιολογικούς όρους. Για την καλύτερη κατανόηση, αναλύεται η χρονική πορεία εξέλιξης της βιομιμητικής αρχιτεκτονικής.

Εικόνα: Μακροκλίμακα στη φύση. (Doukhan, 2014)

Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στην ενσωμάτωση της βιομιμητικής λογικής στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό. Περιγράφονται οι τρόποι που μπορεί κανείς να φτάσει στη βιομιμητική ιδέα καθώς και τα επίπεδα εμβάθυνσης που εντοπίζονται. Στη συνέχεια, διερευνάται πως οι γνώσεις της βιολογίας έχουν οδηγήσει στην εξέλιξη των υπολογιστικών προγραμμάτων, τα οποία ενσωματώνουν βιολογικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στην αρχιτεκτονική σύνθεση. Γνωρίζοντας, πλέον, τον τρόπο με τον οποίο η βιολογία και η τεχνολογία συνδέονται, αναλύονται οι τρεις κατευθύνσεις του βιομιμητισμού οι οποίες αναφέρονται στις δυνατότητες που δίνουν τα τεχνολογικά μέσα σε συγκεκριμένες χρονικές περιόδους. Το τρίτο κεφάλαιο ερευνά τις σύγχρονες εφαρμογές της βιομιμητικής στην

αρχιτεκτονική. Συμπεριλαμβάνει την ουσία των δύο προηγούμενων κεφαλαίων, δηλαδή πως οι αρχές και οι μηχανισμοί της φύσης ενσωματώνονται στην αρχιτεκτονική και πως η τεχνολογική πρόοδος συμβάλει στη παραγωγή βιομιμητικής αρχιτεκτονικής. Στο τέλος κάθε κεφαλαίου ακολουθεί μια ενότητα συμπερασμάτων, που συνοψίζει και σχολιάζει όσα αναλύθηκαν. Το κεφάλαιο συζήτησης και συμπερασμάτων συνοψίζει το περιεχόμενο της έρευνας που προηγήθηκε και διατυπώνει ερωτήματα για περαιτέρω διερεύνηση. Η εργασία ολοκληρώνεται με το λεξικό αρχιτεκτονικών όρων, στο οποίο συγκεντρώνονται οι έννοιες που έχουν διατυπωθεί στα επιμέρους κεφάλαια και σχετίζονται με το θέμα που διερευνάται.

4

5

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 1.0: Ιστός αράχνης ως πηγή έμπνευσης: σύμπλεξη-συγκόλληση-ανθεκτικότητα-ελαστικότητα. ( Christenson, 2009)

Κεφάλαιο 1

Η μεταφορά της φύσης στην αρχιτεκτονική σύνθεση

Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Βιομιμητικής, η φύση μπορεί να θεωρηθεί ως μοντέλο, μέτρο και μέντορας για την μίμηση των δομών της. Αναλύοντας τα «3 Μ», η φύση αποτελεί το μοντέλο για την μίμηση των σχεδίων και των διαδικασιών των φυσικών οργανισμών με σκοπό την επίλυση των σύγχρονων ανθρώπινων προβλημάτων. Ως μέτρο, εμπεριέχει αρχές που κρίνουν την ορθότητα των καινοτομιών του ανθρώπου. Τέλος, η φύση νοείται ως μέντορας που καθοδηγεί τη διαδικασία της μάθησης και εισάγει μια εποχή που δεν βασίζεται σε αυτό που ο άνθρωπος μπορεί να εξάγει από τον φυσικό κόσμο αλλά σε ό,τι μπορεί να μάθει από αυτόν.(Biomimicry Institute, 2015)

6

1.1 | Η ενσωμάτωση των αρχών της φύσης Η αντιμετώπιση των σύγχρονων προβλημάτων έχει ως αποτέλεσμα την αναζήτηση βιώσιμων λύσεων εμπνευσμένων από την φύση. Η ολοένα αυξανόμενη συγκέντρωση του πληθυσμού στις αστικές περιοχές με τις όποιες συνέπειες που αυτή μπορεί να έχει σε περιβαλλοντικό επίπεδο – διατάραξη της βιοποικιλότητας, εξάντληση φυσικών πόρων, υπερκατανάλωση ενέργειας, ρύπανση – επιτάσσει την ανάγκη εύρεσης βιώσιμων σχεδιαστικών λύσεων (Εικόνα 1.1). Παράλληλα, η πρόοδος που έχει επιτευχθεί στον τομέα της τεχνολογίας έχει επιφέρει την εξέλιξη στα μέσα σχεδιασμού και κατασκευής ώστε η αρχιτεκτονική να επιτελεί πιο καίρια, σε σχέση με τα προηγούμενα χρόνια, τον ρόλο της ως διαμεσολαβητής μεταξύ της κοινωνίας και του περιβάλλοντος. Η τεχνολογία αυτή μπορεί, επίσης, να εφαρμοστεί ακόμα και σε ξένα περιβάλλοντα με τον μελλοντικό αποικισμό του διαστήματος να αναδύεται. Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων είναι σημαντική τόσο η καινοτομία όσο και η ενσωμάτωση των αρχών της φύσης στην σχεδιαστική διαδικασία.

(Gruber, 2010, σ. 8) Οι αρχές της φύσης, όπως τις διατυπώνει το Ινστιτούτο Βιομιμητικής, συνοψίζονται σε έξι βασικές κατηγορίες και μπορούν να ενσωματωθούν στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό για την ανάπτυξη βιώσιμων λύσεων. Πρόκειται για τις βασικές αρχές οργάνωσης των ιεραρχιών των εξελικτικών διαδικασιών που συναντώνται στη φύση για την επιβίωση και την ανάπτυξη

7

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 1.1: Οι καταστροφικές συνέπειες του υπερπληθυσμού στο περιβάλλον. ((Lokkie, 2015) & Προσωπική επεξεργασία)

των οργανισμών (Σχήμα 1.1). Οι βασικές κατηγορίες περιλαμβάνουν την προσαρμογή στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, την εναρμόνιση και την αντίδραση σε τοπικό επίπεδο, τη χρήση φιλικών προς το περιβάλλον χημικών διεργασιών, την αποδοτική αξιοποίηση των πόρων, την συνεχόμενη ανάπτυξη και την εξέλιξη για την επιβίωση. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, μπορεί κανείς να οδηγηθεί στην επίλυση των αναδυόμενων σχεδιαστικών προβλημάτων έχοντας ως αναφορά τη φύση.

(Biomimicry 3.8, 2016) Η φύση ουσιαστικά χαρακτηρίζεται ως ένα πλούσιο βιβλίο ιδεών για δομές που θα μπορούσαν να είναι πιο αποτελεσματικές από αυτές που συναντώνται στη συμβατική αρχιτεκτονική. Η ουσία της φύσης συνοψίζεται στη φράση που διατύπωσε ο καθηγητής βιομιμητικής Julian Vincent, ο οποίος αναφέρει ότι «στη φύση, τα υλικά είναι ακριβά και η μορφή φθηνή», το αντίθετο δηλαδή από αυτό που συμβαίνει στη τεχνολογία. Με αφορμή την παραπάνω φράση ο αρχιτέκτονας Michael Pawlyn σχολιάζει αναφέροντας ότι στον φυσικό κόσμο γίνεται εξαιρετικά οικονομική χρήση υλικών, που επιτυγχάνεται μέσω της εξελιγμένης εφευρετικότητας της μορφής με τη χρήση αναδίπλωσης, νευρώσεων, έμφυσης και άλλων μέσων για τη δημιουργία αποδοτικών μορφών, όπως συμβαίνει στη δομή του μπαμπού (Εικόνα 1.1.2).(Pawlyn, 2016, σ. 9) Μιλώντας για τα υλικά στη φύση, αυτά δε διαχωρίζονται από τη δομή, σε αντίθεση με την αρχιτεκτονική. Η φύση οργανώνει τη δομή και τα υλικά μαζί μέσω της ιεραρχίας (Pawlyn, 2016, σ. 46). Η ιεραρχία αποτελεί την συστηματική

Σχήμα 1.1: Οι έξι αρχές της φύσης. ((Biomimicry 3.8, 2016) &Προσωπική επεξεργασία)

Εικόνα 1.2: Οι κούφιοι δακτύλιοι-κόμβοι στα μπαμπού επιτρέπουν την καθ’ ύψος ανάπτυξή τους έως 40 μέτρα ενώ παράλληλα εξοικονομούν υλικό. ((McCracken ) & Προσωπική επεξεργασία)

8

οργάνωση σε επίπεδα που κατανέμονται με βάση τα κριτήρια ενός κανονιστικού πλαισίου και υποδιαιρούνται ανάλογα με τις σχέσεις ισχύος, επίδρασης και ελέγχου. Στη φύση, λοιπόν, διακρίνονται τα ενδιάμεσα επίπεδα μεταξύ των πάρα πολύ μικρών δομών, των ατόμων και τον μορίων, και των πάρα πολύ μεγάλων, των γαλαξιών και του σύμπαντος. Αντίστοιχα, στους ζωντανούς οργανισμούς, εμφανίζεται ιεραρχία από τα κύτταρα στα όργανα, στους οργανισμούς, στα είδη, στους πληθυσμούς και στα οικοσυστήματα (Σχήμα 1.2) (Pumain, 2006, σσ. 1, 3). Όταν στο σύστημα δεν παρατηρείται κάποια υποδιαίρεση, τότε, η προσέγγιση χαρακτηρίζεται ως μονολιθική. Γενικότερα, καθώς αυξάνονται τα επίπεδα ιεραρχίας, η δομή γίνεται όλο και πιο αποτελεσματική αναφορικά με την ποσότητα του υλικού που χρησιμοποιείται για την επίτευξη ενός δεδομένου σκοπού (Pawlyn, 2016, σ. 46).

βιόσφαιρα

μεγαοικοσύστηματα

οικοσύστηματα

κοινότητα

πληθυσμοί

οργανισμοί

όργανα

ιστοί

κύτταρα

μακρομόρια

μόρια

άτομα Σχήμα 1.2: Η ιεραρχική οργάνωση των οργανισμών. ((May, 2011) & Προσωπική επεξεργασία)

9

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Και ενώ το έντονο ενδιαφέρον για τη φύση υπάρχει από τις απαρχές της ανθρώπινης ύπαρξης, πλέον, με την επέκταση της επιστημονικής γνώσης και με τα εργαλεία του ψηφιακού σχεδιασμού, υπάρχει η δυνατότητα να επανεξεταστούν οι πρόοδοι στην επιστήμη της βιολογίας. Όπως αναφέρει ο Pawlyn, η βιολογία, εδώ και αιώνες, επηρεάζει τη βιολογική εξέλιξη παράγοντας βελτιστοποιημένες λύσεις. Όταν η βιολογία συνδυάζεται με την ανθρώπινη ικανότητα για τεχνολογικές και ερευνητικές καινοτομίες, αναπτύσσεται η βιομιμητική προσέγγιση, η οποία δίνει την ευκαιρία στους αρχιτέκτονες να αναθεωρήσουν την ποιότητα ζωής των ανθρώπων, αφού ταυτόχρονα αποκαθίσταται και η σχέση τους με το «σπίτι» τους, που ο μηχανικός Buckminster Fuller ονομάζει «διαστημόπλοιο γη» (Εικόνα 1.3).01

01

Εικόνα 1.3: Εξώφυλλο του βιβλίου: "Εγχειρίδιο λειτουργίας για το διαστημόπλοιο Γη" του Buckminster Fuller. (Fuller, 2015)

«Έχω ακούσει συχνά ανθρώπους να λένε:«Αναρωτιέμαι πώς θα ήταν να είσαι σε διαστημόπλοιο» και η απάντηση

είναι πολύ απλή. Τι αίσθηση δίνει; Είναι όλα αυτά που έχουμε ζήσει. Είμαστε όλοι αστροναύτες σε ένα μικρό διαστημόπλοιο που ονομάζεται Γη.», είπε τη δεκαετία του 1960 από τον Buckminster Fuller για να περιγράψει το όραμα του για έναν συνολικό πλανητικό σχεδιασμό που περιλαμβάνει την ανάπτυξη στρατηγικών που επιτρέπουν στην ανθρώπινη κοινωνία να ζει ελεύθερα, άνετα και με αξιοπρέπεια, χωρίς να επηρεάζονται αρνητικά τα οικοσυστήματα της γης και η ικανότητα αναγέννησης. Επιπλέον, ο Fuller τόνισε ότι η τεχνολογία και η τεχνογνωσία προϋπάρχει, ώστε η ανθρωπότητα να μπορέσει να ξεπεράσει με επιτυχία τις παγκόσμιες προκλήσεις.(Buckminster Fuller Institute)

10

Στη βιομιμητική, η φύση δεν αποτελεί μόνο πηγή υλικών αλλά μπορεί να λειτουργήσει ως πηγή έμπνευσης και ταυτόχρονα οδηγός για βιώσιμο και καινοτόμο σχεδιασμό, όπως φαίνεται στο παράδειγμα του Ιαπωνικού τρένου Shinkansen (Εικόνα 1.4) (Cohen & Reich, 2016, σ. 4). Παράλληλα, όμως, με την επιστήμη της βιομιμητικής συχνά αναφέρεται και ο όρος του βιομιμητισμού. Παρότι οι δύο έννοιες συχνά ταυτίζονται, υπάρχει ένα στοιχείο που τις διαφοροποιεί. Η βιομιμητική στοχεύει κυρίως στην ανάπτυξη βιώσιμων λύσεων, ενώ ο βιομιμητισμός αναφέρεται συνήθως στα πεδία της έρευνας όπως αυτό της στρατιωτικής τεχνολογίας. Ο Pawlyn, στο βιβλίο του “Biomimicry in Architecture”, χρησιμοποιεί τις δύο έννοιες ως συνώνυμες (Pawlyn, 2016, σ. 2), άποψη που επιλέγεται και για την παρούσα ερευνητική εργασία.

11

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 1.4: H βιομιμητική στο Ιαπωνικό τρένο Shinkansen: μείωση θορύβου και ηλεκτρικής ενέργειας, αύξηση ταχύτητας. ((Brandis, 2018) & Προσωπική επεξεργασία) ((wlb393, 2021) & Προσωπική επεξεργασία) ((Geoffmead,2014) & Προσωπική επεξεργασία) ((Aquarium Tennessee, 2017) & Προσωπική επεξεργασία)

12

1.2 | Βιομιμητική και σχετικές βιο-έννοιες Οι έννοιες της «βιομιμητικής» και του «βιομιμητισμού» προέρχονται από τα συνθετικά βίος- και -μίμησις. Αναφέρονται στην κατανόηση και την εξοικείωση με τις αρχές που διέπουν τη φύση με στόχο την επίλυση τεχνολογικών προβλημάτων χωρίς, ωστόσο, να γίνεται αυτούσια αντιγραφή της φύσης είτε από υλική είτε από δημιουργική άποψη.(Pohl & Nachtigall, 2015, σσ. 1-2) Οι όροι του «βιονικού», του «βιομιμητισμού» και της «βιομιμητικής» αναπτύχθηκαν κατά την διάρκεια του 20ου αιώνα και, συχνά, θεωρούνται συνώνυμοι. Είναι, όμως, σημαντικό να τονιστεί ότι καθώς διαμορφώθηκαν σε διαφορετικές περιόδους, ο καθένας αντιπροσωπεύει διαφορετικό βαθμό ανάπτυξης της βιομιμητικής αρχής.(Cohen & Reich, 2016, σ. 6) Ο πρώτος ορισμός που εμπεριείχε την ιδέα της έμπνευσης από τη φύση και της μίμησης διαμορφώθηκε το 1960 από τον ιατρό Jack E. Steele. Κατά τη διάρκεια ενός συνεδρίου της αεροπορίας των Η.Π.Α., ο όρος «βιονικός» χρησιμοποιήθηκε ως: «η επιστήμη των συστημάτων που περιλαμβάνει λειτουργίες που αντιγράφονται από τη φύση ή αντιπροσωπεύουν χαρακτηριστικά φυσικών συστημάτων»02(Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 6) Ο ορισμός του «βιομιμητισμού» δόθηκε για πρώτη φορά το 1969 από τον βιοφυσικό Otto Schmitt. Σύμφωνα με τον Schmitt, ο 02

βιομιμητισμός ορίζεται ως: «η μελέτη του σχηματισμού, της δομής ή της λειτουργίας των βιολογικά παραγόμενων υλικών, μηχανισμών και διαδικασιών με σκοπό τη σύνθεση παρόμοιων προϊόντων με τεχνητούς μηχανισμούς που μιμούνται τη φύση»(Cohen & Reich, 2016, σ.

6) Το 1997, η Jαnine Benyus στο βιβλίο της “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature” περιέγραψε τη «βιομιμητική» ως: «τη νέα επιστήμη που μελετά τα μοντέλα της φύσης και στη συνέχεια μιμείται ή εμπνέεται από τα σχέδια και τις διαδικασίες της για την επίλυση ανθρώπινων προβλημάτων»(Cohen & Reich, 2016, σ. 6) Ενώ οι παραπάνω ορισμοί αναφέρονται στη μίμηση των βιολογικών μηχανισμών, υπάρχουν ορισμένοι στους οποίους η φύση λειτουργεί περισσότερο ως πηγή έμπνευσης. Τέτοιοι όροι είναι η «βιο-έμπνευση» και ο «βιομορφισμός». Η «βιο-έμπνευση» και κατά επέκταση ο βιοεμπνευσμένος σχεδιασμός επιτυγχάνεται με την υιοθέτηση γενικών αρχών σχεδιασμού που παρέχει η φύση. Ο «βιομορφισμός» (Εικόνα 1.5, 1.6) σχετίζεται κυρίως με την τέχνη και την αρχιτεκτονική και πρόκειται για μία διαδικασία σχεδιασμού που βασίζεται σε μοτίβα, σχέδια και σχήματα της φύσης.(Cohen & Reich, 2016, σ. 5)

Σήμερα ο όρος αναφέρεται στην ρομποτική και στην αντικατάσταση ή την ενίσχυση της οργανικής ύλης,

του ιστού, των μερών και οργάνων του σώματος με μηχανικό τρόπο.(Gruber, 2010)

13

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 1.5: Το Εθνικό Στάδιο του Πεκίνου ή "Φωλιά του Πουλιού" των Hertzog & de Meuron. (Mutuli) (ΒΙΚΙΠΑΙΔΕΙΑ.2020) (Libertect,2014)

Εικόνα 1.6: To "Kτίριο που Χορεύει" του Frank Gehry στην Πράγα εμπνέεται από την κίνηση ενός ζευγαριού χορευτών. (Howarth, 2018) (Posterazzi).

14

Για την καλύτερη κατανόηση της έννοιας του βιομιμητισμού, αξίζει να επισημανθούν και οι έννοιες της «βιοφιλίας», της «βιο-αξιοποίησης» και της «συνθετικής βιολογίας». Ο όρος της «βιοφιλίας», όπως διατυπώνει ο βιολόγος Edward Osborne Wilson, αναφέρεται στην υπόθεση ότι υπάρχει ένας ενστικτώδης δεσμός μεταξύ των ανθρώπων και των υπόλοιπων ζωντανών οργανισμών. H «βιο-αξιοποίηση» περιγράφει την άμεση χρήση της φύσης με τα διάφορα οφέλη που αυτή έχει, όπως, για παράδειγμα, η χρήση της φύτευσης στα κτίρια που συμβάλλει στην ψύξη τους. Τέλος, η «συνθετική βιολογία» ασχολείται με τον σχεδιασμό και την κατασκευή ζωντανών μερών αλλά και συστημάτων που δεν υπάρχουν στην φύση, καθώς και με τον επανασχεδιασμό των υπαρχόντων συστημάτων διαβίωσης.(Pawlyn, 2016, σ. 3)

νερού στον σχεδιασμό (Biomimicry Institute, 2015). Μάλιστα όπως συμπεραίνει ο Νίκος Σαλίνγκαρος ο βιοφιλικός σχεδιασμός εντοπίζεται στην παραδοσιακή αρχιτεκτονική, αφού στο παρελθόν, έστω και ενστικτωδώς, η αρχιτεκτονική ενσωματώνει ποιότητες χώρου όπου το φυσικό στοιχείο υπερισχύει, τόσο με τις διακοσμήσεις όσο και με τα φυσικά τοπία (Salingaros, 2019). Η βιο-αξιοποίηση, δηλαδή η εκμετάλλευση των φυσικών πόρων, μπορεί να ενσωματωθεί στη βιομιμητική διαδικασία στον βαθμό που θεωρείται βιώσιμη και δεν βλάπτει το περιβάλλον. Πρόκειται, λοιπόν, για έννοιες που χρησιμοποιούνται στον βιομιμητισμό, αλλά σε καμία περίπτωση δεν είναι ταυτόσημες.(Biomimicry Institute, 2015).

Ο βιομιμητισμός ή η βιομιμητική, συχνά, συγχέονται με τον βιομορφισμό, τη βιοφιλία και τη βιο-αξιοποίηση. Ενώ η μίμηση των βιολογικών διαδικασιών προς την κατεύθυνση του βιώσιμου σχεδιασμού αντικατοπτρίζει το αντικείμενο της βιομιμητικής, ο βιομορφισμός έχει να κάνει με την απεικόνιση των διαφόρων μορφών των ζωντανών οργανισμών. Ο βιοφιλικός σχεδιασμός03 τονίζει την χρήση φυσικών υλικών και στοιχείων (Σχήμα 1.3), όπως του αέρα, του ήλιου και του 03

Ο βιοφιλικός σχεδιασμός θεωρείται ευεργετικός και απαραίτητος σε κτίρια δημόσιου χαρακτήρα καθώς

ενισχύει το αίσθημα της κοινότητας. Σύμφωνα με τον αρχιτέκτονα Oliver Heath, η δημιουργία κατάλληλων συνθηκών στο εσωτερικό των κτιρίων συνδέεται με τη φύση. Συνοψίζοντας τa επτά χαρακτηριστικά βιοφιλικού σχεδιασμού που δίνει ο Heath, αυτά είναι: η ποικιλία και η ομαδοποίηση των χώρων, η οπτική επαφή μεταξύ τους, η δημιουργία χώρων που ευνοούν τις απρογραμμάτιστες επαφές, η ύπαρξη χώρων για τους οποίους υπεύθυνοι είναι οι εργαζόμενοι, η ενσωμάτωση των αισθήσεων και, τέλος, η τοποθέτηση σημείων όπου οι εργαζόμενοι θα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. (βλ.(Heath, Jackson, & Goode, 2019))

15

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Φως Αέρας Νερό Βλάστηση Άμεση παρατήρηση φύσης

Ζώα Καιρός Φυσικά τοπία και οικοσυστήματα Φωτιά

Εικόνες της φύσης Φυσικά υλικά Χρώματα της φύσης Προσομοίωση φυσικού φωτός και αέρα Έμμεση παρατήρηση φύσης

Νατουραλιστικά μοτίβα και μορφές Πολυμορφία Aλλαγή και το αποτύπωμα του χρόνου Φυσικές γεωμετρίες Βιομιμητική

Ασφάλεια Οργανωμένη πολυπλοκότητα Ανάγκες χώρου

Ενσωμάτωση των μερών στο σύνολο Μεταβατικοί χώροι Κινητικότητα Κοινωνική κσι οικολογική προσκόλληση στον χώρο

16

Σχήμα 1.3: Βιώματα και γνωρίσματα του βιοφιλικού σχεδιασμού. ((Kellert & Calabrese, 2015) & Προσωπική επεξεργασία)

1.3 | Από το βιομορφισμό στη βιομιμητική αρχιτεκτονική Κατά την αρχαιότητα παρατηρούνται τα πρώτα δείγματα βιομορφισμού στην αρχιτεκτονική. Τα διακοσμητικά μοτίβα των παλατιών και των πυραμίδων στην αρχαία Αίγυπτο θεωρούνται τα πρώτα παραδείγματα του βιομορφισμού. Στην Αίγυπτο, χαρακτηριστική ήταν η μορφή των κολώνων των ναών που θυμίζει τον πάπυρο. Τα φυτικά σχέδια σκαλίζονταν στις κολώνες

Βιομορφισμός 3ος αιώνας π.Χ.

Εικόνα 1.7: Βιομορφισμός σε αρχιτεκτονικά μέλη στην αρχαία Αίγυπτο. (Fletcher, 1905)

17

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

καθώς και στις αιγυπτιακές στήλες δίνοντας μορφές μου έμοιαζαν με κορμούς δέντρων, καλάμια και μίσχους φυτών. Πληθώρα σχεδίων εμπνευσμένα από τη φύση επιλέγονταν και για τη διακόσμηση των κιονόκρανων, με μοτίβα που αναπαριστούν κυρίως τον κρίνο, τον λωτό, τον φοίνικα και τον πάπυρο (Εικόνα 1.7).(Rian & Sassone, 2014)

Η Ισλαμική τέχνη και αρχιτεκτονική χαρακτηρίζεται από την ελεύθερη σχεδίαση μοτίβων. Τα φυτικά μοτίβα και οι οργανικές καμπύλες έδωσαν τη δυνατότητα για την παραγωγή περίπλοκων σχεδίων. Χαρακτηριστικό της τέχνης του Ισλάμ είναι η ανάδυση της ισλαμικής arabesque (Εικόνα 1.9) ως τεχνικής διακόσμησης που αποτελείται από γραμμές και δίνει ροϊκά μοτίβα με κύρια θεματολογία τα λουλούδια και τα φυτά.(Pipes, 2004, σ. 50)

Εικόνα 1.8: Κορινθιακός ρυθμός Λεπτομέρεια κιονόκρανου και ζωοφόρου. (Powers, 2014)

1ος αιώνας π.Χ.

8ος αιώνας μ.Χ.

Αντίστοιχα παραδείγματα συναντώνται στην αρχαία Ελλάδα και στον Ρωμαϊκό πολιτισμό. Οι Έλληνες και οι Ρωμαίοι χρησιμοποίησαν φυτικές μορφές για να διακοσμήσουν τα κιονόκρανα. Τα φυτά και τα δέντρα αποτέλεσαν έμπνευση για τα εξωραϊστικά στοιχεία όπως, για παράδειγμα, η άκανθος που εμφανίζεται στη διακόσμηση των κιονόκρανων του κορινθιακού ρυθμού των Ελλήνων (Εικόνα 1.8) αλλά και των κιόνων του σύνθετου ρυθμού των Ρωμαίων.(Rian & Sassone, 2014)

Εικόνα 1.9: Tα φυτικά μοτίβα της Ισλαμικής Arabesque. (Negi, 2006)

18

Στον Μεσαίωνα, ο Ρωμανικός ρυθμός έδωσε πλήθος διακοσμητικών στοιχείων στην αρχιτεκτονική της περιόδου με την αρχική μορφή της ακάνθου και του παπύρου, πολλές φορές να αλλάζει σε βαθμό που καθιστά δύσκολη την αναγνώρισή της. Στον Γοτθικό ρυθμό χαρακτηριστική είναι η ποικιλία των φυτικών διακοσμήσεων με πλήθος φυτών, φρούτων και ζώων να αναπαρίστανται πάνω σε λαξευμένη πέτρα και ξύλο (Εικόνα 1.10) (Paulus, 1872). Παράλληλα στη Γοτθική αρχιτεκτονική

αρχίζουν να αναζητούνται λύσεις που υπάρχουν στην φύση για την ανάπτυξη βιοεμπνευσμένων δομών. Οι ελαφριές γοτθικές κατασκευές θυμίζουν τις δομές φυτών που υποστηρίζονται από ιστούς με ραβδώσεις. Σε αυτές τις κατασκευές η μεγαλύτερη ποσότητα υλικού παρατηρείται εκεί όπου συγκεντρώνεται το φορτίο, καθιστώντας ελαφρύτερα τα υπόλοιπα μέρη (Εικόνα 1.11) (Lampugnani, 1989, pp. 94119).

Βιοέμπνευση 11ος αιώνας μ.Χ.

Εικόνα 1.10: Γλυπτικός διάκοσμος στη Γοτθική Αρχιτεκτονική. (Akande, 2017)

19

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 1.11: Η κατασκευή των γοτθικών ναών.

(Hall) ( Guenette)

Στις περιόδους που διαδέχθηκαν τον Μεσαίωνα εξακολουθούσαν να παράγονται τόσο βιομορφικά μοτίβα όσο και βιοεμπνευσμένα σχέδια. Ιδιαίτερα κατά την περίοδο που άνθισε το Baroque και το Rococo (Εικόνα 1.13), οι διακοσμήσεις με θεματολογία επιλεγμένη από τη φύση αποτέλεσαν κεντρικό στοιχείο. Φυτά και λουλούδια δεσπόζουν στην διακόσμηση των αρχιτεκτονημάτων αποτελώντας έμπνευση για περίπλοκες συνθέσεις.(Rian & Sassone, 2014)

Εικόνα 1.12: Σχέδιο του Leonardo da Vinci για ιπτάμενη μηχανή που εμπνέεται από τα φτερά της νυχτερίδας. (Wikipedia, 2021)

15ος αιώνας μ.Χ.

H επίλυση σχεδιαστικών προβλημάτων με έμπνευση από τη φύση καθίσταται ακόμα πιο σημαντική την Αναγέννηση. Ο Leonardo da Vinci παρατήρησε την ανατομία του πτηνών και την αλληλοκάλυψη των πούπουλων τους κατά την διάρκεια της πτήσης τους (Εικόνα 1.12). Βάσει των παρατηρήσεών του, δημιούργησε σχέδια ιπτάμενων μηχανών04 που, ωστόσο, δεν εφαρμόστηκαν με επιτυχία αφού η αναζήτηση της ομοιότητας της φυσικής μορφής υπερίσχυε της αναζήτησης των λειτουργικών αρχών.

(Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 2) Αντίστοιχα, η αρχιτεκτονική του καθεδρικού ναού της Φλωρεντίας του Filippo Brunelleschi εμπνέεται από κελύφη των αυγών.(Pawlyn, 2016, σ. 5) 04

17ος αιώνας μ.Χ.

Εικόνα 1.13: Ύφος Ροκοκό στο εσωτερικό του ξενοδοχείο Varengeville από τον Nicolas Pineau.

(Wikipedia, 2021)

Στις αρχές του 20ου αιώνα, τα αδέρφια Wright παρατήρησαν ότι η συστροφή των φτερών των πουλιών

ήταν υπεύθυνη για τον έλεγχο της πτήσης τους. Το χαρακτηριστικό αυτό επηρέασε την διατύπωση της αεροδυναμικής τους θεωρίας που οδήγησε στην δημιουργία του πρώτου αεροσκάφους.(βλ. (Goel, McAdams, & Stone, 2014))

20

Με την εμφάνιση του Art Nouveau και την ευρεία χρήση του μετάλλου, παρατηρείται η κορύφωση της χρήσης διακοσμητικών μοτίβων με θέμα τη φύση. Εμφανίζονται διάφορες φυτικές μορφές που συντίθενται με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούνται οι περίπλοκες συνθέσεις της περιόδου. Η παρατήρηση των δομών της φύσης έδωσε, εκτός των φυτών και των λουλουδιών, την έμπνευση στους καλλιτέχνες για την υιοθέτηση καμπυλών και σπειροειδών γραμμών (Εικόνα 1.14). (Pawlyn, 2016, σ. 5)

Εικόνα 1.15: Η αρχιτεκτονική του Antonio Gaudi. (Προσωπικό αρχείο)

Antonio Gaudi 19ος αιώνας μ.Χ.

Με άμεση επιρροή από το Art Nouveau καθώς και την ισλαμική τέχνη και τον πρώιμο Μεσαίωνα, ο Antonio Gaudi παρατήρησε προσεκτικά τη φύση με αποτέλεσμα την ανάπτυξη πλαστικών μορφών, οργανικής διακόσμησης και προηγμένων στατικών

Εικόνα 1.14: Στοιχεία του κινήματος Art Nouveau στην οικεία Tassel στις Βρυξέλλες. (Wikipedia.2021)

21

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

συστημάτων (Pearson, 2001, σ. 34). Το στατικό σύστημα του ναού της Sagrada Familia αποτελείται από κολώνες που μιμούνται τα δέντρα και είναι ικανές να φέρουν τα φορτία των υπερβολοειδών θόλων. Ο Gaudi σχεδίασε ένα πλήθος από κολώνες οι οποίες γέρνουν ελαφρώς και καταλήγουν σε διάφορες διακλαδώσεις, καθιστώντας με αυτόν τον τρόπο εφικτή την στήριξη του ναού (Εικόνα 1.15) (Ahuja, 2016, σ. 231).

Η επιρροή του βιομορφισμού είναι εμφανής και στην αρχιτεκτονική του μοντέρνου κινήματος, όπως αναφέρει ο Pawlyn παραθέτοντας ορισμένα παραδείγματα. Ο Le Corbusier στα σχέδια των λουτρών των κεντρικών γραφείων της εταιρείας Olivetti χρησιμοποιεί ως αναφορά τη διαδικασία καθαρισμού των αποβλήτων του σώματος από τα νεφρά (Εικόνα 1.16). Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί, επίσης, ο τερματικός σταθμός TWA του Eero Saarinen, όπου μορφές της φύσης χρησιμοποιούνται για την ποιητική απόδοση της λειτουργίας του κτιρίου. Τέλος, Ο Frank Lloyd Wright στο έργο του Johnson Wax εμπνεύστηκε από τη μορφή των νούφαρων για τις κολώνες του κτιρίου.(Pawlyn, 2016, σσ. 3-4)

Εικόνα 1.16: Le Corbusier, Olivetti. (Pawlyn, 2016)

Μοντέρνο Κίνημα Οργανική Αρχιτεκτονική

20ος αιώνας μ.Χ.

Ενώ η βιοέμπνευση αναζητά την ενσωμάτωση της φύσης στην αρχιτεκτονική, στην Αμερική εμφανίζεται η οργανική αρχιτεκτονική που προωθεί την ενσωμάτωση της αρχιτεκτονικής στην φύση. (Ripley & Bhushan, 2016) Ο Αμερικανός αρχιτέκτονας Louis Sullivan, μετά από τη μελέτη της φύσης, διαμόρφωσε την άποψη ότι η μορφή ακολουθεί τη λειτουργία και βάσει αυτής ασχολήθηκε με τον οργανικό σχεδιασμό και την επιλογή φυτικής διακόσμησης στα κτίριά του (Εικόνα 1.17) (Living Architecture, 2017). Ο όρος της οργανικής αρχιτεκτονικής, όμως, επινοήθηκε από τον Frank Lloyd Wright για

την περιγραφή της διαδικασίας σχεδιασμού η οποία έχει ως αποτέλεσμα την αρμονική συνύπαρξη του φυσικού κόσμου και της αρχιτεκτονικής, ώστε τόσο το εσωτερικό όσο και το εξωτερικό περιβάλλον να αποτελούν μέρος μιας ενοποιημένης σύνδεσης (Εικόνα 1.17). Η οργανική προσέγγιση του Wright στρέφεται στη δημιουργία αρχιτεκτονικής στην φύση, χρησιμοποιώντας τοπικά υλικά με χαρακτηριστικές επιρροές από την ασυμμετρία του φυσικού κόσμου και τις δυναμικές μορφές της γοτθικής αρχιτεκτονικής (Pearson, 2001, σ.

38).

22

Εικόνα 1.17: Διαμόρφωση εισόδου καταστημάτων από τον Louis Sullivan στο Σικάγο. (Berman, 2016)

Εικόνα 1.18: Προσαρμογή στο τοπίο βασικό χαρακτηριστικό της οργανικής αρχιτεκτονικής του Frank Loyd Wright. (Cormack, 2020)

Βιομιμητική 20ος αιώνας μ.Χ. Στις αρχές του 20ου αιώνα εμφανίζεται από τον μηχανικό George Michell σε δημοσίευση του με τίτλο “The limits of economy of material in frame-structures” η πρώτη κρίσιμη προσέγγιση για τη δημιουργία μορφών στην μηχανική εμπνευσμένων από την φύση. Έπειτα, ακολούθησε η έκδοση του βιβλίου “On Growth and Form”, το 1917, από τον νατουραλιστή και μαθηματικό D’Arcy Thompson που τονίζει την επίδραση των δομικών απαιτήσεων στις μορφές των φυτών και των ζώων. Ο Thompson, μάλιστα, αναφέρει για πρώτη φορά ότι τα έμβια όντα πρέπει να αντιμετωπίζονται ως παραδείγματα για την λύση μηχανικών προβλημάτων.(Oxman, Material-based Design Computation, 2010, σ. 46)

23

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Αρχιτέκτονες και μηχανικοί όπως οι Richard Buckminster Fuller και Frei Otto ασχολήθηκαν την δεκαετία του 1950 με την παρατήρηση της φύσης και τον βιομιμητισμό. Η έρευνα του Fuller εντοπίζεται στην κατασκευή του γεωδαιτικού θόλου αναλύοντας τη σφαιρική μορφή τον ακτινόζωων (Εικόνα 1.19). Ο Otto με την βοήθεια της τεχνολογίας μετέφρασε τις λειτουργίες της φύσης για να προσδώσει παρόμοια αισθητικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά στα κτίρια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της αρχιτεκτονικής του αποτελούν οι κολώνες που βρίσκονται στο αεροδρόμιο της Στουτγάρδης (Εικόνα 1.20). Για τον σχεδιασμό διενεργήθηκαν μελέτες πάνω στις γωνίες διακλάδωσης, τις αναλογίες πάχους και των διαστάσεων των κλαδιών με σκοπό τη βελτιστοποίηση της κατασκευής.(Pohl & Nachtigall, 2015, σσ. 2-3, 29)

1990

1950

Εικόνα 1.19: Μουσείο Περιβάλλοντος στο Μόντρεαλ από τον Richard Buckminster Fuller. (Martin, 2016)

Εικόνα 1.20: Στατικό σύστημα αεροδρομίου της Στουτγάρδης από τον Frei Otto. (Rikysongsu, 2017)

Τις τελευταίες δεκαετίες, η έννοια του βιομιμητισμού λαμβάνει όλο και μεγαλύτερες διαστάσεις. Ο καθηγητής βιομιμητικής Julian Vincent, στις αρχές της δεκαετίας του 1990, διατύπωσε την άποψη ότι η μελέτη της φύσης μέσω της βιομιμητικής προσέγγισης είναι ικανή να δώσει κοινές λύσεις στη βιολογία και τη μηχανική που αυξάνουν την αποτελεσματικότητα και την εξειδίκευση. Στην ίδια λογική, ο καθηγητής βιολογίας, Steven Vogel αναφέρει ότι o βιομιμητισμός έχει ως στόχο τη δημιουργία μηχανικών συστημάτων που λειτουργούν όπως τα ζωντανά συστήματα ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που η απόδοση και η μορφολογία του ζωντανού οργανισμού υπερβαίνει την τρέχουσα τεχνολογία.(New & Ng, 2020, σ. 3)

24

Η έννοια της βιομιμητικής έγινε, όμως, ευρέως γνωστή και καθιερώθηκε το 1997 από την Janine Benyus. Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, η Benyus εισήγαγε τον βιομιμητική ως μια νέα επιστήμη που εμπνέεται από τη φύση με σκοπό την επίλυση προβλημάτων. Ο ορισμός της, βέβαια, καλύπτει ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων που δεν αφορά μόνο την αρχιτεκτονική και τη μηχανική, αλλά επεκτείνεται μέχρι τις επιχειρήσεις, την στρατηγική ή ακόμα και την ψυχολογία.(Cohen & Reich, 2016, σ. 6)

21ος αιώνας μ.Χ.

1997 Φτάνοντας στη σημερινή εποχή, η επιστήμη της βιομιμητικής στις εφαρμογές της αρχιτεκτονικής έχει λάβει μεγάλες διαστάσεις με ιδιαίτερη έμφαση να δίνεται πλέον στα πεδία της ρομποτικής και της επιστήμης υλικών. Όπως αναφέρει ο Michael Pawlyn05 , ιδρυτής του αρχιτεκτονικού γραφείου Exploration Architecture που ασχολείται με τη βιομιμητική αρχιτεκτονική και τον βιώσιμο σχεδιασμό, όλο και περισσότεροι αρχιτέκτονες και ερευνητικές ομάδες πανεπιστημίων επιλέγουν να αναπτύσσουν βιώσιμα σχέδια που βασίζονται στους μηχανισμούς της φύσης.(Pawlyn, 2016, σ.

6) 05

Μαζί με τον Steve Tompkins ίδρυσε το 2019 το κίνημα Architects Declare για την αντιμετώπιση της

κλιματικής κρίσης και της μείωσης της βιοποικιλότητας. Αναγνωρίζοντας την επίπτωση της κατασκευής των κτιρίων στην κλιματική αλλαγή και στην αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, τα αρχιτεκτονικά γραφεία που συμμετέχουν στη δράση υποστηρίζουν τον αναγεννητικό σχεδιασμό και την δημιουργία αυτοσυντηρούμενων συστημάτων σε κτίρια, πόλεις και υποδομές.(βλ. (Declare, 2019)

25

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

26

Εικόνα 1.21: Συγκρότημα γεωδαιτικών θόλων στο Eden Project στην Κορνουάλη. (Webb)

1.4 | «Επιστροφή στη φύση», Ζαν-Ζακ Ρουσσώ*: Από τις αρχές της φύσης στο βιομιμητικό σχεδιασμό Η δυνατότητα μελέτης των φυσικών μηχανισμών, χάρη στην εξέλιξη της τεχνολογίας, καθιστά δυνατή την εφαρμογή των αρχών που προκύπτουν στον σχεδιασμό. Σε αυτό το πλαίσιο, αρχιτεκτονική και βιολογία συνεργάζονται με σκοπό την υιοθέτηση της βιομιμητικής προσέγγισης που εμπνέεται από τη φύση για την ανάπτυξη βιώσιμων σχεδιαστικών επιλύσεων. Αυτή η στροφή προς τη φύση προσφέρει τη δυνατότητα ανάπτυξης βιώσιμων λύσεων που συμβαδίζουν με τις αρχές του φυσικού κόσμου και δεν τον βλάπτουν. Κατά καιρούς έχουν διαμορφωθεί έννοιες που θεωρούνται συνώνυμες με τη βιομιμητική, όπως αυτές του βιονικού και του βιομιμητισμού, που, όμως, αναφέρονται σε διαφορετικά χρονικά πλαίσια και ως εκ τούτου η εννοιολογική τους σημασία διαχωρίζεται. Συχνά, η βιομιμητική σχετίζεται και με άλλες βιο-έννοιες, όπως η βιοφιλία, η βιο-αξιοποίηση και η συνθετική βιολογία. Άλλες, όπως ο βιομορφισμός και η βιοέμπνευση, αναφέρονται περισσότερο στη μορφή της φύσης παρά από στις λειτουργίες της. Επομένως, η βιομιμητική αποτελεί μια πολύπλοκη έννοια που συνδέεται με άλλες βιολογικές έννοιες αλλά η σημασία της διαχωρίζεται σαφώς από αυτές. Αν και η βιομιμητική αρχιτεκτονική εισάγεται πρώτη φορά κατά τον 20ο αιώνα, η φύση, από τα αρχαία χρόνια, αποτελούσε τη βάση της

έμπνευσης και επηρέαζε τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό μέσω των μορφών και των μηχανισμών της. Η πορεία προς τη βιομιμητική αρχιτεκτονική ξεκινά από τον βιομορφισμό και έπεται η βιοέμπνευση, ο Gaudi και η οργανική αρχιτεκτονική του μοντέρνου κινήματος. Για τη διαχείριση της παραπάνω πληροφορίας, που αναλύθηκε εκτενώς στο υποκεφάλαιο 1.3: Από τον βιομορφισμό στη βιομιμητική αρχιτεκτονική, επιλέχθηκε η δημιουργία του Σχήματος 1.4, που συνδέει τις αντίστοιχες έννοιες. Έτσι, εξήχθει το συμπέρασμα ότι υπάρχουν διαχρονικές διασυνδέσεις μεταξύ των όρων, που μπορεί να δικαιολογηθούν από το γεγονός ότι η κάθε χρονική περίοδος χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη ιστορικών κειμένων που επηρεάζουν τις αντιλήψεις των κοινωνιών που ακολουθούν. Συγκεκριμένα, ο βιομορφισμός συνδέεται με τη βιοεμπνευσμένη αρχιτεκτονική μέσω του Γοτθικού ρυθμού και με την οργανική αρχιτεκτονική μέσω του μοντέρνου κινήματος. Επίσης, ο βιομορφισμός και η βιοέμπνευση σχετίζονται άμεσα με την αρχιτεκτονική του Gaudi, που επηρεάζεται από το Ισλάμ, τον Μεσαίωνα και το Art Nouveau. Ωστόσο, η βιομιμητική αρχιτεκτονική έχει αναπτυχθεί ανεξάρτητα από τις παραπάνω έννοιες, αν και συνυπάρχει με την οργανική αρχιτεκτονική. Πλέον, η ενσωμάτωση των αρχών της φύσης στην αρχιτεκτονική σύνθεση αποτελεί στόχο όλο και περισσότερων αρχιτεκτόνων.

* Ρητό του Ελβετού φιλοσόφου Ζαν - Ζακ Ρουσσώ, που θεωρούμε ότι συμπυκνώνει το περιεχόμενο του κεφαλαίου 1.

27

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

28

Antonio Gaudi

Βιοέμπνευση Ρωμανικό

Γοτθικό

Μεσαίωνας

Αναγέννηση

Ισλάμ

Μπαρόκ Ροκοκό Art Nouveau

Αρχαία Ελλάδα Ρώμη

Μοντέρνο κίνημα

Αρχαία Αίγυπτος

Βιομορφισμός

Φύση

29

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Richard Buckminster Fuller Frei Otto

Julian Vincent Steven Vogel

Janine Benyus

Οργανική αρχιτεκτονική George Mitchell D’Arcy Thompson

21ος αιώνας

Βιομιμητική

30

Σχήμα 1.4: Δενδροειδές διάγραμμα ιστορικών στοιχείων(Προσωπική επεξεργασία)

Εικόνα 2.0: συμβάλει σημαντικά στη γονιμοποίηση των άνθεων των φυτών, διασφαλίζοντας τη διαιώνιση του την Αρχιτεκτονική 31 Η μέλισσαΦυσικοποιώντας ανθρώπινου είδους. (Radic, 2016)

Κεφάλαιο 2

Η βιομιμητική λογική στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό

Σύμφωνα με την Janine Benyus, αρχιτέκτονες και μηχανικοί οφείλουν να μιμηθούν τα φυσικά συστήματα και τον τρόπο που αυτά διαχειρίζονται τις δικές τους καθημερινές προκλήσεις, όπως η αναζήτηση τροφής, νερού, καταφυγίου, που είναι κοινές σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Η αρμονία της φύσης που λειτουργεί σαν σύστημα αποτελεί μάθημα για τις σημερινές κοινωνίες που λειτουργούν περισσότερο ατομικά. Στη φύση εντοπίζονται εκατομμύρια βιομιμητικές ιδέες που διαμορφώθηκαν και δοκιμάστηκαν από τους οργανισμούς της, κατά τη μακραίωνη ιστορία της, και αποτελούν επιλύσεις του φυσικού κόσμου στις κοινές προκλήσεις όλων των ζωντανών οργανισμών. (Benyus, 1997, σ. 4)

32

2.1 | Προσεγγίσεις και επίπεδα βιομιμητικής Η βιβλιογραφία διακρίνει δύο προσεγγίσεις που οδηγούν στην ανάπτυξη μιας βιομιμητικής ιδέας. Αυτές οι δύο προσεγγίσεις αναφέρονται με διαφορετικές έννοιες που όμως έχουν την ίδια σημασία. Ο «σχεδιασμός που παρατηρεί τη φύση» (design looking to biology) ταυτίζεται με την προσέγγιση «από την κορυφή προς τη βάση» (topdown) αλλά και την «έλξη της τεχνολογίας» (technology pull). Αντίστοιχα «η βιολογία ως έμπνευση για τον σχεδιασμό» (biology influencing design),

κορυφή» (bottom-up) που εμφανίζεται και με την έννοια της «ώθησης της βιολογίας» (biology push) (Aziz & El sherif, 2015) (Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 31). Οι παραπάνω βιομιμητικές προσεγγίσεις αποτελούνται από μια σειρά βημάτων που διαμορφώνουν τέσσερις τομείς στους οποίους η βιομιμητική παρέχει τη μεγαλύτερη αξία στην σχεδιαστική διαδικασία και που συνοψίζονται στην οριοθέτηση του πλαισίου, την ανακάλυψη, τη δημιουργία και την αξιολόγηση (Σχήμα 2.1)

αφορά στην προσέγγιση «από τη βάση προς την

(Biomimicry 3.8, 2016).

πλ ησ η

αισίου

τ ός θέ ο ρισμισίου ι ο ρ ι α δ Ο οσ ύ π λ

Πρ ενικο γ

Αναγ ν βασ ώρισ ι

λειτο κ ής υργ ίας

η

Ανα κ ά λυ ψ

βάσ η των αρχών τ ης φύσ ης

η

α

ίμ τ Μ διασ χών ε ρ

Εύ

η ησ ικών

Αξιολόγ ησ η

Αξιολόγ ησ η

α

τω σ η ωμά ης Ενσρχών φύσ

προ ρεσ η τ φ ύπ ύ σ η ων ς

ισ ν β ιο ε μ π ν ε υ σ Ορ λογικώών ιδεών μένω ν βιοατ ηγικ ρ σχ στ

μός

Π λ ήθ ο

ς

Δ η μ ι ο υργ ία

Σχήμα 2.1: Τα βήματα που ακολοθούνται στις βιομιμητικές προσεγγίσεις. ((Biomimicry 3.8, 2016) & Προσωπική επεξεργασία)

33

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

αποτελέσματα, ακολουθεί περαιτέρω έρευνα των βιολογικών αρχών. Μία ή περισσότερες επαναλήψεις των βασικών κύκλων έρευνας μπορούν επομένως να οδηγήσουν σε βελτιστοποιημένες λύσεις ακόμα και αν υπάρχει περιορισμός στις υφιστάμενες βιολογικές γνώσεις.(Speck & Speck, 2008)

ι Ορ

οθ

ση έτη

π λα ι

σ ίου

ς ισ μ ό ιο ρ λ α ι σ ί ο υ δ σ π

ρ ο ι κο ύ

Π εν γ

Ανα γ ν

β α ώρ λ ε ιτ ο σ ι κ ή ς ισ η υργ ί ας

τω σ η ω μά ης Ενσ χών φύσ ψη

Α ξ ιολόγ η σ η

α

Μ εδ χώ ρ

λυ

Α ξ ιολ όγ η σ η β ά σ η τ ων α ρ χ ών η ν τ η ς φύ σ η ς η σ κώ ίμ ιασ τ ι ν

Ανα κά

Εύρ

π ρ ο εσ η τ φύ ύ π ω ση ν ς

μό ς

Π λήθ ο

Δημι

ουρ

γ ία

μεταφράζονται σε σχεδιαστικές αρχές που θα δώσουν πλήθος βιο-εμπνευσμένων ιδεών και θα μπορούν να εφαρμοστούν στην επίλυση της

Στην παραπάνω προσέγγιση έρχεται να προστεθεί και η «διευρυμένη από την κορυφή προς τη βάση» (extended top-down) προσέγγιση, όπου η διαδικασία είναι παρόμοια με την απλή «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση. Σε αυτή την περίπτωση, όταν η γνώση που υπάρχει στη βιολογία είναι περιορισμένη, μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας και τα πρώτα

αρ

Στον ιεραρχικό σχεδιασμό από το γενικό προς το ειδικό χρειάζεται πρώτα απ’ όλα να προσδιοριστεί το πλαίσιο, δηλαδή το ζητούμενο – πρόκληση και στην συνέχεια να αναγνωριστεί η βασική λειτουργία που η σχεδίαση πρέπει να επιτελέσει. Αφού ενσωματωθούν οι κατάλληλες αρχές που εντοπίζονται στη φύση, που αναλύθηκαν στο υποκεφάλαιο 1.1: Η ενσωμάτωση των αρχών της φύσης, χρειάζεται να βρεθούν τα πρότυπα της φύσης, οι οργανισμοί ή τα οικοσυστήματα που ορίζουν βιολογικές στρατηγικές για την επίλυση της ζητούμενης λειτουργίας. Στη συνέχεια, αυτές οι στρατηγικές

αρχικής πρόκλησης. Μέσω της αφαίρεσης μόνο ορισμένες από αυτές θα μιμηθούν σχεδιαστικές αρχές για την εξέλιξη της σχεδιαστικής ιδέας που στο τέλος θα αξιολογηθεί βάση των αρχών της φύσης (Σχήμα 2.2).(Biomimicry 3.8, 2016)

β ιο ε μπ ν ε υ ς ισ σμ Ορ ι κώ ν έ ι δ ε ώ λ ο γ ι κώ ν ν ν ων βιορ α τ ηγ σχ στ

Σχεδιασμός που παρατηρεί τη φύση / «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση Η πρώτη προσέγγιση αφορά στην «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση και αναφέρεται στη παρατήρηση του φυσικού κόσμου και τον τρόπο που οι οργανισμοί ή τα οικοσυστήματα επιλύουν παρόμοια προβλήματα με αυτά των ανθρώπων με τους σχεδιαστές να θέτουν εξαρχής τους αρχικούς στόχους και τις παραμέτρους του σχεδιασμού (Zari & Storey, 2007). Σε αυτή την περίπτωση, η κατεύθυνση της ανάπτυξης προκύπτει από το ερώτημα που θέτει ο τεχνολογικός κόσμος στη βιολογία σχετικά με την ύπαρξη παρόμοιων στρατηγικών που εντοπίζονται στη φύση (γενικό) για την επίλυση του συγκεκριμένου τεχνολογικού προβλήματος (ειδικό). Έτσι, ένα τεχνολογικό προϊόν μπορεί να αποκτήσει νέες και βελτιωμένες ιδιότητες με την ερμηνεία και την εφαρμογή των βιολογικών αρχών.(Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 31)

Σχήμα 2.2: Η «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση. ((Biomimicry 3.8, 2016) & Προσωπική επεξεργασία)

34

ός ρ ισ μ δ ιο π λ α ι σ ί ο υ σ ο ύ

ο Πρ ν ι κ

γε

Ανα γ ν

β α ώρ λ ε ιτ ο σ ι κ ή ς ισ η υργ ί ας

ψη

Α ξ ιολόγ η σ η

α

Μ εδ χώ ρ

λυ

Α ξ ιολ όγ η σ η β ά σ η τ ων α ρ χ ών η ν τ η ς φύ σ η ς η σ κώ ίμ ιασ τ ι ν

Ανα κά

μό ς

Π λήθ ο

Δημι

ουρ

γ ία

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

α ισ ίου

Εύρ

35

ιο θ

η πλ

τω σ η ω μά ης Ενσ χών φύσ

Σε αυτή την προσέγγιση η ιεραρχία διαφοροποιείται ποιοτικά σε σχέση με την «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση, αφού η σειρά ακολουθίας διαμορφώνεται από το ειδικό στο γενικό. Έτσι, αρχικό βήμα είναι η εύρεση των προτύπων της φύσης που ορίζουν έναν στρατηγικό στόχο. Τη μετάφραση σε σχεδιαστικές αρχές ακολουθεί η αναγνώριση της ίδιας βασικής λειτουργίας αναφορικά με το πρότυπο της φύσης και της τελικής σχεδίασης. Στη συνέχεια, ακολουθεί ο προσδιορισμός του γενικού πλαισίου, δηλαδή η πρόκληση και οι συνθήκες που θα περιβάλλουν την συγκεκριμένη λειτουργία, καθώς και να συλλεχθεί ένα πλήθος βιο-εμπνευσμένων

Ορ

σ έτη

π ρ ο εσ η τ φύ ύ π ω ση ν ς

του σχεδιαστικού προβλήματος. (Zari & Storey, 2007) Εδώ, η κατεύθυνση της ανάπτυξης ξεκινά από τη γνώση και τα δεδομένα της βιολογίας (ειδικό) για τη διαμόρφωση μιας ιδέας (γενικό). Επομένως, σε αυτή την προσέγγιση, οι βιολογικές ανακαλύψεις αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη νέων, τεχνολογικών προϊόντων.

(Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 31)

2016)

αρ

Η προσέγγιση «από τη βάση προς την κορυφή» αναφέρεται στην αναγνώριση κάποιου συγκεκριμένου χαρακτηριστικού, συμπεριφοράς ή λειτουργίας ενός οργανισμού ή ενός οικοσυστήματος και στη μετάφρασή του σε σχέδιο. Το χαρακτηριστικό που τη διαφοροποιεί σε σχέση με την πρώτη είναι ότι η γνώση από τη βιολογία αποτελεί έμπνευση για τον σχεδιασμό και άρα, βασίζεται περισσότερο σε πρωταρχικές γνώσεις σχετικά με τον φυσικό κόσμο και λιγότερο στην αναγνώριση

ιδεών που θα συνδυάζει το γενικό πλαίσιο, την λειτουργία και την σχεδιαστική αρχή για την επίλυση της πρόκλησης. Αφού ενσωματωθούν οι κατάλληλες αρχές της φύσης, ορισμένες από τις ιδέες θα μπορέσουν να μιμηθούν σχεδιαστικές αρχές και ο τελικός σχεδιασμός χρειάζεται να αξιολογηθεί βάσει των αρχών του φυσικού κόσμου (Σχήμα 2.3).(Biomimicry 3.8,

β ιο ε μπ ν ε υ ς ισ Ορ ι κώ ν ιδ σ μέ ε ν ώ λ ο γ ι κώ ν ω ν ν βιορ α τ ηγ σχ στ

Η βιολογία ως έμπνευση για τον σχεδιασμό / «από τη βάση προς την κορυφή» προσέγγιση

Σχήμα 2.3: Η «από τη βάση προς την κορυφή» προσέγγιση. ((Biomimicry 3.8, 2016) & Προσωπική επεξεργασία)

Κάθε μία από τις μεθοδολογίες που αναλύθηκαν διαφοροποιούνται ιεραρχικά και έτσι διαμορφώνονται οι δύο βασικές προσεγγίσεις της «από την κορυφή προς τη βάση» και «από τη βάση προς την κορυφή» διαδικασίας. Σύμφωνα με εκτιμήσεις των καθηγητών βιομιμητικής Thomas Speck και Olga Speck, του Πανεπιστημίου του Freiburg, στην πρώτη προσέγγιση, αν και ο χρόνος που απαιτείται από την τοποθέτηση του προβλήματος μέχρι την παραγωγή ενός λειτουργικού πρωτοτύπου είναι μικρός, συνήθως έξι – δεκαοκτώ μήνες, το μειονέκτημα έγκειται στο γεγονός ότι υπάρχει περιορισμένη εξέλιξη αναφορικά με την καινοτομία της έρευνας. Αντίθετα, εάν η αρχή που επιλέγεται από τη φύση κατανοηθεί και η αφαίρεση είναι επιτυχημένη, η «από τη βάση προς την κορυφή» προσέγγιση μπορεί να δώσει σαφώς μεγαλύτερα άλματα στην έρευνα καθώς αυτή η διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί συχνά σε μεγάλο αριθμό προβλημάτων. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση απαιτείται πολύ περισσότερος χρόνος, συνήθως τρία με επτά χρόνια, από την αναγνώριση της βασικής βιολογικής λειτουργίας μέχρι της κατασκευής ενός καινοτόμου βιομιμητικού προϊόντος. Η «διευρυμένη από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση, μπορεί να επιφέρει επίσης μεγαλύτερη πρόοδο στην έρευνα με τον χρόνο που χρειάζεται να είναι περίπου ένας – πέντε χρόνια.(Speck & Speck, 2008) Στο φάσμα μεταξύ των δύο προαναφερθέντων τυπικών προσεγγίσεων, η καθηγήτρια βιώσιμης αρχιτεκτονικής Maibritt Pedersen Zari εντοπίζει τρία επίπεδα βιομίμησης. Αυτά βρίσκονται στο επίπεδο του οργανισμού, το επίπεδο της συμπεριφοράς

και στο επίπεδο του οικοσυστήματος (Σχήμα 2.4). Το επίπεδο του οργανισμού σχετίζεται με τη μίμηση ενός μέρους ή ολόκληρου του οργανισμού. Το δεύτερο επίπεδο, αυτό της συμπεριφοράς, αφορά στη μίμηση του τρόπου που συμπεριφέρεται ο οργανισμός σε σχέση με το περιβάλλον που ζει. Το πιο δύσκολο επίπεδο θεωρείται το τρίτο που πραγματοποιείται η μίμηση ολόκληρου του οικοσυστήματος, δηλαδή αυτή που εμπεριέχει το σύνολο των σχέσεων ενός οργανισμού και του περιβάλλοντός του. Καθένα από τα επίπεδα αποτελούνται από πέντε διαστάσεις που καθορίζουν τον βαθμό της βιομίμησης και μπορεί η μία να είναι επακόλουθο της άλλης. Έτσι, ο σχεδιασμός μπορεί να αναφέρεται ως βιομιμητική ανάλογα με το πώς μοιάζει (μορφή), από τι συγκροτείται (υλικό), πως δημιουργείται (κατασκευή), πως λειτουργεί (διαδικασία) και ποια είναι η ικανότητά του (λειτουργία), όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.5, που περιγράφεται το παράδειγμα ενός κτιρίου που μιμείται τους τερμίτες.(Zari & Storey, 2007) Top-down

επίπεδο οργανισμού

επίπεδο συμπεριφοράς

επίπεδο οικοσυστήματος

Bottom-up Σχήμα 2.4: Τα τρία επίπεδα βιομιμητικής στο φάσμα των δύο προσεγγίσεων. (Προσωπική επεξεργασία)

36

Επίπεδο Βιομιμητικής

Μορφή

Υλικό Επίπεδο οργανισμού

Κατασκευή

Διαδικασία

Λειτουργία

Μορφή

Υλικό

Επίπεδο συμπεριφοράς

Κατασκευή

Διαδικασία

Λειτουργία

Μορφή

Υλικό Επίπεδο οικοσυστήματος

Κατασκευή

Διαδικασία

Λειτουργία

Φυσικοποιώντας τηντρία Αρχιτεκτονική 37Ο βιομιμητικός Σχήμα 2.5: σχεδιασμός στα επίπεδα μέσα από το παράδειγμα του τερμίτη που παραθέτει η Zari. ((Zari & Storey, 2007) & Προσωπική επεξεργασία

Παράδειγμα - Κτίριο που μιμείται τους τερμίτες

Το κτίριο μοιάζει με τερμίτη

Το κτίριο είναι κατασκευασμένο από ένα υλικό που μιμείται τον εξωσκελετό του τερμίτη Το κτίριο είναι κατασκευασμένο με τον ίδιο τρόπο όπως ένας τερμίτης, για παράδειγμα περνά διάφορους κύκλους ανάπτυξης Το κτίριο λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ένας τερμίτης, για παράδειγμα παράγει αποδοτικά υδρογόνο με παρόμοιες διαδικασίας Το κτίριο λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ένας τερμίτης στο ευρύτερο περιβάλλον του, για παράδειγμα ανακυκλώνει απόβλητα κυτταρίνης για την δημιουργία χώματος Το κτίριο μοιάζει σα να έχει κατασκευαστεί από έναν τερμίτη, για παράδειγμα σαν το ανάχωμα ενός τερμίτη Το κτίριο είναι κατασκευασμένο από τα ίδια υλικά που χρησιμοποεί ο τερμίτης, για παράδειγμα χώμα ως το κύριο υλικό Το κτίριο είναι κατασκευασμένο με τον ίδιο τρόπο που κτίζει ένας τερμίτης, για παράδειγμα στοιβάζοντας χώμα σε ορισμένα τμήματα και σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές Το κτίριο λειτουργεί όπως το ανάχωμα του τερμίτη, για παράδειγμα με αξιοποίηση του προσανατολισμού, με την επιλογή υλικών και με τον φυσικό αερισμό ή μιμείται πως συνεργάζονται οι τερμίτες Το κτίριο λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως εάν ήταν κατασκευασμένο από έναν τερμίτη, για παράδειγμα καθορίζονται οι εσωτερικές συνθήκες ώστε να βελτιστοποιούνται και να υπάρχει θερμική ισορροπία ή λειτουργεί όπως το ανάχωμα του τερμίτη στο ευρύτερο περιβάλλον. Το κτίριο μοιάζει σαν ένα οικοσύστημα, όπου ο τερμίτης ζει

Το κτίριο είναι κατασκευασμένο με τα ίδια υλικά με το οικοσυστήμα του τερμίτη, για παράδειγμα φυσικά υλικά και νερό Το κτίριο έχει συναρμολογηθεί με τον ίδιο τρόπο όπως το οικοσύστημα του τερμίτη, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας αρχές διαδοχής και επαυξημένη πολυπλοκότητα με την πάροδο του χρόνου Το κτίριο λειτουργεί σαν ένα οικοσύστημα του τερμίτη, για παράδειγμα συλλέγει και μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια και αποθηκεύει νερό Το κτίριο μπορεί να λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως το οικοσύστημα του τερμίτη και να αποτελεί μέρος ενός περίπλοκου συστήματος, για παράδειγμα μπορεί να συμμετέχει στους κύκλους υδρογόνου, άνθρακα και αζώτου

38

.1.1 | Επίπεδο οργανισμού Οι οργανισμοί της φύσης έχουν εξελιχθεί και αναπτύξει μηχανισμούς επιβίωσης για να αντέχουν και να προσαρμόζονται στις συνεχείς αλλαγές με την πάροδο του χρόνου. Στο επίπεδο του οργανισμού ο σχεδιασμός έχει να κάνει περισσότερο με την ενέργεια και το υλικό. Έτσι, καθώς η πρόσβαση στους φυσικούς πόρους εξαντλείται και κατανοούνται περισσότερα για τις συνέπειες των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, η φύση αποτελεί ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για

νύχτας, όταν οι θερμοκρασίες στην έρημο είναι χαμηλές. Όταν φυσάει αέρας που προέρχεται από τη θάλασσα, η χαμηλή θερμοκρασία μειώνει τη δυνατότητα του αέρα να να συγκρατεί υδρατμούς και έτσι τα σταγονίδια νερού συγκρατούνται στην πλάτη του σκαθαριού. Τότε, λίγο πριν την ανατολή του ηλίου, γέρνει το κέλυφός του με αποτέλεσμα το νερό να τρέχει στο στόμα του, έχοντας έτσι την επαρκή ποσότητα νερού για να κρυφτεί την υπόλοιπη μέρα.(Pawlyn, 2016, σ. 83) Η προσαρμογή του σκαθαριού στους περιορισμένους πόρους έχει μελετηθεί από

τους ανθρώπους. Μια βιομιμητική ιδέα που,

τον βιολόγο Andrew Parker που σε συνεργασία

όμως, δεν λαμβάνει υπόψη συμμετοχή στο οικοσύστημα, ελλοχεύει τον κίνδυνο ανάπτυξης μια μη βιώσιμης προσέγγισης.(El Samadisy, Sarhan, Farghaly, & Mamdouh, 2019)

με την εταιρία QinetiQ ανέπτυξε έναν τύπο πλαστικού με τον ίδιο συνδυασμό υδρόφιλων και υδρόφοβων επιφανειών για την ενίσχυση της υγροποίησης. Το 2015, μια ομάδα επιστημών από το Πανεπιστήμιο King Abdullah ανέπτυξε μια χαμηλού κόστους ιδέα για την κατασκευή μιας επιφάνειας συλλογής νερού, με βάση το σκαθάρι, που χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στη συλλογή ομίχλης απ’ ότι συμβαίνει στις υδρόφιλες ή υδρόφοβες επιφάνειες (Εικόνα 2.2).(Pawlyn, 2016, σ. 83)

Σύμφωνα με τον Michael Pawlyn, το πιο εύστοχο παράδειγμα βιομιμητικής σε επίπεδο οργανισμού αποτελεί το σκαθάρι της Ναμίμπιας (Onymacris unguicularis) (Εικόνα 2.1). Ο συγκεκριμένος οργανισμός έχει αναπτύξει ένα μηχανισμό ώστε να προσαρμόζεται στο άνυδρο περιβάλλον της ερήμου και να συγκεντρώνει την υγρασία της ατμόσφαιρας ώστε να καλύπτει τις ανάγκες του σε πόσιμο νερό. Για την προσαρμογή του, το σκαθάρι έχει αναπτύξει στο κέλυφός του μια σειρά από υδρόφιλα εξογκώματα μεταξύ των οποίων παρεμβάλλεται μια κηρώδης υδρόφοβη επένδυση, και έτσι καθίσταται δυνατή η συγκράτηση των σταγόνων νερού σε μια σφικτή σφαιρική δομή. Το σκαθάρι αξιοποιεί αυτόν τον μηχανισμό με την αναρρίχηση στην κορυφή ενός αμμόλοφου κατά τη διάρκεια της

39

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

2

Εικόνα 2.1: Onymacris unguicularis-Το σκαθάρι της Ναμίμπιας (Frederick-2019)

40 (MoazΕικόνα 2.2: Η προσαρμογή του σκαθαριού στο περιβάλλον του αποτελεί πηγή έμπνευσης για τη δημιουργία υλικών. zam.Tavassoli. Razmjou, Warkianif. Asadnia.2018)

2.1.2 | Επίπεδο συμπεριφοράς Όπως προαναφέρθηκε οι οργανισμοί λειτουργούν εντός ενός συγκεκριμένου περιβάλλοντος και ως επακόλουθο εντός των ορίων της συγκεκριμένης διαθεσιμότητας σε ενέργεια και υλικά. Σε επίπεδο συμπεριφοράς, αυτό σημαίνει ότι μόνο οι καλά προσαρμοσμένοι οργανισμοί συνεχίζουν να επιβιώνουν και να εξελίσσονται καθώς και μόνο οι καλά προσαρμοσμένες συμπεριφορές και σχέσεις μεταξύ οργανισμών ή ειδών. Οι οργανισμοί που μπορούν να ελέγχουν άμεσα ή έμμεσα τη ροή των φυσικών πόρων στα άλλα είδη και που μπορεί να προκαλέσουν αλλαγές στα βιοτικά ή μη υλικά και συστήματα και, άρα, στο περιβάλλον τους, καλούνται οι μηχανικοί του οικοσυστήματος. Αυτοί οι οργανισμοί αλλάζουν το περιβάλλον τους είτε μέσω της δικής τους δομής, όπως τα κοράλλια, είτε με μηχανικά ή άλλα μέσα, όπως οι κάστορες και οι δρυοκολάπτες.(El Samadisy, Sarhan, Farghaly, & Mamdouh, 2019) Σε αυτό το σημείο, χρειάζεται να επισημανθεί ότι δεν παρουσιάζουν όλοι οι οργανισμοί τις κατάλληλες συμπεριφορές για να αποτελέσουν έμπνευση και να τις μιμηθούν οι άνθρωποι. Ένα σχετικό παράδειγμα αποτελεί η συμπεριφορά των τερμιτών που είναι κατάλληλη για τη δημιουργία παθητικών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης. Ωστόσο, η μίμηση της κοινωνικής διάρθρωσης των αποικιών των τερμιτών δεν αποτελεί το κατάλληλο χαρακτηριστικό για μίμηση και μεταφορά στις ανθρώπινες δομές.(El Samadisy, Sarhan, Farghaly, & Mamdouh, 2019). Αναλύοντας τη βιολογική μορφή θερμορύθμισης που εντοπίζεται

41

της στα

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

αναχώματα των τερμιτών (Amitermes meridionalis) στη δυτική Αυστραλία, οι αρχιτέκτονες παρατηρούν τον πύργο των τερμιτών που σχηματίζει ένα επίπεδο, σε κάτοψη, αμυγδαλωτού σχήματος, με τον μεγάλο άξονα να προσανατολίζεται σε βορρά-νότο. Οι μεγάλες επίπεδες πλευρές παρουσιάζουν μια μεγάλη περιοχή που απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία κατά τις πρωινές ώρες, ενώ κατά τις μεσημεριανές ώρες εκτίθεται στον ήλιο η μικρότερη περιοχή. Ανοίγοντας και τους αεραγωγούς που βρίσκονται στα τοιχώματα, οι τερμίτες μπορούν να ελέγχουν την εσωτερική θερμοκρασία και ο ζεστός να ανεβαίνει προς τα πάνω.(Pawlyn, 2016, σ. 100) Λαμβάνοντας έμπνευση από τους τερμίτες, οι αρχιτέκτονες Wilkinson Eyre και ο μηχανικός περιβάλλοντος Patrick Bellew, σχεδίασαν το "Davies Alpine House". Εξαιτίας της ανάγκης που υπήρχε να διατηρούνται τα αλπικά φυτά που βρισκόταν στην έκθεση, η ομάδα σκέφτηκε μια δημιουργική λύση. Το κτίριο περιλαμβάνει έναν θερμικό λαβύρινθο που στην ουσία είναι ένα υπόγειο με ένα δίκτυο τοιχοποιιών για τη δημιουργία μιας μεγάλης έκτασης θερμικής μάζας. Αυτή η μάζα μπορεί να αερίζεται τη νύχτα, όταν οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές, και να αποθηκεύει δροσερό αέρα ο οποίος μπορεί να κυκλοφορεί στην περιοχή που βρίσκονται τα φυτά. Αυτή η προσέγγιση αναφέρεται και ως «αποσυνδεδεμένη θερμική μάζα» και επιτρέπει τον αποτελεσματικό έλεγχο της θερμοκρασίας, με όμοιο τρόπο που οι τερμίτες ανοίγουν και κλείνουν τους αεραγωγούς, με τις απαιτήσεις ψύξης με μηχανολογικά μέσα να είναι ελάχιστες και συμπληρωματικές (Εικόνα 2.3).(Pawlyn, 2016, σσ. 101-102)

Εικόνα 2.3: Η έμπνευση του έργου Davies Alpine House από τη μορφή θερμορύθμισης που εντοπίζεται στα αναχώματα των τερμιτών. ((Antonelli & Burckhardt, 2020) ( Downe, Lee, Wakefield, & Phung) (Gorman, 2019))

42

2.1.3 | Επίπεδο οικοσυστήματος Η μίμηση των οικοσυστημάτων αποτελεί σημαντικό μέρος του βιομιμητικού σχεδιασμού και πολλές φορές αναφέρεται και με τον όρο “ecomimicry”. Ο όρος έχει τη σημασία της βιώσιμης μορφής της βιομιμητικής που στοχεύει στην ευημερία των οικοσυστημάτων και των ανθρώπων. Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα του συγκεκριμένου επιπέδου βιομίμησης είναι οι πιθανές θετικές επιπτώσεις του σχεδιασμού στο σύνολο της περιβαλλοντικής απόδοσης. Ο αρχιτέκτονας μπορεί να εφαρμόσει τις γενικές αρχές του οικοσυστήματος που έχουν διατυπωθεί (El Samadisy, Sarhan, Farghaly, & Mamdouh, 2019). Αυτές αναφέρουν ότι τα οικοσυστήματα βελτιστοποιούν το σύστημα και όχι τα συστατικά του, προσαρμόζονται και εξαρτώνται από τις τοπικές συνθήκες, ποικίλλουν σε στοιχεία, σχέσεις και πληροφορίες, δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες και προσαρμόζονται και εξελίσσονται σε διαφορετικά επίπεδα και διαφορετικούς ρυθμούς (Shahda, Elmokadem, & Εlhafeez, 2014). Η «ζωντανή στέγη» (living roof) του μουσείου California Academy of Sciences σχεδιάστηκε από τον Renzo Piano στο Σαν Φρανσίσκο και αποτελεί μία κατασκευή που εντάσσεται στο επίπεδο του οικοσυστήματος. Η μεγάλη πράσινη οροφή αναπνέει και επιτυγχάνει την συνύπαρξη των κοινωνικών δράσεων και της έρευνας της Ακαδημίας με το ενδιαφέρον της για τις γνώσεις της φύσης. Ολόκληρο το συγκρότημα μοιάζει σαν ένα πάρκο που έχει αποκοπεί και ανυψωθεί σε ύψος δέκα μέτρων πάνω από το έδαφος. Η «ζωντανή στέγη» είναι επίπεδη στην περίμετρό 06

Για τη μεγαλύτερη κατανόηση της οικολογίας και του σχεδιασμού συστημάτων είναι σημαντική η συνεργασία μεταξύ επιστημονικών κλάδων. Η αναπτυξιακή διαδικασία από το βιολογικό πρότυπο έως το βιομιμητικό προϊόν, χρειάζεται στενή συνεργασία μεταξύ βιολόγων, μηχανικών και άλλων επιστημόνων που συμμετέχουν στο ερευνητικό έργο και μπορεί να ανήκουν στους κλάδους της γεωλογίας, της υδρολογίας, της μετεωρολογίας, της φυσικής, της χημείας, των μαθηματικών αλλά και της πληροφορικής.

(Speck & Speck, 2008)

Η θερμική αδράνεια αποτελεί τη μέτρηση της θερμικής απόκρισης ενός υλικού στις μεταβολές

θερμοκρασίας (Παρχαρίδης, 2015)

43

της και, όπως ένα φυσικό τοπίο, γίνεται όλο και περισσότερο κυματιστή καθώς απομακρύνεται από τα άκρα, σχηματίζοντας μια σειρά θόλων διάφορων μεγεθών, ενώ έχει φυτευτεί με πλήθος αυτόχθονων φυτών σε βιοδιασπώμενα δοχεία από ίνες καρύδας. Η υγρασία του εδάφους, σε συνδυασμό με το φαινόμενο της θερμικής αδράνειας06, δροσίζει σημαντικά το εσωτερικό του μουσείου, αποφεύγοντας έτσι την ανάγκη κλιματισμού στους εσωτερικούς χώρους. Τα φωτοβολταϊκά, που παρέχουν περισσότερο από το 5% της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας, βρίσκονται στο περιμετρικό στέγαστρο του κτιρίου. Η επιλογή των υλικών, η ανακύκλωση, η τοποθέτηση των χώρων σε σχέση με τον φυσικό φωτισμό, τον φυσικό εξαερισμό, τη χρήση νερού, τη συλλογή των ομβρίων υδάτων και την παραγωγή ενέργειας καθιστούν το κτίριο μια βιώσιμη λύση που λειτουργεί ως οικοσύστημα (Εικόνα 2.4). (RPBW, 2008)

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 2.4: Το οικοσύστημα του California Academy of Sciences από τον Renzo Piano. ((Ongreening) (Zingale,2021) & Προσωπική επεξεργασία)

44

2.2 | Μορφογενετικές διαδικασίες Η χρήση ψηφιακών υπολογιστικών εργαλείων σε συνδυασμό με την επιστήμη της βιολογίας έχει δώσει τη δυνατότητα δημιουργίας νέων μορφών χωρίς συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Ο αρχιτέκτονας προσεγγίζοντας ένα συγκεκριμένο υπολογιστικό πρόγραμμα, εισάγει βασικές παραμέτρους και κατάλληλα κριτήρια ώστε να παραχθεί ψηφιακά ένα πλήθος λύσεων, από τις οποίες επιλέγει ορισμένες και τις βελτιστοποιεί. Υπάρχει δηλαδή μια συνεργασία ανθρώπου και υπολογιστή μέσω της παραμετροποίησης.

(Cogdell, 2019, σ. 4) H διαδικασία της δημιουργίας τρισδιάστατων μορφών χαρακτηρίζει τη μορφογένεση. Στη βιολογία, η μορφογένεση αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία το έμβρυο μεγαλώνει και αλλάζει σχήμα καθώς ο οργανισμός ενηλικιώνεται. Ο D’Arcy Thompson συμπεριέλαβε τη μαθηματική βάση πολλών φυσικών μορφών και διατύπωσε την εξελικτική σχέση των ειδών στα οποία οι μορφολογίες μπορούν να αλλάξουν μαθηματικά μέσω της παραμόρφωσης (Εικόνα 2.5). Τόνισε, επίσης, τον ρόλο που έχουν οι φυσικές δυνάμεις στη διαμόρφωση των μορφολογικών αλλαγών κατά τη διάρκεια του χρόνου τόσο στην κλίμακα του οργανισμού(οντογένεση) όσο και στην κλίμακα της εξέλιξης(φυλογένεση).(Cogdell, 2019, σσ. 4, 103)

45

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 2.5: Ανάλυση ανάπτυξης και δομής φυσικών οργανισμών46 με φυσικούς και μαθηματικούς όρους από τον D’Arcy Thompson. (Vermillion,2005)

Η εμφάνιση των παραπάνω δυνατοτήτων οφείλονται στις αρχές της Νέο-Δαρβινικής βιολογικής εξέλιξης. Η έννοια του ΝέοΔαρβινισμού υπήρξε η βασική εξελικτική θεωρία κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα και διατυπώθηκε το 1895 για να ενοποιήσει την θεωρία του Δαρβίνου07 για την φυσική επιλογή και την θεωρία του August Weismann08 για τον διαχωρισμό των γαμετών από τα σωματικά κύτταρα. Έτσι, ο νέο-Δαρβινισμός αποτελεί μια θεωρία που δέχεται την φυσική επιλογή αλλά ταυτόχρονα αναφέρει τους γαμέτες ως τα κύτταρα για την κληρονομικότητα που δεν επηρεάζονται από την λειτουργία του οργανισμού ή το περιβάλλον του. Αργότερα, την δεκαετία του 1940, συμπεριέλαβε την θεωρία του Μέντελ και την έννοια της πληθυσμιακής 07

γενετικής που αναφέρει ότι η γενετική ποικιλία μεταξύ των πληθυσμών κατέχει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη09.(Cogdell, 2019, σσ. 112-113) Η αλληλοεπίδραση της βιολογικής εξέλιξης και των γονιδίων και η σχέση τους με τις εξελικτικές υπολογιστικές θεωρήσεις έγιναν γνωστές μόλις στο τέλος του 20ου αιώνα με την ανάπτυξη των γενετικών αλγορίθμων (genetic algorithms) στους οποίους οι αναποτελεσματικοί συνδυασμοί εξαλείφονται μέσω προγραμματισμού με μια αναδρομική διαδικασία απόφασης. Οι γενετικοί αλγόριθμοι μιμούνται τη διαδικασία της φυσικής επιλογής, όπου μόνο συνδυασμοί των γονιδίων μπορούν να αναπαραχθούν και έτσι επιβεβαιώνεται η θεωρία του Richard Dawkins περί «εγωιστικού» γονιδίου10.(Cogdell, 2019, σ. 111)

Ο Δαρβίνος, το 1859, διατύπωσε την θεωρία της εξέλιξης στην οποία παρατηρεί ομοιότητες μεταξύ των

οργανικών ειδών και συμπεραίνει ότι τα είδη δεν δημιουργήθηκαν ανεξάρτητα αλλά κατάγονται από έναν κοινό πρόγονο. Κάθε είδος, λόγω της ανάγκης προσαρμογής στο περιβάλλον, αναπτύσσει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που είναι επακόλουθα της φυσικής επιλογής και τα οποία μπορούν να κληρονομούνται. Σύμφωνα με την φυσική επιλογή "οι οργανισμοί που είναι καλύτερα προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους, αναπτύσσουν χαρακτηριστικά απαραίτητα για την επιβίωσή τους, και έτσι κάποιοι από αυτούς επιβιώνουν και κάποιοι εξαφανίζονται".(Darwin, 1859) 08

Τον ίδιο αιώνα με τον Δαρβίνο διατυπώθηκε και η θεωρία του August Weismann ο οποίος διαχώρισε τα

κύτταρα των γαμετών από τα σωματικά κύτταρα, που δεν σχετίζονται με την αναπαραγωγή αλλά με άλλες σωματικές λειτουργίες. Αναφέρει ότι η κληρονομικότητα μεταδίδεται μόνο από τους γαμέτες στα σωματικά κύτταρα και όχι το αντίστροφο. Ο διαχωρισμός αυτός έρχεται σε αντίθεση με την θεωρία του Λαμάρκ που υποστηρίζει ότι τα όργανα ενός οργανισμού είναι υπεύθυνα για την προσαρμογή του στο περιβάλλον και όσα δεν χρειάζονται εξαφανίζονται. Με αυτόν τον τρόπο οι οργανισμοί αποκτούν νέα χαρακτηριστικά κατά τη διάρκεια της ζωή τους που κληροδοτούνται συνεχώς στους απογόνους.(βλ.(Cogdell, 2019)) 09

Η επέκταση των νόμων του Gregor Mendel είχε αποτέλεσμα την ανάπτυξη κατά την δεκαετία του 1930

της πληθυσμιακής γενετικής. Ο Mendel καθιέρωσε την έννοια του πληθυσμού, και όχι το άτομο, ως τη βασική μονάδα για την ακαδημαϊκή εξελικτική μελέτη από την στιγμή που η κληρονομικότητα μπορεί να ποικίλει περισσότερο στα άτομα και λιγότερο στους πληθυσμούς. Η φυσική επιλογή μπορεί να προκαλέσει την εξέλιξη μόνο εάν υπάρχει αρκετή γενετική ποικιλομορφία σε έναν πληθυσμό.(βλ.(Cogdell, 2019)) 10

Σύμφωνα με τον Dawkins, η φυσική επιλογή διευρύνεται από το ατομικό επίπεδο στο γονιδιακό. Τα γονίδια

έχουν έναν «εγωιστικό» χαρακτήρα και δεν ενδιαφέρονται για τον τρόπο που θα μεταφερθούν από μια γενιά στην

47

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Η έννοια του γενετικού αλγορίθμου ανήκει στον επιστήμονα John Holland που πρώτη φορά αναφέρθηκε σε αυτή το 1975. Ο Holland για την περιγραφή της λειτουργίας του γενετικού αλγορίθμου, προτείνει ένα πλήθος χρωμοσωμάτων που αποτελεί τη γενετική δομή και αντιπροσωπεύει το σύνολο των πιθανών λύσεων του προβλήματος. Μέσα από την επιλογή, μόνο ένα μέρος του πληθυσμού θα εξελιχθεί περαιτέρω και αυτή η επιλογή καθορίζεται από μια συνάρτηση καταλληλότητας που αξιολογεί την απόδοση της λύσης στο συγκεκριμένο πρόβλημα. Κατά τη διαδικασία της επιλογής ενσωματώνονται οι έννοιες της μετάλλαξης και της διασταύρωσης (Σχήμα 2.6). (Papapavlou, 2008, σσ. 10-11)

Αρχή

Αρχικοποίηση πληθυσμού

Αποτίμηση χρωμοσωμάτων του πληθυσμού

Επαλήθευση κριτηρίου τερματισμού Τέλος Επιλογή χρωμοσωμάτων του πληθυσμού

Επιλογή γενετικού τελεστή

Διασταύρωση

Μετάλλαξη

επιλογή 2 χρωμοσωμάτων και ανταλλαγή των πεδίων των δύο χρωμοσωμάτων

επιλογή 1 χρωμοσώματος και μετάλλαξη των πεδίων του

Σχήμα 2.6: Η λειτουργία του γενετικού αλγορίθμου. ((Ab Wahab, Meziani, & Atyabi, 2015) & Προσωπική επεξεργασία)

επόμενη αλλά σημασία έχει μόνο το αποτέλεσμα που αφορά την διαιώνιση ενός συγκεκριμένου γενετικού γνωρίσματος. Κάθε μη ενστικτώδης, πολιτισμική πληροφορία που μεταφέρεται από άτομο σε άτομο, ονομάζεται μιμίδιο(meme) που έχει σκοπό να μιμηθεί μια συμπεριφορά.(Dawkins, 2016)

48

Ο John Frazer ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε προσαρμοσμένες μαθησιακές διαδικασίες για την εύρεση ψηφιακών σχεδιαστικών λύσεων, δηλαδή περιέγραψε την αρχιτεκτονική σε μια κωδικοποιημένη μορφή που είναι ανάλογη με τον γενετικό κώδικα της φύσης (Cogdell, 2019, σ. 116). Η οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων των εξελικτικών προσομοιώσεων προσφέρεται, πλέον, μέσα από την ανάπτυξη των λογισμικών CAD για τον σχεδιασμό με τη χρήση υπολογιστή. Η σχέση των εικονικών γονιδίων και των εικονικών χαρακτηριστικών ενός κτιρίου χρειάζεται να ακολουθεί την συλλογιστική που ανέπτυξαν οι βιολόγοι την δεκαετία του 1930 και είχε ως αποτέλεσμα την σύνδεση των θεωριών του πληθυσμού με σκοπό την παραγωγή πολλών διαφορετικών αποτελεσμάτων(DeLanda, 2002). Ο Alan Turing, εξέφρασε, από την αρχή της εμφάνισης των θεωριών και των τεχνικών του ψηφιακού υπολογισμού, την άποψη ότι η εξέλιξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μεταφορά για την επίλυση προβλημάτων. Ο Turing πειραματίστηκε με μια διαδικασία αντίδρασης 11

και διάχυσης αυτοκαταλυτικών χημικών πάνω στην ανάπτυξη ιστών που θα μπορούσε να πυροδοτήσει την κίνηση του γονιδίου με βάση τα επίπεδα των χημικών βαθμίδων11. Επέλεξε να ονομάσει αυτές τις χημικές ουσίες ως “morphogens” λόγω της πεποίθησής του στον ρόλο που έχουν στη μορφογένεση. Οι εξισώσεις που εξήγαγε αποτέλεσαν την υπόθεση του για τα δισδιάστατα στρώματα κυττάρων και κατέληξε στην άποψη ότι τα στατικά μοτίβα των φυσικών οργανισμών εξηγούνται λόγω της διαδικασίας αντίδρασης-διάχυσης.(Cogdell, 2019, σσ. 107-108) H

αρχιτεκτονική

που

χρησιμοποιεί

τα

υπολογιστικά μέσα και τις αρχές των βιολογικών συστημάτων βρίσκεται σε άμεση συσχέτιση με τη θεωρία της πολυπλοκότητας που υπάγεται στη θεωρία υπολογισμού12 του Turing. Η θεωρία της πολυπλοκότητας αναφέρεται σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογής. Πρόκειται για ένα μέσο κατανόησης και προσομοίωσης της οργάνωσης της ύλης από τη δυναμική αταξία στη δομική τάξη χρησιμοποιώντας μαθηματικά μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων. Τέτοια

Η χημική βαθμίδα αναφέρεται στην συγκέντρωση ενός ιόντος ή μορίου. Η βαθμίδα συγκέντρωσης μπορεί

να υπάρχει σε μια βιολογική μεμβράνη, όπου η συγκέντρωση είναι υψηλότερη στη μία πλευρά της μεμβράνης σε σύγκριση με την άλλη πλευρά. Μπορεί επίσης να υπάρχει σε ένα διάλυμα χωρίς να υπάρχει ένα εμφανές φράγμα που διαχωρίζει την περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης από την περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Και στις δύο περιπτώσεις, η ελεύθερη ενέργεια που προκύπτει από τη διαφορά συγκέντρωσης έχει ως αποτέλεσμα την κίνηση του ιόντος ή μορίου από την περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης στην περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Σε ελεύθερο διάλυμα, το ιόν ή μόριο απλώς διαχέεται στην βαθμίδα.(PhysiologyWeb, 2015) 12

Η θεωρία υπολογισμού αναφέρεται στην ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων που συμβαδίζουν με την

εξέλιξη των υπολογιστών και αποτελείται από τρία υποπεδία: τη θεωρία της πολυπλοκότητας, τη θεωρία της υπολογισιμότητας και τη θεωρία των αυτομάτων . Η έρευνα στο πεδίο ξεκίνησε την δεκαετία του 1930 και έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη των υπολογιστικών συστημάτων, όπως τα γνωρίζουμε σήμερα.(Maheshwari & Smid, 2019)

49

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

συστήματα είναι ο καιρός, η κυκλοφορία, η οικονομία, η ανάπτυξη του διαδικτύου, τα κοινωνικά πρότυπα συμπεριφοράς, όπως τα πλήθη, και η ίδια η ζωή(Cogdell, 2019, σσ. 5, 58). Πρόκειται για ανοιχτά συστήματα που ανταλλάσσουν συνεχώς ενέργεια και ύλη με το περιβάλλον τους, ώστε να διατηρούν την ισορροπία τους και να λειτουργούν για αρκετό καιρό, σε αντίθεση με τα κλειστά συστήματα, που μόνο προσλαμβάνουν ενέργεια, φτάνοντας σε μια σταθερή κατάσταση που σταματούν να λειτουργούν (Skyttner, 2005, σ.63). Η έννοια εμπεριέχει τη δυναμική των πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης και της εξέλιξης και έχει να κάνει με τις μορφογενετικές διαδικασίες της αυτό-οργάνωσης (self-organization), της ανάδυσης (emergence) και της αυτόποίησης (autopoiesis/enaction).(Cogdell, 2019, σσ. 4-5, 58)

ενέργειας μέσω των μεταβολικών 14 διαδικασιών (Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 107).

Οι αρχές της αυτό-οργάνωσης εντοπίζονται στη φύση από τη μικροσκοπική κλίμακα των μοριακών μηχανισμών μέχρι τη μακροσκοπική της παγκόσμιας οικολογίας 13. Κάθε δομικό στοιχείο ενός οργανισμού, οργανώνει τον εαυτό του σύμφωνα με τις εκάστοτε συνθήκες χρησιμοποιώντας, όπου είναι εφικτό, διαθέσιμη ενέργεια από το περιβάλλον, αποφεύγοντας έτσι την παραγωγή 13

Πολυπλοκότητα

Αυτο-οργάνωση

Η παγκόσμια οικολογία είναι η επιστήμη του οικοσυστήματος της Γης. Αντικείμενο μελέτης της αποτελεί

η μελέτη της ολότητας της ζωής – ζώα, φυτά, μικρόβια – και των συστημάτων που υποστηρίζουν τη ζωή – αέρας, νερό, έδαφος – στη Γη. Τα παραπάνω αναφέρονται συχνά ως βιόσφαιρα, οικόσφαιρα, παγκόσμιο οικοσύστημα, Γαία και σύστημα της Γης.(Huggett, 2002) 14

Ο μεταβολισμός χαρακτηρίζεται ως το σύνολο των βιοχημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν μέρος σε

κάθε κύτταρο του ζωντανού οργανισμού και που παρέχουν την ενέργεια που χρειάζεται αυτός για τις ζωτικές διαδικασίες και για την σύνθεση οργανικής ύλης.(Kornberg, 1998)

50

Οι διαδικασίες αυτό-οργάνωσης των ζωντανών οργανισμών χρησιμοποιούνται από τους αρχιτέκτονες ως η βασική μορφογενετική διαδικασία, στην οποία πολλαπλά στοιχεία αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους τοπικά σύμφωνα με κανόνες χωρίς αναφορά σε κεντρικό έλεγχο και στη συνέχεια παράγουν αναδυόμενα μοτίβα στο υψηλότερο επίπεδο οργάνωσης.(Hensel M., 2006) Στις περισσότερες περιπτώσεις των βιολογικών συστημάτων, ο μηχανισμός της αυτό-οργάνωσης συμπεριλαμβάνεται στη διαδικασία της αυτό-συναρμολόγησης (self-assembly). Πρόκειται για μια διαδικασία συναρμολόγησης στην οποία λαμβάνουν μέρος μόνο τα συστατικά στοιχεία που ενσωματώνονται στη τελική δομή (Sendova-Franks & Franks, 1999). Στην αρχιτεκτονική είναι η διαδικασία όπου στοιχεία μπορούν να προγραμματιστούν για να αυτόσυναρμολογηθούν σε προκαθορισμένες μορφές ή να αυτοπροσαρμοστούν σε συγκεκριμένες συνθήκες, μέσω παθητικών μορφών ενέργειας, όπως είναι η θερμότητα του περιβάλλοντος, η δόνηση ή τα μαγνητικά πεδία(Pawlyn, 2016, σ.

53). Τόσο η αυτό-οργάνωση όσο και η αυτόσυναρμολόγηση έχουν σκοπό την ανάδυση, που μπορεί να κατανοηθεί μέσα από τη φράση του Αριστοτέλη ότι «το σύνολο είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των μερών του» (Cogdell, 2019, σσ. 31, 203). Ο όρος αναφέρεται στην ανάδυση μορφών και συμπεριφορών από τα περίπλοκα συστήματα του φυσικού κόσμου με τις τεχνικές και διαδικασίες που χρησιμοποιούνται να είναι έντονα μαθηματικές. Τα μαθηματικά μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την

51

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Αυτο-συναρμολόγηση

Ανάδυση

δημιουργία σχεδίων, εξελισσόμενων μορφών και δομών σε μορφογενετικές διαδικασίες μέσα στα υπολογιστικά περιβάλλοντα. Όταν γίνεται αναφορά στην αρχιτεκτονική, η ανάδυση δεν αναγνωρίζει τα κτίρια ως σταθερές δομές, αλλά αυτά χαρακτηρίζονται ως σύνθετα συστήματα ενέργειας και υλικών που έχουν διάρκεια ζωής και αποτελούν μέρος ενός περιβάλλοντος, στο οποίο υπάρχουν και άλλα κτίρια. Έτσι η αρχιτεκτονική της ανάδυσης αποδέχεται την προσέγγιση μιας μακράς σε διάρκεια σειράς που προχωρά από την εξελικτική ανάπτυξη προς ένα ευφυές οικοσύστημα (Hensel, Menges, & Weinstock, 2012, σ. 160). Εγγενής διαδικασία ανάδυσης μπορεί να θεωρηθεί η αυτό-ποίηση, καθώς το όλο βασίζεται στις σχέσεις μεταξύ των στοιχείων που όμως εξαρτώνται από το δίκτυο που τα προσδιορίζει και ως εκ τούτου δεν ταυτίζονται με τα υλικά μέρη, αφού δεν υπάρχουν πουθενά αλλού παρά μόνο στους δεσμούς τους. Η αυτοποίηση αποτελεί μια ερμηνεία του ζωντανού από την άποψη ότι αναγνωρίζει τον κοινό σε όλους τους οργανισμούς μηχανισμό, που γεννά την ταυτότητα της ζωής, ανεξάρτητα από τις διαφορετικές υλικές πραγματοποιήσεις. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητος ο διαχωρισμός μεταξύ οργάνωσης, δηλαδή του συνόλου των σχέσεων που ορίζουν την ταυτότητα ενός συστήματος, και της δομής, δηλαδή της αποτελεσματικής υλοποίησης. Η αυτό-ποιητική οργάνωση ορίζεται ως μία ενότητα αποτελούμενη από ένα δίκτυο διαδικασιών παραγωγής, μετασχηματισμού και καταστροφής των συστατικών στοιχείων. Μέσω των αλληλοεπιδράσεων και των μετασχηματισμών, τα στοιχεία αντιλαμβάνονται και αναδημιουργούν

επαναλαμβανόμενα το ίδιο

Αυτο-ποίηση

σύμπλεγμα που τα έχει παράγει, συνθέτοντας μία ξεκάθαρη ενότητα στον χώρο όπου υπάρχουν καθορίζοντας τα όριά του και την τοπολογική κυριαρχία.(Bich, 2006, σσ. 282, 286) Με βάση την μελέτη των παραπάνω, η βιομιμητική είναι μια προσέγγιση που βασίζεται σε τεχνικές δυνατότητες. Αυτές οι δυνατότητες μελετάνε βελτιστοποιημένες εξελικτικά δομές, λειτουργίες, διαδικασίες και συστήματα ως πηγή καινοτομίας. Έτσι, εξάγεται μια μεθοδολογία που αναφέρεται λιγότερο στην «άμεση» παρατήρηση της φύσης και περισσότερο στις βιολογικές επιστήμες. (Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 18)

52

2.3 | Κατευθύνσεις ανάπτυξης του βιομιμητισμού Από τα πρώτα χρόνια της εμφάνισης των πρώτων σχετικών ορισμών του βιομιμητισμού έως και σήμερα έχουν διαμορφωθεί διαδοχικά τρεις κατευθύνσεις, καθεμία από τις οποίες προσφέρει καινοτόμες λύσεις, ξεπερνώντας

τους περιορισμούς της προηγούμενης. Αυτές είναι η λειτουργική μορφολογία, η βιοκυβερνητική και ο νανοβιομιμητισμός (Σχήμα 2.7).(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 19)

Λειτουργική μορφολογία

Βιοκυβερνητική

Νανοβιομιμητική

1900

1950

2000

Σχήμα 2.7: Πτυχές ανάπτυξης του βιομιμητισμού. ((Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010) & Προσωπική επεξεργασία)

2.3.1 | Λειτουργική μορφολογία – μορφή και λειτουργία Η πρώτη σε χρονική σειρά κατεύθυνση ανάπτυξης αφορά τη σχέση μεταξύ των βιολογικών δομών και των λειτουργιών τους. Χαρακτηριστικό της είναι η παρατήρηση της φύσης σε μακροσκοπικό επίπεδο, γεγονός που συντελεί στη συσχέτιση της λειτουργίας με την μορφή και λιγότερο με τις ιδιότητες του υλικού. Αντικαθιστώντας το βιολογικό υλικό με ένα τεχνητό, δεν χάνεται η ουσία της λειτουργίας, καθώς η λειτουργία προέρχεται από τις ιδιότητες της δομής και όχι από τις υλικές.

(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 19)

53

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Μερικές από τις καινοτομίες και τις εφευρέσεις, που είναι ευρέως γνωστές στις μέρες μας, τοποθετούνται στην λειτουργική μορφολογία. Το αλεξίπτωτο, για παράδειγμα, εμπνέεται από τις πικραλίδες και την ικανότητά τους να αιωρούνται για αρκετά χιλιόμετρα.(Cox, 1994, σ. 102) Ο καρπός(Javan cucumber) ενός είδους κολοκύθας, που ευδοκιμεί στα τροπικά δάση της Μαλαισίας και της Ινδονησίας, αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης στα τέλη του 19ου αιώνα για τον ερευνητή Friedrich Ahlborn, δίνοντας έμπνευση για την βελτίωση της

αεροδυναμικής των αεροσκαφών.(Stier, 2020) Τέλος, αν και δε συσχετίζεται με τη μηχανική, αξίζει να αναφερθεί η ιδέα της αυτοκόλλητης ταινίας Velcro, από τον George de Mestral, που οφείλεται στην παρατήρηση των εκατοντάδων λεπτών αγκίστρων της κολλιτσίδας που την κάνουν να προσκολλάται σε μάλλινες επιφάνειες (Εικόνα 2.6) (Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 4). Οι εφαρμογές της λειτουργικής μορφολογίας συσχετίζονται, συχνά, με την δυναμική των ρευστών. Η βιομιμητική προσέγγιση δίνει τη δυνατότητα να εξαλειφθούν οι περιορισμοί των μαθηματικών και της φυσικής, παρέχοντας αξιόπιστα μοντέλα που είναι δύσκολα να εξαχθούν μαθηματικά. Εμπειρικές δοκιμές που βασίζονταν στη θεωρία της εξέλιξης έδωσαν, στις αρχές του 20ου αιώνα, βελτιστοποιημένα αποτελέσματα (Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 19). Στη λειτουργική μορφολογία, φαίνεται ότι τα αποτελέσματα των εξελικτικών διαδικασιών βελτιστοποίησης είναι πιο ωφέλιμα από τα ανεπαρκή αναλυτικά μαθηματικά μοντέλα. Καθώς η πειραματική και τεχνική ισχύς είναι αρκετά περιορισμένη, οι βιομιμητικές προσεγγίσεις βασίζονται κυρίως στη εκμάθηση από τα αποτελέσματα της εξέλιξης. Μεγαλύτερη σημασία έχει, δηλαδή, η προσαρμογή στις συνθήκες του φυσικού περιβάλλοντος παρά ο έλεγχός τους. Η πιθανή, όμως, ύπαρξη μιας μελλοντικής δυνατότητας περιγραφής των λειτουργικών χαρακτηριστικών των μοντέλων βασισμένη σε ποσοτικές μεθόδους μπορεί να διαμορφώσει μια ισχυρή θεωρητική βάση για

Εικόνα 2.6: Παραδείγματα λειτουργικής μορφολογίας: Πικραλίδα. Καρπός Javan cucumber. Κολλιτσίδα. ((Wu, 2019) (JaniekevanDijk, 2016) (Barkla, 2020))

την εκμάθηση από τη φύση.(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 25)

54

2.3.2 | Βιοκυβερνητική – τεχνολογία αισθητήρων και ρομποτικά συστήματα Η δεύτερη κατεύθυνση ανάπτυξης του βιομιμητισμού σχετίζεται τόσο με τον όρο «βιονικός» που διατυπώθηκε από τον J. Steele όσο και με την τεχνολογία των αισθητήρων και την ρομποτική. Η διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ των τεχνικών επιστημών και της βιολογίας έδωσε τη δυνατότητα για την ανάπτυξη και την εξέλιξη της βιοκυβερνητικής 15 , των αισθητήρων, της επεξεργασίας δεδομένων και της ρομποτικής που χρησιμοποιούνται στην τεχνητή νοημοσύνη (Σχήμα 2.8).(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 21) Κατά τη διάρκεια της δεύτερης κατεύθυνσης, ο βιομιμητισμός έχει δώσει πλήθος λύσεων βασισμένες στα φυσικά μοντέλα διαμορφώνοντας τις σύγχρονες έννοιες του αποκεντρωμένου ελέγχου, του παράλληλου προγραμματισμού, των λογισμικών αυτόοργάνωσης και του τεχνητού νευρωνικού δικτύου. Όπως αναφέρει ο Gleich, με τη βοήθεια της επιστήμης της βιομιμητικής, έχουν ξεπεραστεί μερικοί από τους περιορισμούς στους τομείς της επεξεργασίας σήματος και δεδομένων και της ρομποτικής. Έτσι, η βιοκυβερνητική φαίνεται να αναλαμβάνει τον έλεγχο της τεχνητής νοημοσύνης μέσω της σύντηξης της ρομποτικής, της τεχνολογίας αισθητήρων και της προσθετικής.(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σσ. 21-22) 15

Τεχνητή νοημοσύνη

Βιο-εμπνευσμένες εφαρμογές Επιστήμη

κατανόηση των γνωστικών διαδικασιών

Μηχανική επίλυση προβλημάτων

Υπολογιστική νευροεπιστήμη Σχήμα 2.8: Η διεπιστημονική συνεργασία στην τεχνητή νοημοσύνη ((Mira, 2008) & Προσωπική επεξεργασία)

«Η επιστήμη της θεωρίας της επικοινωνίας και του ελέγχου που ασχολείται ειδικά με τη συγκριτική

μελέτη των συστημάτων αυτόματου ελέγχου (όπως το νευρικό σύστημα, τα εγκεφαλικά και τα μηχανικοηλεκτρικά συστήματα επικοινωνίας) και δίνει έμφαση στη ροή πληροφοριών, την επεξεργασία και τις ρυθμιστικές οδούς σχετικά με τα βιολογικά συστήματα (όπως ένας ζωντανός οργανισμός ή το κεντρικό νευρικό σύστημα»(βλ.

(Webster, 1995))

55

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Η ενσωμάτωση της νοημοσύνης στην αρχιτεκτονική και τη μηχανική εμπεριέχει την έννοια του «έξυπνου κτιρίου». Πρόκειται για την προσαρμογή του κτιρίου στις εκάστοτε ανάγκες των κατοίκων με τον έλεγχο των συνθηκών να επιτυγχάνεται μέσω έξυπνων τεχνολογιών που αντιδρούν στις αλλαγές του περιβάλλοντος. Η προσαρμογή αυτή καθίσταται δυνατή μέσω της ανάπτυξης της τεχνολογίας αισθητήρων που μιμούνται την συμπεριφορά των βιολογικών οργανισμών. Η βιονική των αισθητήρων ερευνά τον εντοπισμό και την επεξεργασία της φυσικής και χημικής διέγερσης, της τοποθεσίας και του προσανατολισμού μέσα στο περιβάλλον. Η ανάπτυξη τους συνδέεται άμεσα με τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και τον έλεγχο των αυτοματοποιημένων συστημάτων στην ρομποτική, όπου λαμβάνονται υπόψη τα αποτελέσματα των ερευνών στην νευροβιολογία και την βιοκυβερνητική.(Gruber, 2010, σσ. 37, 177) Την δεκαετία του 1960 ο Ingo Rechenberg και οι συνάδελφοί του εισήγαγαν τις αρχές της βιολογικής εξέλιξης για τη βελτιστοποίηση της τεχνολογίας, περιλαμβάνοντας στην ανάπτυξη του σχεδιασμού ατυχήματα, όπως η μετάλλαξη και ο ανασυνδυασμός, και επακόλουθες δοκιμές. Έκτοτε, οι τεχνικές του Rechenberg χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία ιδιαίτερα όταν οι θεωρίες εφαρμογής είναι περίπλοκες ή δεν υπάρχουν βάσεις συστημάτων. Το 1993 ο Claus Mattheck χρησιμοποίησε τις τεχνικές του Rechenberg για τις διαδικασίες του «σχεδιασμού με υπολογιστή»(CAD) και «τη βελτιστοποίηση μέσω υπολογιστή»(CAO) ενώ μετέπειτα εμπνεύστηκε την εξέλιξη αυτών των διαδικασιών μέσω των παρατηρήσεων του αναφορικά με τις λειτουργίες των δέντρων.

(Pohl & Nachtigall, 2015, σσ. 3-4)

Η συνεχόμενη και αυξανόμενη χρήση πρόσθετων βοηθητικών προγραμμάτων(plugins) σε λογισμικά CAD έχει σκοπό την υιοθέτηση μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας σχεδιασμού και κατασκευής(Elashry & Glynn, 2014). Αν και υπάρχει σημαντική πρόοδος στην ανάπτυξη των ρομποτικών συστημάτων, ιδιαίτερα σε ότι αφορά τους ρομποτικούς βραχίονες, η εφαρμογή γίνεται σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα, δηλαδή σε αυτά των εργαστηρίων. Από αυτή την άποψη, τα ρομπότ δε δύναται να εργαστούν σε περιβάλλοντα εκτός εργαστηρίου, στα οποία χρειάζεται να λάβουν υπόψη συνιστώσες που δε μπορούν να προγραμματιστούν εκ των προτέρων. Η ικανότητά τους περιορίζεται στο να εκτελούν επαναλαμβανόμενες εργασίες συναρμολόγησης αφού ο προγραμματισμός τους είναι εύκολος (Keating & Oxman, 2013). Με την ευρεία χρήση των ρομποτικών συστημάτων στην αρχιτεκτονική, σε συνδυασμό με την εξέλιξη της ψηφιακής κατασκευής, εξελίσσεται ο ρόλος του ρομποτικού βραχίονα. Οι ρομποτικοί βραχίονες προωθούν πλέον κοινές τεχνολογίες ψηφιακής κατασκευής, όπως είναι οι διαδικασίες τρισδιάστατης εκτύπωσης, οι λειτουργίες αναδίπλωσης μετάλλων, τα συστήματα κοπής αφρού με θερμό νήμα και η κατασκευή δομών από πλινθοδομή. Μια τέτοια κατασκευαστική τεχνολογία μπορεί να λειτουργεί ταυτόχρονα ως αισθητήρας που θα αποκρίνεται σε τυχόν αλλαγές του περιβάλλοντος και θα αναλαμβάνει τον ρόλο του χειριστή (Εικόνα 2.7). Τ (Keating & Oxman, 2013)

56

Εικόνα 2.7: Κατασκευή με τη βοήθεια ρομποτικού βραχίονα. (Chandler, 2019)

Πολλά πανεπιστήμια έχουν αναπτύξει λογισμικά και ρομποτικά συστήματα που μιμούνται φυσικές διαδικασίες τόσο σε επίπεδο υλικότητας όσο και συμπεριφοράς. Η αρχιτεκτονική σχολή Architectural Association(AA) για την κατασκευή του “Woodchip Barn” ανέπτυξε έναν αλγόριθμο για τον καθορισμό της κατάλληλης θέσης για το κάθε ξύλο, με ακανόνιστο σχήμα, και χρησιμοποίησε έναν ρομποτικό βραχίονα για την ένωση τους (Εικόνα 2.8). Αντίστοιχα, η ερευνητική ομάδα του μεταπτυχιακού προγράμματος ITECH στο Πανεπιστήμιο της Στουτγκάρδης συνδύασε την τρισδιάστατη σάρωση με τον ρομποτικό βραχίονα για την κατασκευή δομών που μοιάζουν σα να έχουν υφανθεί (Εικόνα 2.9). Το πανεπιστήμιο ETH στην Ζυρίχη για την κατασκευή του έργου “Rock Print” επέλεξε μικρές πέτρες που στοιβάχθηκαν με ελεύθερο τρόπο χρησιμοποιώντας ρομπότ και έτσι, αναπτύχθηκαν κάθετες οργανικές δομές με υλικά που δύνανται να επαναχρησιμοποιηθούν (Εικόνα 2.9). Όπως αναφέρουν οι ερευνητές Chi-Li Cheng και June-Hao Hou, ο βιομιμητικός χαρακτήρας των παραπάνω συστημάτων μπορεί να παρατηρηθεί στις φωλιές των τερμιτών, των

57

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

πουλιών και στα φράγματα των καστόρων. Η κατασκευή των φραγμάτων των καστόρων οφείλεται, πρώτον, στις κατασκευαστικές τους ικανότητες και, δεύτερον, στα φυσικά υλικά που επιλέγουν, όπως κλαδιά, λάσπη, πέτρες, τα οποία αυτο-συναρμολογούνται λόγω της δύναμης του ποταμού. Με αναφορά τα φράγματα, οι ερευνητές, έχουν αναπτύξει ένο ρομποτικό σύστημα που διαλέγει αυτόματα τις θέσεις των δομικών στοιχείων καθώς και τα κατάλληλα υλικά από τη φύση (Εικόνα 2.11).(Cheng & Hou, 2016)

αρχικό αποτέλεσμα

αποτέλεσμα μετά από την απόκτηση κατασκευαστικής εμπειρίας

Εικόνα 2.11: Ερευνητές από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Chiao Tung της Ταϊβάν ανέπτυξαν μια μαθησιακή διαδικασία κατά την οποία το ρομπότ μαθαίνει να επιλέγει τα καταλληλότερα υλικά, βάσει γεωμετρικών χαρακτηριστικών, για την κατασκευή στιβαρών δομών. (Tripper, 2010)

Εικόνα 2.8: "Woodchip Barn". (Mairs, 2016)

Εικόνα 2.9: Η κατασκευή στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος ITECH. (ITECH Programme)

Εικόνα 2.10: "Rock Print" (Stevens, 2018)

58

Τα πλεονεκτήματα της ευελιξίας και του μικρού μεγέθους του βραχίονα που καθιστούν εύκολη τη μετακίνηση του, σε σχέση με τον γερανό, είναι ικανά να εξελίξουν την ψηφιακή κατασκευή δημιουργώντας κινητά συστήματα που μιμούνται τα σμήνη στη φύση(Keating & Oxman, 2013). Τα ρομποτικά σμήνη αποτελούνται από πολλά αυτόνομα μικρά ρομπότ που αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους αλλά και με το περιβάλλον τους. Η ιδέα της δημιουργίας ρομποτικών σμηνών στον τομέα της κατασκευής, λαμβάνει έμπνευση από την φύση και ιδιαίτερα από τα βιολογικά συστήματα. Καθένα από τα ρομπότ ακολουθεί απλούς κανόνες και αλληλοεπιδρά με τα υπόλοιπα έχοντας ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μια καθολικής και ευφυούς συμπεριφοράς που δεν εντοπίζεται στα αυτόνομα ρομποτικά συστήματα. Επιπλέον, τα σμήνη έχουν την επιθυμητή απόδοση με αξιόπιστα αποτελέσματα κατά την κατασκευαστική διαδικασία, μειωμένη πολυπλοκότητα σχεδιασμού και χαμηλό κόστος ανά μονάδα έναντι των κλασικών συστημάτων(Brambilla, Ferrante, Birattari, & Dorigo, 2013). Οι ερευνητές της σχολής Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Χάρβαρντ και το Ινστιτούτο Wyss ανέπτυξαν ρομποτικά σμήνη. Η έρευνα “TERMES” αφορά την ενσωμάτωση των ρομποτικών σμηνών στην κατασκευή δομών με τη χρήση τούβλων από αφρό δημιουργώντας αλγορίθμους από προκαθορισμένους απλούς κανόνες ώστε τα ρομπότ να αντιδρούν και να αντιμετωπίζουν συγκεκριμένες καταστάσεις στο εργοτάξιο. Κάθε ρομπότ λειτουργεί ανεξάρτητα και αντιδρά άμεσα σε ό,τι προκύψει, αντιγράφοντας τον τρόπο που

59

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

κατασκευάζουν τις φωλιές τους οι τερμίτες. Μια τέτοια προσέγγιση θα μπορούσε να φανεί εξαιρετικά χρήσιμη σε κατασκευαστικά έργα που δεν είναι εύκολη η παρουσία του ανθρώπου, όπως οι υποβρύχιοι ερευνητικοί σταθμοί και η αποικιοποίηση του διαστήματος (Εικόνα 2.12) (Landau, 2014). Αντίστοιχο παράδειγμα είναι αυτό της ερευνητικής ομάδας Mediated Matter του MIT, το οποίο λαμβάνοντας έμπνευση από τις αράχνες, οι οποίες περιστρέφουν τις ίνες πρωτεΐνης για τη δημιουργία ιστών προσαρμόζοντας τη σύνθεση και την τοποθέτηση των ινών, καθώς και από τις μέλισσες, τους τερμίτες και τα μυρμήγκια, που αποτελούν οργανισμούς της φύσης που συνεργάζονται μεταξύ τους για τη γρήγορη κατασκευή των δομών τους, έχει αναπτύξει ρομποτικά σμήνη που συντονίζουν την υλική σύνθεση της δομής. Το “FIBERBOTS”, όπως ονομάζεται το σμήνος από 16 ρομπότ, έχει σχεδιαστεί για να τυλίγει ίνες υαλοβάμβακα για τη δημιουργία σωληνοειδών δομών, 4,5 μέτρων, υψηλής αντοχής και βασίζονται σε αισθητήρες που ελέγχουν το μήκος και την καμπυλότητα κάθε μεμονωμένου σωλήνα σύμφωνα με διαδρομές που ακολουθούνται και καθορίζονται από ένα προσαρμοσμένο και περιβαλλοντικά ενημερωμένο σχεδιαστικό πρωτόκολλο. Έτσι, δίνεται η δυνατότητα στους σχεδιαστές να ελέγχουν παραμέτρους σχεδιασμού υψηλού επιπέδου πολυπλοκότητας για το σχήμα της δομής χωρίς να χρειάζεται να επεμβαίνουν σε κάθε ρομπότ ξεχωριστά και με το χέρι (Εικόνα 2.13) (The Mediated Matter Group, 2018).

Εικόνα 2.12: Κατασκευή με ρομποτικά σμήνη "TERMES". (Minchot, 2013)

Εικόνα 2.13: "FIBERBOTS". (Hitti, 2018)

60

2.3.3 | Νανοβιομιμητική – μοριακή αυτόοργάνωση και νανοτεχνολογία Η κοινή συνιστώσα της βιομιμητικής και της νανοτεχνολογίας είναι η βιωσιμότητα. Η βιομιμητική έχει ως στόχο την βιωσιμότητα και το μέσο για να οδηγηθεί κανείς στην εύρεση βιώσιμων αρχιτεκτονικών λύσεων είναι η νανοτεχνολογία16(Kahachi & Jalil, 2019). Τα παραπάνω έχουν ως αποτέλεσμα την ανάδυση της τρίτης κατεύθυνσης ανάπτυξης του βιομιμητισμού, της νανοβιομιμητικής. Η νανοβιομιμητική αναφέρεται στις μοριακές δομές των βιολογικών συστημάτων και στη μελέτη σε επίπεδο νανοκλίμακας. Η ανάπτυξη της συγκεκριμένης κατεύθυνσης έρχεται για να λύσει τους περιορισμούς της «Λειτουργικής Μορφολογίας», σε ό,τι αφορά τα υλικά, που οφείλονται στην αδυναμία μελέτης της ιεραρχικά δομημένης επιφάνειας λόγω της έρευνας σε μακροκλίμακα(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 22). Οι αρχές της μορφογένεσης και οι bottom-up προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται στη νανοτεχνολογία καθιστούν δυνατή την δημιουργία ανισότροπων17 υλικών καθώς και υλικών που μιμούνται υφές με βάση το πρότυπο των βιολογικών δομών. Η έρευνα 16

εστιάζει σε διαδικασίες μοριακής αυτοοργάνωσης καθώς και στην ανάπτυξη μορίων, κυττάρων και ιστών, συμπεριλαμβανομένης της αναδιάρθρωσής τους και της αυτό-ίασης.

(Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2010, σ. 22) Η παραγωγή υλικών με παρόμοιες μορφολογίες και δομές με τους φυσικούς ζωντανούς οργανισμούς είναι εφικτή μέσω της «βιομορφικής ανοργανοποίησης»(Biomorphic mineralization). Οι βιο-δομές αυτές χρησιμοποιούν γνωστά ανόργανα στοιχεία από τα νανομόρια του DNA, τους ιούς, τα βακτήρια και τα πεπτίδια και ανόργανα νανομόρια από τη φύση, όπως κάλιο, σίδηρο, άνθρακα, φώσφορο, πυρίτιο και βιομάζα για τη δημιουργία των απαιτούμενων ανόργανων νανοδομών και χρήσιμων υλικών.

(Urizar, 2012, σ. 171) Προγραμματισμένες μικρο-συσκευές και κύτταρα δύναται να αποκτήσουν την ικανότητα να αναπαράγονται και να πολλαπλασιάζονται όπως οι ζωντανοί οργανισμοί με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ενός προσχεδιασμένου περιβάλλοντος. Παρόμοια, στη φύση, οι πολύποδες των κοραλλιογενών υφάλων είναι ικανοί να δημιουργούν μεγάλες, περίπλοκες, σταθερές και αυτοσυναρμολογούμενες δομές.

(Urizar, 2012, σ. 171)

Το 2000, το Διεθνές Συμβούλιο των Η.Π.Α. για την Επιστήμη και την Τεχνολογία έδωσε τον εξής ορισμό για

την «νανοτεχνολογία»:«Η ουσία της νανοτεχνολογίας είναι η ικανότητα να δουλεύει σε μοριακό και ατομικό επίπεδο για την δημιουργία μεγάλων κατασκευών με βάση νέες μοριακές δομές. Ο στόχος της είναι να αξιοποιεί αυτές τις ιδιότητες αποκτώντας το έλεγχο των κατασκευών και των μηχανημάτων σε ατομικό, μοριακό και υπερμοριακό επίπεδο και να μαθαίνει να κατασκευάζει και να χρησιμοποιεί αυτές τις συσκευές με αποτελεσματικό τρόπο».(βλ.(Mansoori, 2017)) 17

Τα ανισότροπα υλικά αναφέρονται σε υλικά με ατομικές διατάξεις και ιδιότητες που ποικίλλουν κατά

μήκος των διαφορετικών προσανατολισμών εντός του υλικού. Τα περισσότερα φυσικά υλικά είναι ανισότροπα λόγω της ποικιλίας των ατομικών κατευθύνσεων. Μερικά παραδείγματα είναι οι περισσότεροι κρύσταλλοι, το ξύλο και τα σύνθετα υλικά. Αντίθετα, υπάρχουν και τα ισοτροπικά υλικά στα οποία οι ιδιότητες παραμένουν σταθερές προς όλες τις κατευθύνσεις.(βλ. (Rice, 1999))

61

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Μελετώντας τη φύση, παρατηρούμε διαδικασίες αυτο-συναρμολόγησης που αποτελούν έμπνευση στον σχεδιασμό. Η επιγένεση είναι η φυσική διαδικασία ανάπτυξης ενός οργανισμού που επηρεάζεται σημαντικά από το περιβάλλον. Το "Biorock Pavilion", του βιολόγου Thomas Goreau και του αρχιτέκτονα Wolf Hilbertz, πρόκειται για μια πειραματική διάταξη, που αναπτύσσεται, βάσει της λογικής της επιγένεσης, μέσα στη θάλασσα με σκοπό τη δημιουργία ενός αμφιθεάτρου. Το έργο χρησιμοποιεί χαμηλό σε τάση ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από ένα χαλύβδινο πλαίσιο στο θαλασσινό νερό για να σχηματίσει ανόργανες δομές από τα διάφορα σωματίδια18. Ανάλογα με το ρεύμα που ρέει, τα μέλη που υπόκεινται σε μεγαλύτερη ένταση μεγαλώνουν περισσότερο διαμορφώνοντας την τελική μορφή (Εικόνα 2.14).(Pawlyn, 2016, σ. 52)

Το "Future Venice" αποτελεί ιδέα της Rachel Armstrong και είναι ένα αρχιτεκτονικό έργο που στοχεύει στη δημιουργία μιας τεχνολογίας βιολογικής σκυροδέτησης στα ξύλινα θεμέλια της πόλης της Βενετίας (Εικόνα 2.15). Τα πρωτοκύτταρα19 που αναπτύσσονται μπορούν να απομακρύνονται από το φως και να χρησιμοποιούν διαλυμένα μέταλλα και διοξείδιο του άνθρακα δημιουργώντας ένα είδος ιζήματος στα θεμέλια, ενισχύοντας το ήδη υπάρχον είδος βιο-σκυροδέματος που παράγεται από τα θαλάσσια ζώα (Εικόνα 2.16).(Armstrong, 2014)

Εικόνα 2.14: "Biorock Pavilion" των Goreau και Wolf Hilbertz. (Grozdanic, 2014) 18

Η συγκεκριμένη τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι στιγμής μόνο στην αποκατάσταση των

κοραλλιογενών ύφαλων με την δημιουργία ανόργανων δομών πάνω στις οποίες τα κοράλλια μπορούν να αναπτυχθούν.(βλ. (Pawlyn, 2016)) 19

Το 2007 ο Pengcheng Fu από το τμήμα μοριακών βιοεπιστημών και βιομηχανικής του Πανεπιστημίου της

Χαβάης όρισε τον «Σχεδιασμό με υπολογιστικά εργαλεία και με βάση τα συνθετικά πρωτοκύτταρα» ως “protoputing”.

(Cogdell, 2019, σ. 84) Τα πρωτοκύτταρα χρησιμοποιούνται για την δημιουργία νέων υλικών και έχουν ιδιότητες παρόμοιες με αυτές των ζωντανών οργανισμών. Η ανάπτυξή τους αποτελεί σημείο καμπής στην εξέλιξη της τεχνολογίας και των συστημάτων που μοιάζουν με τους βιολογικούς οργανισμούς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στο σύστημα σταγονιδίων Bütschli, είναι δυνατό να μετακινούνται γύρω από το περιβάλλον τους, να αντιδρούν και να παράγουν μικροδομές.(βλ. ( (Armstrong, 2014)

62

Εικόνα 2.15: Η τεχνολογία βιολογικής σκυροδέτησης στο έργο "Future Venice" της Rachel Armstrong. (Hobson, 2014)

Εικόνα 2.16: Η δράση των πρωτοκυττάρων. (Hobson, 2014)

63

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Μια ευρεία κατηγορία νανο-βιομιμητικών υλικών, αφορά τα υλικά με ιδιότητες αυτοίασης. Οι ερευνητές του Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ παρατήρησαν την ικανότητα του φυτού Λιάνα να αντιδράει γρήγορα σε μια πιθανή βλάβη και να αναπτύσσει μηχανισμούς αυτο-ίασης εφαρμόζοντας, στη συνέχεια, τον ίδιο μηχανισμό σε ένα πολυμερές που μπορεί να επισκευαστεί αυτόματα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Αντίστοιχες εφαρμογές εντοπίζονται στο σκυρόδεμα. Το Πανεπιστήμιο του Delft έχει δημιουργήσει ένα «βιοσκυρόδεμα» που περιέχει βακτήρια, τα οποία παράγουν ασβεστόλιθο που ενεργοποιούνται σε περίπτωση ρωγμής (Εικόνα 2.17).(Pawlyn,

Εικόνα 2.17: Τα βακτήρια στο βιο-σκυρόδεμα του Πανεπιστημίου του Delft. (Ahmed, 2015)

2016, σ. 55) Σαν υποκατηγορία των υλικών αυτό-ίασης μπορεί να θεωρηθούν τα αυτό-καθαριζόμενα υλικά με χαρακτηριστικά εκείνα που βασίζονται στο φαινόμενο του λωτού και μιμούνται την υδροφοβική ιδιότητά του, βρίσκοντας εφαρμογή σε επιφάνειες που χρειάζεται να διατηρηθούν στεγνές και καθαρές. Δημιουργούνται επιστρώσεις όμοιες με την επιφάνεια του λωτού που αποτελούνται από πολλές μικροδομές μεταξύ των οποίων εγκλωβίζεται μια λεπτή στρώση αέρα(Pawlyn, 2016, σ. 55). Σε άλλη κατεύθυνση, το Ινστιτούτο Wyss μελετώντας τα φυτά της οικογένειας των νηπενθίδων ανέπτυξε μια νέα δομή στην οποία η στρώση του αέρα αντικαθίσταται με μία στρώση λιπαντικής ουσίας. Οι ερευνητές εκμεταλλευόμενοι την ένθετη ικανότητα αυτό-ίασης των υγρών χρησιμοποίησαν την λιπαντική ουσία στην δομή "SLIPS"(Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) που ενσωματώνεται στο στερεό με την ανάγκη αυτό-καθαρισμού και δεν λειτουργεί ως επικάλυψη, όπως συμβαίνει στα υλικά που μιμούνται τον λωτό (Εικόνα 2.18) (Wyss Institute, 2013).

Εικόνα 2.18: Η δομή "SLIPS" εμπνέεται από τα φυτά της οικογενείας των νηπενθίδων. (Wyss Institute at Harvard University)

64

Στη νανοβιομιμητική, κάθε στοιχείο μπορεί να σχεδιαστεί και να ενσωματωθεί σε προϋπάρχοντα συστήματα, όπως για παράδειγμα σε έναν μικρο-επεξεργαστή, έχοντας ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας νέας ευφυούς οντότητας. Η οντότητα αυτή είναι ικανή να αντιλαμβάνεται τις αλλαγές του περιβάλλοντος και να αντιδρά σε αυτές. Καθίσταται, έτσι δυνατή η ανάπτυξη δομών που προσαρμόζονται στις απαιτήσεις του χρήστη και στις περιβαλλοντικές συνθήκες(Urizar, 2012, σ. 171). Σε αυτό το σημείο, αξίζει να αναφερθεί ότι πρόκειται για υλικά που μπορούν να λάβουν ένα ερέθισμα και να ανταποκριθούν και δεν αποτελούν εξέλιξη της τεχνολογίας της προηγούμενης κατεύθυνσης. Στο «έξυπνο» υλικό ο αισθητήρας και ο ενεργοποιητής ταυτίζονται, ενώ δεν υπάρχει επεξεργαστής.(Pawlyn, 2016, σ. 60) Το Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης ανέπτυξε ένα έξυπνο υλικό, το "HygroSkin", που ανταποκρίνεται άμεσα στις αλλαγές των ατμοσφαιρικών συνθηκών παίρνοντας έμπνευση από την ικανότητα των κουκουναριών να ανοιγοκλείνουν ανάλογα με το ποσοστό υγρασίας. Τα κουκουνάρια είναι κλειστά όταν βρίσκονται πάνω στο δέντρο και καθώς πέφτουν, χάνουν την υγρασία τους με αποτέλεσμα να ανοίγουν (Εικόνα 2.19) (Pawlyn, 2016, σ. 53). Επίσης, τα τελευταία χρόνια, έχουν γίνει έρευνες σχετικά με την αξιοποίηση της άλγης 20και του χαρακτηριστικού της να παράγει μεγάλη ποσότητα βιομάζας απορροφώντας διοξείδιο του άνθρακα από 20

την ατμόσφαιρα, καθιστώντας την εξαιρετικά αποτελεσματική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Γι’ αυτόν τον λόγο έχει αναπτυχθεί η ιδέα της ενσωμάτωσής της στα κελύφη των κτιρίων (Εικόνα 2.20) (Chang, Castro-Lacouture, Dutt, & Yang, 2017).

Εικόνα 2.19: "HygroSkin". (Menges, HygroSkin: Meteorosensitive Pavilion, 2013)

Εικόνα 2.20: Η άλγη στην πρόσοψη του Κτιρίου της Διεθνούς Έκθεσης στην Φρανκφούρτη το 2012 και το 2013. (Syn.De.Bio, 2014)

Η άλγη χαρακτηρίζεται ως βιοκαύσιμο που φωτοσυνθέτει και έχει μεγαλύτερη απόδοση από τα υπόλοιπες

συμβατικές καλλιέργειες, όπως η σόγια.(βλ. (Chang, Castro-Lacouture, Dutt, & Yang, 2017)

65

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Όπως επισημαίνει ο αρχιτέκτονας Mark Urizar, η συνεχής ανάπτυξη της επιστήμης της νανοτεχνολογίας σε συνδυασμό με την υιοθέτηση βιομιμητικών προσεγγίσεων σηματοδοτεί πρωτοποριακές εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας. Η νανοβιομιμητική μπορεί να θεωρηθεί ως το μέλλον της αρχιτεκτονικής, θέτοντας τις βάσεις για την μετάβαση από το ουτοπικό στο πραγματικό. Η ιδέα της ανάπτυξης βιοϋλικών που προγραμματίζονται να συλλέγουν μόρια από το περιβάλλον τους για την αναπαραγωγή τους και τον ανασχεδιασμό τους σε μοριακά ρομπότ αποτελεί μια ισχυρή τεχνολογία που θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κτιρίων και ολόκληρων πόλεων. Συνεπώς, σύμφωνα με τον Urizar, ο ρόλος του αρχιτέκτονα αλλάζει, που οφείλει να έχει μεγαλύτερο διεπιστημονικό εύρος και να χρησιμοποιεί τη νανοβιομιμητική και άλλες επιστήμες προκειμένου να μετατρέψει την εικονική σχεδίαση σε πραγματικό αρχιτεκτονικό έργο. (Urizar, 2012, σσ. 169-170) Σε αστική κλίμακα, η νανοβιομιμητική και η ανάπτυξη της αντίστοιχης τεχνολογίας, θα μπορούσε να εφαρμοστεί από τους αρχιτέκτονες ως μέσο για να αναπρογραμματίσουν, να ανασχεδιάσουν και να ανακατασκευάσουν τη δομή του κτιρίου, ώστε όλη η πόλη να μετουσιωθεί σε μια οργανική και ζωντανή οντότητα. Μια τέτοια αρχιτεκτονική 21

είναι βιοδιασπώμενη και παράγεται από νανομόρια με απαίτηση σε εικονικές πηγές ενέργειας για την κατασκευή, την ενέργεια και τις διάφορες λειτουργίες. Έτσι, μεταβάλλεται τόσο το αστικό περιβάλλον όσο και τις ζωές των κατοίκων προς μία πιο βιώσιμη κατεύθυνση.

(Urizar, 2012, σ. 171) Όπως αναφέρει η ιστορικός τέχνης Christina Cogdell, παρατηρείται μια αυξανόμενη τάση για ενασχόληση με την επιστήμη της νανοβιομιμητικής, η βάση της οποίας αναφέρει ότι οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούν υπολογιστικά εργαλεία μπορούν να ενοποιήσουν τις φυσικές, βιολογικές και γνωστικές αρχές για την ανάπτυξη ενός τρόπου σχεδίασης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως (Cogdell, 2019, σ. 69). Εισάγεται μια νέα εποχή, που αναφέρεται στην εδραίωση της ψηφιακής τεχνολογίας και στη σημαντική πρόοδο που αυτή έχει επιφέρει σε ό,τι αφορά την τεχνητή νοημοσύνη, και είναι γνωστή ως 4η Βιομηχανική Επανάσταση21 ή «Βιομηχανία 4.0», ορός που επινοήθηκε μόλις το 2011. Οδηγούμαστε, πλέον, σε μια εποχή αλληλοεπίδρασης των φυσικών, ψηφιακών και βιολογικών τομέων με σκοπό την εξατομίκευση των προϊόντων και τη δημιουργία νέων λειτουργικών προτύπων (Schwab, 2016, σ. 12).

Η 1η Βιομηχανική Επανάσταση(1760-1840) χαρακτηρίζεται από την κατασκευή του σιδηρόδρομου και

την εφεύρεση της ατμομηχανής. Στην 2η, στα τέλη του 19ου αιώνα με αρχές 20ου, το ηλεκτρικό ρεύμα και η δημιουργία της κινητής γραμμής συναρμολόγησης έδωσε την δυνατότητα για μαζικές παραγωγές προϊόντων. Η 3η Βιομηχανική Επανάσταση ή Ψηφιακή Επανάσταση ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας 1960 και είναι γνωστή για την ανάπτυξη των υπολογιστών και την εφεύρεση του ίντερνετ.(βλ. (Schwab, 2016))

66

2.4 | «Οτιδήποτε έχει δημιουργηθεί από τον άνθρωπο υπάχει .....ήδη στο σπουδαίο βιβλίο της φύσης», Antonio Gaudi**: Από τη μεθοδολογία στις εφαρμογές βιομίμησης Για την ανάπτυξη βιομιμητικών λύσεων στην αρχιτεκτονική παρατηρείται μια αναδιαμόρφωση των σχεδιαστικών προσεγγίσεων και ταυτόχρονα η συνεργασία διαφορετικών κλάδων, όπως της αρχιτεκτονικής, της βιολογίας, των φυσικών επιστημών κ.λπ.. Από τη μία, η «από την κορυφή προς τη βάση» προσέγγιση, δηλαδή ο σχεδιασμός που παρατηρεί τη φύση, αναφέρεται στην παρατήρηση της φύσης και στον τρόπο που αυτή λύνει τα προβλήματά της για τη μεταφορά αυτών των επιλύσεων στον τεχνολογικό κόσμο. Από την άλλη, η «από τη βάση προς την κορυφή» προσέγγιση, αφορά στη μεταφορά μιας συγκεκριμένης λειτουργίας ενός οργανισμού ή οικοσυστήματος στη σύνθεση. Οι δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούν τις αρχές του φυσικού κόσμου για την επίτευξη βιώσιμης αρχιτεκτονικής. Σε κάθε συνθετική διαδικασία, που περιλαμβάνει μία από τις παραπάνω προσεγγίσεις, τα δεδομένα που τίθονται στο πρόβλημα οδηγούν τον μελετητή να ερευνήσει από την πλευρά του οργανισμού, της συμπεριφοράς ή του οικοσυστήματος. Βάσει της βιβλιογραφικής αναζήτησης που πραγματοποιήθηκε, εντοπίσαμε ότι υπάρχουν λίγα παραδείγματα που αφορούν το επίπεδο

του οικοσυστήματος, γεγονός που μπορεί να δικαιολογηθεί εξαιτίας του επιπέδου πολυπλοκότητας που το οικοσύστημα εμπεριέχει και του γεγονότος ότι η βιομιμητική δεν έχει εξελιχθεί ακόμα σε βάθος. Αντίστοιχα, λίγα ήταν και τα παραδείγματα του επιπέδου της συμπεριφοράς, αφού τα περισσότερα κτίρια λειτουργούν με συμβατικούς τρόπους. Οι περισσότερες αναφορές εντοπίζονται στο επίπεδο του οργανισμού, όμως, σε περιπτώσεις άγνοιας της αλληλεπίδρασής του με το περιβάλλον του, είναι πολύ πιθανό να οδηγήσει σε ιδέες, που αν και λαμβάνουν έμπνευση από ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό του φυσικού κόσμου, δε χαρακτηρίζονται βιώσιμες. Για παράδειγμα, το υλικό Velcro, που αν και μιμείται το χαρακτηριστικό της κολλιτσίδας να προσκολλάται σε μάλλινες επιφάνειες, κατασκευάζεται από πετροχημικά που δε μπορούν να ανακυκλωθούν. (Zari & Storey, 2007) Στο παράδειγμα του σκαθαριού της Ναμίμπιας, σε επίπεδο οργανισμού, εντοπίζεται ένας μηχανισμός που αντιστοιχήθηκε σε ένα μονοσήμαντο υλικό χωρίς να μελετηθεί ο βιολογικός του κύκλος, όπως ο τρόπος που το σκαθάρι διαμορφώνει το περιβάλλον του και άρα η βιομίμηση να αναφέρεται σε επίπεδο

** Ρητό του Ισπανού αρχιτέκτονα Antonio Gaudi, που θεωρούμε ότι συμπυκνώνει το περιεχόμενο του κεφαλαίου 2.

67

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

συμπεριφοράς. Αντίθετα, στην περίπτωση των τερμιτών, η μελέτη περιλαμβάνει μια πιο συνολική παρατήρηση της συμπεριφοράς των τερμιτών και του τρόπου με τον οποίο μπορούν να αλλάξουν το περιβάλλον τους. Στο "Davies Alpine House", παρατηρούμε, όμως, ότι επιλέγεται μια απλουστευμένη μορφολογία, που δε σχετίζεται με τη μορφή των αναχωμάτων των τερμιτών και άρα στη βιομίμηση δε λαμβάνεται υπόψη το επίπεδο οργανισμού. Παράλληλα, στη δημιουργία τρισδιάστατων μορφών, η τεχνολογική εξέλιξη έχει δώσει τη δυνατότητα της ενσωμάτωσης της βιολογίας και συγκεκριμένα των εξελικτικών θεωριών Η μορφογένεση επιτυγχάνεται μέσω των γενετικών αλγορίθμων και οι αρχές των βιολογικών συστημάτων εισάγονται στην αρχιτεκτονική, μέσω των υπολογιστικών μέσων. Η θεωρία της πολυπλοκότητας των υπολογιστικών μέσων εμπεριέχει τις τρεις βασικές μορφογενετικές διαδικασίες της αυτό-οργάνωσης, της ανάδυσης και της αυτόποίησης, οι οποίες εντοπίζονται και στον φυσικό κόσμο. Έτσι, η τεχνολογία που βασίζεται στα βιολογικά συστήματα αποτελεί ένα σημαντικό μέσο για τη δημιουργία μορφών που μιμούνται τις λειτουργίες της φύσης.

μίμηση της μορφής του φυσικού κόσμου. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, στη δεύτερη κατεύθυνση, παρατηρείται η ανάπτυξη ρομπότ και αισθητήρων που μιμούνται συμπεριφορές των βιολογικών συστημάτων. Η τελευταία κατεύθυνση αφορά τη νανοβιομιμητική, που συμπεριλαμβάνει τις βιομιμητικές διαδικασίες top-down και bottom up καθώς και τις μορφογενετικές διαδικασίες που αναλύθηκαν. Συνεπώς, ταυτόχρονα με την πρόοδο που παρατηρείται στην τεχνολογία, εξελίσσεται και η βιομιμητική, δίνοντας νέες καινοτόμες και πιο συμπεριληπτικές των προηγούμενων προσεγγίσεων μεθοδολογίες στην αρχιτεκτονική και τη μηχανική.

Ανάλογα με τα τεχνολογικά μέσα που διαθέτουν οι αρχιτέκτονες και οι μηχανικοί σε κάθε χρονική περίοδο, έχουν διαμορφωθεί συνολικά τρεις κατευθύνσεις ανάπτυξης. Στην πρώτη χρονικά κατεύθυνση, αυτή της λειτουργικής μορφολογίας, η τεχνολογία επιτρέπει μόνο τη μακροσκοπική και εμπειρική παρατήρηση της φύσης, γι’ αυτό και η βιομιμητική βασίζεται περισσότερο στη

68

69

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.0: "Monocoque", έργο της Neri Oxman (Oxman, Monocoque, 2007)

Κεφάλαιο 3

Natural Computing: Μελέτη τριών περιπτώσεων

Με βάση τις καινοτομίες που παρατηρούνται στην τεχνολογία, που αναφέρθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, ο ορισμός της βιομιμητικής μπορεί να συμπεριλάβει τόσο τις υπολογιστικές διαδικασίες που παρατηρούνται στη φύση όσο και τη σχεδίαση με τη χρήση υπολογιστή που εμπνέεται από τη φύση. Αυτή η διεύρυνση του ορισμού της βιομιμητικής αναφέρεται και ως “natural computing”. Έτσι, από τη μία πλευρά οι υπολογιστικές τεχνολογίες μιμούνται τις διαδικασίες που παρατηρούνται στα φυσικά συστήματα και από την άλλη οι φυσικές διαδικασίες των συστημάτων φέρουν μια εγγενή υπολογιστική ικανότητα, που δε βασίζεται σε κάποιο πρόσθετο λογισμικό.(Cogdell, 2019, σσ. 6970) Έννοιες που αναφέρονται στη συνεργασία μεταξύ βιολογίας, τεχνολογίας και αρχιτεκτονικής μπορεί να ακούγονται παρόμοιες, πολλές φορές όμως έχουν διαφορετική σημασία. Συγκεκριμένα, εντοπίζονται τρεις διαφορετικοί όροι καθένας από τους οποίους υπάγεται σε διαφορετικό πεδίο έρευνας. Η έννοια του “material computation” επινοήθηκε από τον αρχιτέκτονα Achim Menges, του “programming matter” αντιστοιχεί στο πεδίο έρευνας της Neri Oxman σε συνεργασία με επιστήμονες υλικών και συνθετικούς βιολόγους, ενώ το“biocomputation” από τον αρχιτέκτονα David Benjamin και τον συνθετικό βιολόγο Fernan Federici. (Cogdell, 2019, σ. 70)

70

3.1 | Material Computation Ο όρος του “material computation” αναφέρεται στην αφομοίωση της ψηφιοποιημένης πληροφορίας για την υλικότητα, στη βάση του ψηφιακού σχεδιασμού, με στόχο την πλήρη ενσωμάτωση της υλικής ταυτότητας, της χωρητικότητας και της απόδοσης σε όλες τις διαστάσεις της σχεδιαστικής διαδικασίας. Το πεδίο έρευνας παρέχει τη δυνατότητα τόσο για την πληροφόρηση κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού μέσω των συγκεκριμένων

σχεδιαστική προσέγγιση προτείνεται ως το σύνολο των διαδικασιών που επιτρέπουν τη διανομή των υλικών και των ιδιοτήτων τους στο σχεδιασμό ενός προϊόντος ή ενός δομικού στοιχείου. Το “material computation” είναι επομένως μια προσέγγιση σχεδιασμού, μια μεθοδολογία και ένα τεχνικό πλαίσιο, με το οποίο καθίσταται δυνατή η μοντελοποίηση, η προσομοίωση και η κατασκευή λειτουργικών υλικών δομών με ποικίλες ιδιότητες

χαρακτηριστικών και συμπεριφορών των υλικών όσο και για τη πληροφόρηση της οργάνωσης της ύλης και του υλικού στις διάφορες κλίμακες σε συσχέτιση με το περιβάλλον. Οι ιδιότητες του υλικού, τα χαρακτηριστικά και η συμπεριφορά του, είναι πλέον οι σχεδιαστικοί δημιουργοί και η μικροκλίμακα της δομής του υλικού, καθώς και η μακροκλίμακα των υλικών συστημάτων, μπορούν να κατανοηθούν ως μια αλληλουχία αμοιβαίων χαρακτηριστικών συμπεριφοράς και επιτελεστικών δυνατοτήτων.(Menges, Material Computation: Higher Integration in Morphogenetic Design, 2012)

σχεδιασμένες να αντιδρούν στους πολλαπλούς και συνεχώς μεταβαλλόμενους λειτουργικούς περιορισμούς.(Oxman, Neri Oxman, 2012)

Τα παραπάνω υποστηρίζουν τον σχεδιασμό πολυλειτουργικών προϊόντων και κτιριακών στοιχείων. Μέσα σε αυτή τη πολυλειτουργική κατάσταση οι παραλλαγές των ιδιοτήτων του υλικού και η σύνθεση συμβαδίζουν άμεσα με συγκεκριμένους λειτουργικούς, διαρθρωτικούς και περιβαλλοντικούς περιορισμούς. Αυτή η

Στην

προϋπάρχουσα

τεχνολογία

των

υπολογιστών παράγονται γεωμετρικές μορφές και δομές, υπολογίζονται τα φορτία και οι δυνάμεις που ασκούνται σε ένα υλικό και ενσωματώνονται διάφορα χαρακτηριστικά όπως το αρχιτεκτονικό πρόγραμμα και το κόστος σε προβλήματα βελτιστοποίησης πολλαπλών αντικειμενικών κριτηρίων. Από τις αρχές του 21ου αιώνα, αρχιτέκτονες όπως ο Achim Menges και ο Aaron Sprecher προσπαθούν να εξελίξουν αυτές τις υπολογιστικές προσεγγίσεις μέσω της ενσωμάτωσης των ιδιοτήτων των υλικών σε μικροκλίμακα και της σχετικής απόδοσης τους σε κλίμακα κτιρίου ως γενετικούς οδηγούς για τον υπολογιστικό σχεδιασμό22. Για παράδειγμα, ο Sprecher και η ερευνητική του ομάδα LIPHE αναπτύσσουν νέα βελτιστοποιημένα μοντέλα για τη ρομποτική παραγωγή

22 Ο σχεδιασμός που βασίζεται στα ψηφιακά μέσα για την ανάπτυξη σχεδιαστικών λύσεων. (Caetano, Santos, & Leitão, 2020)

71

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

των μεγάλων σε κλίμακα πρωτοτύπων που ενσωματώνουν υλικές και φυσικές συμπεριφορές στον σύγχρονο σχεδιασμό και στη λήψη λειτουργικών αποφάσεων. Για τον Menges, στον παραμετρικό σχεδιασμό23 εισάγονται οι πληροφορίες σχετικά με τα υλικά προκειμένου η σχεδιαστική διαδικασία να μπορεί να ενημερώνεται κατά την πορεία της

διαδικασίας για πιθανά αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένης της γεωμετρίας των συστατικών, της κατασκευαστικής διαδικασίας και της λογικής της συναρμολόγησης της δομής. Τα παραπάνω είναι αλληλένδετα, όπως φανερώνουν οι πολυάριθμοι πειραματισμοί του με το ξύλο (Εικόνα 3.1). (Cogdell, 2019, σσ. 70-71)

Εικόνα 3.1: Πειραματισμοί του Menges με βασικό υλικό το ξύλο. ( Menges) 23

Ο σχεδιασμός που σχετίζεται με τις παραμέτρους, οι οποίες πρόκειται για μετρήσιμους αριθμητικούς

παράγοντες που ορίζουν ένα σύστημα ή τις συνθήκες λειτουργίας του. (Caetano, Santos, & Leitão, 2020)

72

3.1.1 | Achim Menges

η κατανομή και ο προσανατολισμός των κυττάρων είναι οι καθοριστικοί παράγοντες για τα ανισότροπα, δομικά και υγροσκοπικά25 χαρακτηριστικά του ξύλου. Στην αρχιτεκτονική και τη δομική μηχανική, τα ανισότροπα και υγροσκοπικά χαρακτηριστικά του ξύλου, που προκύπτουν από την εσωτερική κυτταρική δομή του, παραδοσιακά θεωρούνται 24

εγκάρδιο ξύλο σομφό ξύλο αγγειώδες κάμβιο φλοίωμα περίδερμα

φλοιός

Σε αντίθεση με τα οικοδομικά υλικά που έχουν παραχθεί ειδικά για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες μιας κατασκευής, το ξύλο εξελίσσεται ως ένας λειτουργικός ιστός των δέντρων. Όλα τα δέντρα, παρά τη μεγάλη ποικιλομορφία τους, έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά (Εικόνα 3.2). Είναι όλα αγγειακά, μακροχρόνια φυτά που προσθέτουν ετήσια ανάπτυξη στο προηγουμένως ανεπτυγμένο ξύλο24. Τόσο στο μαλακό ξύλο όσο και στο σκληρό ξύλο, που πιστεύεται ότι έχει εξελιχθεί πιο καθυστερημένα από τα μαλακά, η δομή,

φελλογόνο κάμβιο φελλός

Εικόνα 3.2: Η ανατομία του ξύλου. ((Labuhn, 2014) & Προσωπική επεξεργασία)

Η ανάπτυξη συμβαίνει κυρίως στο κάμβιο, ένα μικροσκοπικό λεπτό στρώμα ζωντανών κυττάρων μεταξύ

του φλοιού και της εσωτερικής δομής του κορμού του σομφού και του εγκάρδιου ξύλο. Τα καμβιακά κύτταρα έχουν πολύ λεπτά πρωτογενή τοιχώματα και χωρίζονται κατά μήκος κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης. Μετά την κυτταρική διαίρεση, ένα από τα δύο νεοσχηματισμένα κύτταρα μεγεθύνεται για να γίνει ένα ακόμη μητρικό καμβιακό κύτταρο ενώ το άλλο ωριμάζει είτε σε ένα κύτταρο στον φλοιό ή, εάν σχηματιστεί προς το εσωτερικό του καμβίου, σε ένα νέο κύτταρο του ξύλου. Μόλις αυτά τα κύτταρα αναπτυχθούν στο τελικό σχήμα και μέγεθος τους, στην εσωτερική επιφάνεια του εύθραυστου πρωτογενούς κυτταρικού τοιχώματος, ένα δευτερεύον τοίχωμα κατασκευάζεται από κυτταρίνη αποτελούμενο από πολυμερή μακράς αλυσίδας. Τα μόρια κυτταρίνης μακράς αλυσίδας προσανατολίζονται κυρίως προς την κατεύθυνση του μακρού άξονα των κυττάρων, ο οποίος αντιπροσωπεύει πολλές από τις βασικές ιδιότητες του ξύλου. Η δομή κυτταρίνης που προκύπτει ενισχύεται στη συνέχεια από λιγνίνη, το υλικό που χαρακτηρίζει τα ξυλώδη φυτά. (Menges, Performative Wood: Integral Computational Design for Timber Constructions, 2009) 25

Υγροσκοπικότητα είναι "η ιδιότητα του ξύλου να αποβάλλει ή να προσλαμβάνει υγρασία ανάλογα με την σχετική

υγρασία και θερμοκρασία του περιβάλλοντος, ώσπου να φτάσει σε μια κατάσταση ισορροπίας". (Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας)

73

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

προβληματικά και μειονεκτικά26 σε σύγκριση με άλλα ομοιογενή, αδιαπέραστα και σταθερά, βιομηχανικά παραγόμενα υλικά. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται προσπάθεια αντιστάθμισης της θεώρησης του ξύλου ως ανεπαρκούς υλικού, με τη χρήση του από ειδικές τεχνικές κατασκευής έως την ανάπτυξη βιομηχανικών προϊόντων ξύλου με σκοπό τη σταθερότητα του υλικού. Όπως αναφέρει ο Menges, η οποιαδήποτε σχεδιαστική προσέγγιση για τις ξύλινες κατασκευές απαιτεί γνώση της εσωτερικής κυτταρικής δομής του ξύλου (Menges, Performative Wood: Integral Computational Design for Timber Constructions, 2009). Μάλιστα σε κάθε περίπτωση απαιτείται η ψηφιακή ανάλυση κάθε κομματιού ξύλου που χρησιμοποιείται σε μια κατασκευή, εξαιτίας του διαφορετικού είδους και των ατομικών κυτταρικών ιδιοτήτων, των ιδιαιτεροτήτων, των ινών, της κοπής και του πάχους (Cogdell, 2019, σ. 72). Μία από τις αρχικές ενασχολήσεις του Menges στην ψηφιοποίηση κομματιών ξύλου για ενσωμάτωση στον σχεδιασμό ήταν στο στούντιο “Microstructural Manipulations”, που διενεργήθηκε στο Harvard το 2009. Ο Menges και οι φοιτητές του πειραματίστηκαν με την αφαίρεση μέρους του πρώιμου ξύλου για να μειωθεί η μάζα και να ελαφρύνει το φορτίο. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, σάρωσαν κάθε κομμάτι ξύλου που θα χρησιμοποιούσαν, ανέλυσαν τη δομή πεπερασμένων στοιχείων για να εξακριβώσουν το φορτίο σε κάθε κομμάτι, έτρεξαν έναν 26

αλγόριθμο στη σάρωση για την αναγνώριση των διακριτών περιοχών του πρώιμου και του όψιμου ξύλου και στη συνέχεια έκοψαν με λέιζερ μεγάλο μέρος των πρώιμων ξύλων (Εικόνα 3.3). Τα τελικά δομικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την υπόθεσή τους ότι το πρώιμο ξύλο διαδραματίζει ασήμαντο δομικό ρόλο και ως εκ τούτου μπορεί να εξαλειφθεί τεχνικά.

(Cogdell, 2019, σ. 72)

Εικόνα 3.3: Σάρωση ξύλινων στοιχείων στο στούντιο “Microstructural Manipulations”. (Menges, 2009)

Τα βασικά μειονεκτήματα του ξύλου είναι η βιολογική φθορά, η πιθανή μεταβολή των διαστάσεων και

ο κίνδυνος καταστροφής από φωτιά. Τα μειονεκτήματα αυτά, όμως, μπορεί να αναιρεθούν με τον κατάλληλο σχεδιασμό. (Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας)

74

Το ξύλινο περίπτερο “BUGA”, που κατασκευάστηκε το 2019 στο νησί Bundesgartenschau στο Heilbronn, αποτελεί μια καινοτόμα προσέγγιση στη ψηφιακή κατασκευή ξυλείας. Τα στοιχεία που απαρτίζουν το κέλυφος βασίζονται στις βιολογικές αρχές που εντοπίζονται στον σκελετό των αχινών27 (Εικόνα 3.4).

Εικόνα 3.4: Ανάλυση του σκελετού του αχινού. ( Perricone, Grun, Marmo, Langella, & Candia, 2020) 27

Για τη δημιουργία μιας μεγάλων διαστάσεων και επαναχρησιμοποιήσιμης δομής, ο Menges και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης, βασίστηκαν στη βιομιμητική αρχή της χρήσης «λιγότερου υλικού» έχοντας «περισσότερη μορφή», τόσο στο επίπεδο του συνολικού κελύφους όσο και στα μεμονωμένα τμήματα του. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η κατανάλωση υλικού και το βάρος, κάθε τμήμα ξύλου αποτελείται από δύο λεπτές πλάκες που φέρουν ένα δακτύλιο δοκών πάνω και κάτω, σχηματίζοντας κοίλες ξύλινες θήκες μεγάλης κλίμακας με πολυγωνικές μορφές. Τα στοιχεία συνδέονται με συνδέσμοιυς δοντιών και καθένα δημιουργήθηκε από αλγορίθμους, που αναπτύχθηκαν με βάση τη πρόθεση του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού και τις δομικές απαιτήσεις. Ο σχεδιασμός του περιπτέρου συμβαίνει ταυτόχρονα και σε ανατροφοδότηση με τον σχεδιασμό της ρομποτικής κατασκευής, η οποία έχει αναπτυχθεί ειδικά για το έργο. Έτσι, έχει επιτευχθεί τελικά η κατασκευή του περιπτέρου μήκους 30 μέτρων να ζυγίζει μόλις 36 kg / m² (Εικόνα 3.5, 3,6).(University of Stuttgart: Institute for Computational Design and Construction, 2019)

Στην βιολογία και συγκεκριμένα στα κελύφη των εχινοειδών συναντώνται ενώσεις σε σχηματισμό ‘Υ’. Τα

μεμονωμένα στοιχεία μπορούν να αφαιρεθούν και να επανατοποθετηθούν αποκτώντας και πάλι ένα σταθερό κέλυφος. Ο αχινός έχει την ικανότητα να αντικαθιστά τμήματα του κελύφους του, που είναι πάντα παράλληλα μεταξύ τους, εμφανίζοντας εφαπτομενικές δυνάμεις διάτμησης. Από μελέτες που έχουν διεξαχθεί, το κέλυφος του αχινού είναι ικανό να αντέχει στις δυνάμεις που δέχεται από το εξωτερικό του περιβάλλον. Το γεγονός ότι το κέλυφος του αχινού παραμένει ανθεκτικό και κατά την διάρκεια του σχηματισμού του οφείλεται στο γεγονός ότι συνδυάζει δύο χαρακτηριστικά. Το ένα αναφέρεται στις συνδέσεις των σημείων των μεμονωμένων στοιχείων του σε σχηματισμό ‘Υ’ και στις διατμητικές δυνάμεις που αναπτύσσονται. Το δεύτερο έχει να κάνει με την δυνατότητα που έχει μια σταθερή δομή κελύφους να αξιοποιεί τις παραμορφώσεις που προκαλούνται από τις μετατοπίσεις των στοιχείων στην φάση της δημιουργίας της δομής. Σε μια τέτοια κατασκευαστική διαδικασία, τα κελύφη θα μπορούσαν να αναπτυχθούν κατά μήκος και κατά πλάτος. Αυτή η ιδιότητα είναι χρήσιμη στην κατασκευαστική τεχνολογία και συγκεκριμένα στην διαδικασία της συναρμολόγησης συνδυάζοντας την γραμμική ανάπτυξη και την αύξηση του όγκου. (Pohl & Nachtigall, 2015)

75

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

μέθοδοι

μηχανική

παραγωγή

διαδικασίες

σχεδιασμός συνεργασία κατασκευή

περίπτερο

υλικότητα

συστήματα

76

Εικόνα 3.5: Ξύλινο περίπτερο BUGA. ((Menges, 2019) (ParametricHouse) &Προσωπική επεξεργασία)

77

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

78

Εικόνα 3.6: Ξύλινο περίπτερο BUGA. (Menges, 2019)

3.1.2 | Αθροιστική αρχιτεκτονική Ο Menges και η συνεργάτιδά του στο Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης Karola Dierichs έχουν καθιερώσει την έννοια της «αθροιστικής αρχιτεκτονικής» με την οποία καθίσταται δυνατός ο φυσικός και συνεχής επανυπολογισμός των δομικών και χωρικών χαρακτηριστικών. Εδώ, ο Menges και η Dierichs, χρησιμοποιούν το “material computation” για να περιγράψουν την «αθροιστική αρχιτεκτονική» (aggregate architecture), της οποίας τα μεμονωμένα στοιχεία σε κοκκώδη μορφή συνδέονται μόνο μέσω της τριβής και της βαρύτητας. Στη φύση αντίστοιχα παραδείγματα είναι η άμμος, το χαλίκι ή το χιόνι. Σε αντίθεση με τη συναρμολόγηση όπου υπάρχουν συγκεκριμένα στοιχεία που ενώνονται, η αθροιστική αρχιτεκτονική επικεντρώνεται σε ένα συνολικό σύστημα συμπεριφοράς που είναι το αποτέλεσμα της διάδρασης των ελεύθερων στοιχείων. Η συνολική κατασκευαστική διάταξη των στοιχείων υπολογίζεται με βάση την υλικότητα και διαμορφώνονται ως χωροχρονικά μοτίβα συμπεριφοράς έχοντας τόσο την ικανότητα για σταθερές δομές στερεών υλικών όσο και της γρήγορης αναδιαμόρφωσης ενός υγρού. Για την παραγωγή, επομένως, αθροιστικής αρχιτεκτονικής, Menges και Dierichs τονίζουν ότι είναι απαραίτητη η παρατήρηση μέσω μεθόδων για τα υλικά και υπολογιστικών μεθόδων καθώς και η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των μεθόδων.(Cogdell, 2019, σσ. 74-75) 28

To 2018 η ομάδα της Dierichs και του Menges σχεδίασε το “ICD Aggregate Pavilion” που ήταν το αποτέλεσμα μιας πολυετούς έρευνας στον σχεδιασμό υλικών σε μορφή κόκκων. Το περίπτερο αποτελεί τον πρώτο κλειστό αρχιτεκτονικό χώρο κατασκευασμένο εξολοκλήρου από κοκκώδη στοιχεία που συγκρατούνται μόνο εξαιτίας της δύναμης της τριβής. Αφού τα σωματίδια δε συνδέονται μεταξύ τους, μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν, όπως άλλωστε έγινε και στην περίπτωση του έργου όπου τα στοιχεία είχαν χρησιμοποιηθεί προηγουμένως σε άλλες κατασκευές28. Η σχεδιαστική ομάδα χρησιμοποίησε δύο τύπους σωματιδίων με διαφορετικές συμπεριφορές. Σχεδίασαν κυρτές σφαίρες που μπορούν να ρέουν και λειτουργούν ως ένας αφαιρούμενος ξυλότυπος και μη κυρτά εξάποδα και δεκάποδα που μπορούν να συνδέονται και παραμένουν ως μία αυτό-υποστηριζόμενη χωρική δομή. Τα εξάποδα είναι κατασκευασμένα βιομηχανικά κατά τη διεργασία της χύτευσης με έγχυση29 χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα πλαστικά. Οι σφαίρες είναι φουσκωτά στοιχεία που έχουν το πλεονέκτημα του μικρού όγκου συσκευασίας και του μεγάλου όγκου ανάπτυξης. Για την κατασκευή των επιμέρους τμημάτων του περιπτέρου επιλέχθηκε η in situ παραγωγή τους στον χώρο αποθήκευσης του κοκκώδους υλικού, και με τη βοήθεια ενός ρομπότ, τα σωματίδια αφήνονται από τα κουτιά αποθήκευσης κατευθείαν στον χώρο εργασίας,

Πριν το "ICD Aggregate Pavilion", που σχεδιάστηκε το 2018, οι αρχιτέκτονες σχεδίασαν το "ICD Aggregate

Waλl", το 2017, και το πρώτο "ICD Aggregate Pavilion", το 2015.(Dierichs, 2008) 29

Κατά τη διεργασία της χύτευσης με έγχυση, χυτεύονται συνήθως θερμοπλαστικά υλικά σε παχύρρευστη

ή εύπλαστη κατάσταση. Η χύτευση πραγματοποιείται σε διαιρούμενους και θερμαινόμενους χαλύβδινους τύπους. Έπειτα από τον καθορισμένο χρόνο ψύξης, απομακρύνονται από το εργαλείο τα τεμάχια έτοιμα για χρήση.(Καρεκλάς, 2015)

79

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

με διαστάσεις 9 επί 10 μέτρα, και στη συνέχεια τα άδεια κουτιά εναποτίθενται στην περίμετρο της κατασκευής. Για τη διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος

διάκρισης εικόνας, που επιτρέπει τον έλεγχο της γεωμετρικής ακρίβειας της δομής (Εικόνα 3.7, 3.8).(Dierichs, 2008)

Εικόνα 3.7: Η έννοια της «αθροιστικής αρχιτεκτονικής στο ICD Aggregate Pavilion. (University of Stuttgart, 2018)

80

81

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.8: ICD Aggregate Pavilion. (University of Stuttgart, 2018)

82

3.2 | Programming matter Το “programming matter” αποτελεί όρο σχετικό με το “material computation” και την «αθροιστική αρχιτεκτονική», που χρησιμοποιείται ευρέως από τους Menges και Dierichs, και αποτελεί το ερευνητικό έργο των Skylar Tibbits και Neri Oxman στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης(ΜΙΤ). Ουσιαστικά θεωρείται το επόμενο βήμα μετά το “material computation”. Αφού είναι γνωστό πως

το υλικό προγραμματίζει τη δομή του και πως τα υπολογιστικά εργαλεία μπορούν να κατασκευάζουν και να τοποθετούν κάθε μεμονωμένο στοιχείο σε συγκεκριμένες θέσεις, υπάρχει η δυνατότητα να σχεδιαστούν και να αναπτυχθούν συγκεκριμένες υλικές συμπεριφορές μέσω της προσαρμογής των στοιχείων σε μακροκλίμακα και των μορίων σε μικροκλίμακα.(Cogdell, 2019, σ. 76)

3.2.1 | Neri Oxman Η Oxman εισάγει μια νέα μέθοδο στην επιστήμη υλικών και τον σχεδιασμό που μοιάζει με την άποψη για την αθροιστική αρχιτεκτονική και έχει στόχο την ένωση διαφορετικών ουσιών με τη χρήση ρομποτικών συστημάτων (Σχήμα 3.1). Στην έρευνά της επικεντρώνεται στο χαρακτηριστικό της φύσης να παράγει ανομοιογενή υλικά που συνδυάζουν δομικές και λειτουργικές ιδιότητες σε διαφορετικές κλίμακες. Εστιάζει στην ανισοτροπία των φυσικών υλικών που, στους τομείς της επιστήμης των υλικών, συνδέεται άμεσα με την μικροδομή του υλικού η οποία προσδιορίζεται

μεταβολή των αναλογιών των συστατικών στοιχείων στις περίπλοκες τρισδιάστατες κατανομές για την παραγωγή βαθμίδων στα κατασκευασμένα τρισδιάστατα αντικείμενα. Έτσι, οι διαφορετικές ιδιότητες επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση των υλικών που σχετίζονται με τη δομική και λειτουργική απόδοση και ανταποκρίνονται στα ερεθίσματα του περιβάλλοντος. Καταλήγει στο συμπέρασμα ότι αυτή η γενική αρχή χρησιμοποιείται σε μακροεπίπεδο για τη μετάβαση από την ψηφιακή εύρεση της μορφής στην εύρεση του χαρακτηριστικού στοιχείου και τη δυνατότητα

από τα μοτίβα των ινών που σχηματίζονται βάσει του χρόνου και του προσανατολισμού τους.(Cogdell, 2019, σ. 76)

προγραμματισμού της φυσικής ύλης. Για την περιγραφή της παραπάνω γενικής αρχής, η Oxman εναποθέτει δύο παραδείγματα που αναφέρονται στη «μεταβαλλόμενη πυκνότητα της ψηφιακής κατασκευής» (Variable Density Digital Fabrication) και στη «μεταβαλλόμενη ευελιξία της ψηφιακής κατασκευής» (Variable Elasticity Digital Fabrication).(Oxman, Programming Matter, 2012)

Σύμφωνα με το άρθρο της με τίτλο “Programming Matter”, η «λειτουργικά βαθμιδωτή ψηφιακή κατασκευή» (Functionally Graded Digital Fabrication) επιτρέπει τη δυναμική μίξη και

83

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Σχεδιασμός με υπολογιστικά μέσα

Μηχανική των υλικών

Προσθετική Κατασκευή

Συνθετική βιολογία

84

Σχήμα 3.1: Η φιλοσοφία της Neri Oxman. ((Antonelli, P., & Burckhardt, A.,2020) & Προσωπική επεξεργασία)

Αναλύοντας το πρώτο παράδειγμα, με αφορμή την υπόθεση ότι η πυκνότητα στις βαθμίδες των δομικών στοιχείων που είναι κατασκευασμένα από σκυρόδεμα μπορεί να αυξήσει την αντοχή του δομικού στοιχείου, με παράλληλη μείωση των υλικών αποβλήτων, η ερευνητική ομάδα του MIT, στόχευε στη δημιουργία αφρών σκυροδέματος μεταβλητής πυκνότητας, αναμειγνύοντας σκόνη αλουμινίου (Εικόνα 3.9). Το έργο εμπνεύστηκε από μεταβαλλόμενες πυκνότητες που προκαλούνται από τα φορτία στα κυτταρικά οστά και από τις ακτινωτές βαθμιδωτές πυκνότητες στα στελέχη των φοινίκων. Οι φοίνικες διατηρούν μια σχεδόν ομοιόμορφη διάμετρο σε όλο το ύψος τους κατά την πάχυνση των κυτταρικών τοιχωμάτων, παράγοντας ακτινωτές βαθμιδωτές πυκνότητες κατά μήκος της επιφάνειας και του όγκου του στελέχους. Λαμβάνοντας, λοιπόν, έμπνευση από τη φύση, κατέστη δυνατή η ελεγχόμενη αυτοματοποίηση των βαθμίδων πυκνότητας στο σκυρόδεμα, που παράλληλα με τη χρήση μιας ρομποτικής πλατφόρμας, αποτελούμενη από έναν δυναμικό θάλαμο ανάμιξης και μια κεφαλή εξώθησης τοποθετημένης σε ρομποτικό βραχίονα, το σκυρόδεμα με ελεγχόμενη πυκνότητα μπορεί να εκτυπωθεί τρισδιάστατα.(Oxman, Programming Matter, 2012)

Εικόνα 3.9: Μεταβαλλόμενη πυκνότητα της ψηφιακής κατασκευής η περίπτωση του σκυροδέματος. (Bensoussan, 2016)

85

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Η ίδια λογική υπάρχει και στο έργο της Oxman “Silk Pavilion II”, που εξετάζει τον τρόπο που μπορεί η ανθρώπινη τεχνογνωσία να συνεργαστεί με τον φυσικό κόσμο, και συγκεκριμένα με τους μεταξοσκώληκες για την κατασκευή αντικειμένων, προϊόντων και κτιρίων. Το έργο ολοκληρώθηκε μέσα σε δέκα μέρες, το 2019, και ξεπερνά σε μέγεθος το προγενέστερο Silk Pavilion I, που πραγματοποιήθηκε το 2013 (Εικόνα 3.10). Για την κατασκευή του περιπτέρου χρησιμοποιήθηκε ένας ενσωματωμένος οριζόντιος κινητικός άξονας που καθοδηγεί δεξιόστροφα τη φυσική κίνηση περιστροφής των μεταξοσκωλήκων.

Εικόνα 3.10:Silk Pavilion I. (Oxman, 2013)

Η συνολική κατασκευή αποτελείται από τρεις αλληλένδετες μεταξύ τους δομές. Η εσωτερική του πρωτογενής κατασκευή αποτελείται από πλεγμένα χαλύβδινα συρματόσχοινα, η δευτερεύουσα δομή του είναι ένα δισδιάστατο ύφασμα στο οποίο τοποθετούνται οι μεταξοσκώληκες και η τριτογενής, τρισδιάστατη δομή έχει κατασκευαστεί βιολογικά από 17.532 μεταξοσκώληκες από την Ιταλία. Η πυκνότητα των ινών στην επιφάνεια της δομής του μεταξιού ποικίλλει ανάλογα με τους τοπικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η κατεύθυνση, η διάρκεια και η ένταση της θερμότητας και του φωτός, καθώς και την τοπολογία του υπερβολοειδούς της κίνησης που έχει σχεδιαστεί για να καθοδηγεί τους μεταξοσκώληκες. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την κίνηση και την περιστροφή των μεταξοσκωλήκων, και συνεπώς το πάχος της επιφάνειας μεταξιού που παράγεται. Οι οπές, που έχουν σχηματιστεί, προκύπτουν από χημικές αντιδράσεις μεταξύ των εκκρίσεων των μεταξοσκωλήκων και του υποκείμενου πλεκτού νήματος που συγκρατεί τους μεταξοσκώληκες και απελευθερώνουν μέρος της εφελκυστικής τάσης στη δομή. Έτσι, κατέστη δυνατή η κατασκευή μιας δομής μεταξιού με ύψος 6 μέτρα και πλάτος 5 μέτρα, χωρίς την παραδοσιακή διαδικασία συλλογής μεταξιού κατά την οποία το κουκούλι βράζει και σκοτώνεται ο μεταξοσκώληκας (Εικόνα 3.11, 3.12). (Antonelli & Burckhardt, 2020, σσ. 108-111)

Εικόνα 3.11: Ο τρόπος κατασκευής του Silk Pavilion II. ((Antonelli, P., & Burckhardt, A.,2020) & Προσωπική επεξεργασία)

86

87

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.12: Silk Pavilion II. (Esquel Group, 2021)

88

Το δεύτερο παράδειγμα, που αναφέρεται στη «μεταβαλλόμενη ευελιξία της ψηφιακής κατασκευής» (Variable Elasticity Digital Fabrication), έχει να κάνει με την ιδιότητα πολλών βιολογικών συστημάτων να καθορίζουν τις φυσικές ιδιότητες των υλικών με βάση τη χημική σύνθεση και μικροδομή της μεσοκυττάριας ουσίας του υλικού. Για παράδειγμα, στους ιστούς κολλαγόνου, όπως είναι ο χόνδρος, η μηχανική συμπεριφορά της μεσοκυττάριας ουσίας προσδιορίζεται από την ποσότητα και την πτύχωση του κολλαγόνου που περιέχει. Αυξημένη αναλογία κολλαγόνου στην πρωτεογλυκάνη της μεσοκυττάριας ουσίας του χόνδρου αντιστοιχεί σε υψηλότερο συντελεστή εφελκυσμού. Η ερευνητική ομάδα του MIT αναμειγνύει πολυμερή, με διαφορετικές αναλογίες, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μειγμάτων με προσαρμογή των μηχανικών ιδιοτήτων σε μια ευρεία κλίμακα με σκοπό την αποτελεσματική διατήρηση των υλικών, την υψηλή απόδοση των ενσωματωμένων δομών και τη βελτιστοποιημένη απόκριση σε μηχανικά ερεθίσματα. Ελέγχοντας, πριν από την απόθεση και τη σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία, τις αναλογίες δύο ή περισσοτέρων πολυμερών που αναμειγνύονται μπορούν να παραχθούν μονολιθικές δομές με λειτουργικές βαθμίδες χρησιμοποιώντας πρόσθετες τεχνολογίες κατασκευής. Η λειτουργικά διαβαθμισμένη ψηφιακή κατασκευή αποτελεί μια προσέγγιση που προσφέρει τη δυνατότητα προγραμματισμού της φυσικής ύλης. Επιπλέον, προσφέρεται η ελεγχόμενη ανάμιξη και εναπόθεση των πολυμερών στρωμάτων χρησιμοποιώντας έναν ρομποτικό βραχίονα για την παραγωγή

89

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

επαναλαμβανόμενων διαβαθμίσεων σε τρισδιάστατα κατασκευασμένα αντικείμενα.

(Oxman, Programming Matter, 2012) Το έργο της Oxman “Aguahoja”, που ξεκίνησε το 2014 και ολοκληρώθηκε το 2019, πρόκειται για μία βιοσυμβατή κατασκευή 5 μέτρων από την ανάμιξη υλικών που βρίσκονται σε αφθονία στον φυσικό κόσμο και θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν το πλαστικό. Δημιουργήθηκε, λοιπόν, μια βιβλιοθήκη πειραμάτων με μείγματα διαφορετικών ποσοτήτων στις χημικές συνθέσεις, των βιοπολυμερών κυτταρίνης, χιτοζάνης, πηκτίνης, γλυκερίνης, δίνοντας άλλοτε σκληρά, άκαμπτα και άλλοτε εύκαμπτα υλικά (Εικόνα 3.13). Όλες οι δομές που περιλαμβάνονται στο έργο αντιδρούν στο περιβάλλον τους, προσαρμόζοντας τη γεωμετρία τους, τη μηχανική συμπεριφορά και το χρώμα τους σε απόκριση των περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως η θερμότητα, η υγρασία και το ηλιακό φως. Παράλληλα, η ρομποτική πλατφόρμα κατασκευής που έχει σχεδιαστεί, μετατρέπει τα βιοπολυμερή, σε βιώσιμες υδρογέλες υψηλής απόδοσης που μπορούν να εκτυπωθούν σε τρισδιάστατα αντικείμενα. Έτσι η κατασκευή αποτελείται από ένα εύκαμπτο βιοσύνθετο «δέρμα» δύο στρωμάτων, το βασικό από πηκτίνη και χιτοζάνη και το πάνω από χιτοζάνη και κυτταρίνη, με λειτουργικά διαβαθμισμένες μηχανικές, χημικές και οπτικές ιδιότητες που στερεώνονται πάνω σε μεταλλικό σκελετό (Εικόνα 3.14).

Εικόνα 3.13: Βιβλιοθήκη πειραμάτων παραμετροποίησης βιοπολυμερών. ((Antonelli, P., & Burckhardt, A.,2020) & Προσωπική επεξεργασία)

Εικόνα 3.14:Τρόπος κατασκευής στο project Aguahoja. ((Oxman , 2020) (Antonelli, P., & Burckhardt, A.,2020) & Προσωπική επεξεργασία)

90

Επιπλέον στο Aguahoja ΙΙ, οι διαβαθμίσεις των χρωμάτων προέκυψαν από την ανάμιξη του στρώματος πηκτίνης με χρώμα από παντζάρι, κουρκουμά, μπλε σπιρουλίνα, ανθρακικό ασβέστιο και μελάνη καλαμαριού. Η χρωματική διαβάθμιση λαμβάνει έμπνευση από ορισμένα είδη της φύσης (Εικόνα 3.15). Στη βάση της κατασκευής, το κίτρινο, κόκκινο και μαύρο χρώμα σχετίζονται με τα μοτίβα που αναπτύσσουν οι μύκητες και τα δηλητηριώδη ζώα για να απωθούν τα θηλαστικά. Στην κορυφή, το μπλε και το κίτρινο προσελκύουν είδη επικονιαστών, όπως οι μέλισσες και οι πασχαλίτσες (Εικόνα 3.16). Τα παραπάνω πρόκειται για υδατοδιαλυτά υλικά, που αποσυντίθενται στη βροχή και με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η επιστροφή τους στο φυσικό οικοσύστημα και η συνέχεια του κύκλου ζωής με σκοπό την τροφοδότηση μιας νέας ανάπτυξης. Επομένως, η ερευνητική ομάδα καταλήγει ότι η αντικατάσταση των πλαστικών προϊόντων με βιοπολυμερή θα επιτρέψει τη βιοαποδόμηση ή την αποσύνθεση των προϊόντων με σύντομη διάρκεια ζωής και των μακροχρόνιων ιδιοτήτων των κατασκευών που είναι σχεδιασμένες για να αντέχουν στον χρόνο και την κλιματική αλλαγή.(Antonelli & Burckhardt, 2020, σσ. 75-83)

91

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.15: Διαβαθμίσεις χρωμάτων στο project Aguahoja II. (Designed Ecologies)

Εικόνα 3.16: Project Aguahoja ΙΙ. (Designed Ecologies)

92

Ένα ακόμα έργο της Oxman, το “Totems”, ερευνά την ανάπτυξη υλικών και χημικών ουσιών που θα επιτρέψουν την προστασία και την διαιώνιση των ειδών. Χρησιμοποιώντας φυσικά υλικά τα οποία παράγονται από τους οργανισμούς που έχουν καταφέρει να επιβιώσουν από την κλιματική αλλαγή, η ομάδα αναπτύσσει μια καινούρια παλέτα προσαρμοστικών και ανθεκτικών υλικών. Μία τέτοια ουσία είναι η μελανίνη που μπορεί να βρεθεί με διάφορες μορφές, όπως στο μπλε χρώμα των φτερών του παγωνιού και στο χρώμα της ώχρας στα ώριμα αχλάδια. Η μελανίνη λειτουργεί διαφορετικά στους διάφορους οργανισμούς αφού προσφέρει προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία, απορροφά ενέργεια και ρυθμίζει τη θερμότητα (Εικόνα 3.17). Όπως αναφέρει η Oxman, η ομάδα της συνέθεσε μελανίνη στο εργαστήριο παράγοντας μια αντίδραση με το ένζυμο τυροσινάση, που όταν αποσπάται από τα μανιτάρια μετατρέπει το αμινοξύ τυροσίνη σε μελανίνη. Η χρωστική ουσία που παράγεται μπορεί να υπάρχει σε υγρή μορφή ή σε σκόνη για τη δημιουργία μελανιών που μπορούν να εκτυπώσουν δισδιάστατα ή τρισδιάστατα. Η Oxman καταλήγει πως παρότι τα οφέλη της συγκεκριμένης έρευνας σε αρχιτεκτονική κλίμακα είναι ακόμα ασαφή, ίσως η μελανίνη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε προσόψεις κτιρίων που θα αλλάζουν ανάλογα με τον χρόνο ή σε ημιπερατές αρχιτεκτονικές επιδερμίδες που θα απορροφούν ακτινοβολία και θα εκπέμπουν στο εσωτερικό θερμότητα (Εικόνα 3.18). (Antonelli & Burckhardt, 2020, σσ. 166-167)

Εικόνα 3.17: Η μελαμίνη ως μέσο προστασίας και διαιώνισης των ειδών. (Aouf, 2019)

93

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.18: Εφαρμογή της μελαμίνης στην αρχιτεκτονική κλίμακα. (Oxman, 2019)

94

3.2.2 | Skylar Tibbits Εν αντιθέσει με την Oxman, η έρευνα του Tibbits δεν επικεντρώνεται στα υλικά αλλά στην αυτό-συναρμολόγηση των στοιχείων υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Ενσωματώνει πληροφορίες αυτόσυναρμολόγησης σε ανεπεξέργαστα υλικά τα οποία συναρμολογούνται μόνα τους και με αυτόν τον τρόπο εισάγει μια νέα καινοτόμα μέθοδο κατασκευής.(Cogdell, 2019, σ. 77) Για τον Tibbits, η αυτό-συναρμολόγηση είναι η κατασκευαστική μέθοδος της βιολογίας που διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αυτό-επιδιόρθωση για τη μακροζωία, την αυτό-αντιγραφή για την αναπαραγωγή και την ανάπτυξη ή μετάλλαξη νέων δομών. Στην αρχιτεκτονική είναι η διαδικασία όπου διάφορα μέρη κατασκευάζονται μόνα τους και ο αρχιτέκτονας είναι υπεύθυνος για τον σχεδιασμό βάσει των κατάλληλων δυνάμεων, των υλικών ιδιοτήτων και των φάσεων. Έτσι, η ανάπτυξη των έξυπνων συστημάτων αυτοσυναρμολόγησης επιτρέπει τη κατασκευή δομών που ενσωματώνονται στις ανάγκες της κοινωνίας και του περιβάλλοντος. Ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει τέσσερα βασικά συστατικά γνωρίσματα της αυτό-συναρμολόγησης που είναι οι απλές ακολουθίες συναρμολόγησης, τα προγραμματισμένα μέρη, η δύναμη ή η ενέργεια που χρειάζεται για την ενεργοποίηση και η επιδιόρθωση των σφαλμάτων (Σχήμα 3.2).

(Cogdell, 2019, σ. 77)

95

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

αυτο-συναρμολόγηση

απλές ακολουθίες

προγραμματισμένα μέρη

ενέργεια

επιδιόρθωση σφαλμάτων

Σχήμα 3.2: Τα τέσσερα γνωρίσματα της αυτοσυναρμολόγησης. (Προσωπική επεξεργασία)

Για τις απλές ακολουθίες συναρμολόγησης χρησιμοποιεί το παράδειγμα του DNA, το οποίο χρειάζεται στοιχεία που ανταποκρίνονται σε απλούς δομικούς αλγορίθμους όπως ανοιχτό/ κλειστό, αριστερά/δεξιά, πάνω/κάτω, κ.λπ.. Ο Tibbits, μέσω αλγορίθμων, όπως οι διαδρομές Hamiltonian και Euler που αποτελούν διάφορους τρόπους σχεδίασης μιας γραμμής μέσω αυθαίρετου συνόλου σημείων, περιγράφει οποιαδήποτε δεδομένη μονοδιάστατη, δισδιάστατη ή τρισδιάστατη γεωμετρία με μια μόνο ακολουθία (Cogdell, 2019, σ.

77). Για παράδειγμα, το έργο “Biased Chains” αφορά σε πρωτότυπες αλυσιδωτές δομές που κωδικοποιούν οδηγίες συναρμολόγησης απευθείας στα υλικά μέρη και στοχεύουν στη

παθητική αυτό-συναρμολόγηση. Ο χρήστης προσθέτει απλώς κάθε μονάδα, κομμάτι προς κομμάτι, σύμφωνα με τη σχεδιασμένη γραμμική ακολουθία μετατρέποντας μια μονοδιάστατη γεωμετρία σε μια τρισδιάστατη μόνο με το κούνημα της αλυσίδας με το χέρι (Εικόνα 3.19). Έτσι, η κάθε μονάδα έχει μια προκαθορισμένη κατεύθυνση και συναρμολογείται τοπικά με βάση μια συνολική επιθυμητή ακολουθία πτυχών που μπορεί να υπαγορεύονται με τέτοιο τρόπο ώστε να περιγράψουν οποιαδήποτε γεωμετρία από δισδιάστατες και τρισδιάστατες γραμμές μέχρι τρισδιάστατες επιφάνειες και όγκους(Self-assembly Lab, 2011).

Εικόνα 3.19: Oι αλυσιδωτές δομές του έργου «Biased Chains». (Self Assembly Lab, 2011)

96

Το δεύτερο γνώρισμα βασίζεται στο πρώτο και όπως αναφέρει ο Tibbits για το DNA, όπου τα ζεύγη βάσεων ή οι πρωτεΐνες έχουν διακριτά αμινοξέα με μοναδικά σχήματα, γνωρίσματα και γωνίες περιστροφής, πρέπει αντίστοιχα να σχεδιάζονται συστήματα με απλά αλλά έξυπνα διακριτά στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία χρειάζεται να έχουν τουλάχιστον δύο φάσεις και να αντιστοιχούν στις απλές ακολουθίες που περιγράφηκαν προηγουμένως. Καθώς τα στοιχεία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους κάθε δεσμός μπορεί να εναλλάσσεται ελεύθερα μεταξύ των διαφορετικών φάσεων ανάλογα με τη θέση του ή τη σχέση με τις εξωτερικές συνθήκες. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε τμήμα ενσωματώνει τις δικές του οδηγίες συναρμολόγησης.(Cogdell, 2019, σ. 77) Εξερευνώντας τις αρχιτεκτονικές επιδερμίδες γεμισμένες με πεπιεσμένο αέρα, το “Jamming Bodies”, στοχεύει σε πιθανές μελλοντικές εφαρμογές τους στην υγεία και την αρχιτεκτονική. Χρησιμοποιώντας τη διαδικασία “Granular Jamming” κατά την οποία τα υλικά μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ υγρής, στερεής και ημι-στερεής κατάστασης, αξιολογήθηκαν οι συνέπειες των αυτόρυθμιζόμενων και γεμισμένων με πεπιεσμένο αέρα υλικών στην αίσθηση, τη συμπεριφορά και τη φυσιολογία του σώματος (Εικόνα 3.20). Απαιτούμενο του έργου ήταν, επομένως, η αλληλοεπίδραση του ανθρώπινου σώματος και των μεμβρανών για την παρατήρηση μεταβλητών, όπως η ρυθμιζόμενη ακαμψία ή θλίψη, και την ανάπτυξη των δομών που μπορούν να αλλάξουν μορφή και πυκνότητα, αν και όταν ζητηθεί (Εικόνα 3.21). (Self-assembly Lab, 2015)

97

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.20: Aυτό-ρυθμιζόμενa και γεμισμένa με πεπιεσμένο αέρα υλικά. (Self Assembly Lab, 2015)

Εικόνα 3.21: Ανάπτυξη δομών που αλληλοεπιδρούν με το ανθρώπινο σώμα. (Self Assembly Lab, 2015)

98

Στα γνωρίσματα της αυτό-συναρμολόγησης, ο Tibbits, τονίζει ακόμα τη σημασία χρήσης παθητικών πηγών ενέργειας 30 σε αντίθεση με τα ρομπότ που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια. Για την επιδιόρθωση των σφαλμάτων αναγνωρίζει την ανάγκη για πλεονασμό υλικού, που δεν αποτελεί πρόβλημα εάν πρόκειται για βιολογικά υλικά που δεν παράγονται βάσει προηγμένων ψηφιακών τεχνολογιών. Στόχος του τελικά είναι οι κατασκευές να μπορούν να δημιουργούνται μόνες τους και να προσαρμόζονται στην εκάστοτε περίπτωση ώστε η συναρμολόγηση να μοιάζει περισσότερο με τις βιολογικές διαδικασίες παρά με τη διαδικασία που ακολουθείται στο εργοτάξιο.

(Cogdell, 2019, σσ. 77, 78) Ο πιο πρόσφατος πειραματισμός του Tibbits που εκμεταλλεύεται τη κυματική ενέργεια είναι το “Growing Islands” (Εικόνα 3.22). Η εκμετάλλευση της δύναμης του ωκεανού για την ανάπτυξη νησιών, την ανοικοδόμηση παραλιών και τη προστασία των παράκτιων κοινοτήτων από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας οδήγησε, το 2019 στις Μαλδίβες, στη δημιουργία ενός συστήματος υποβρύχιων κατασκευών με σκοπό την ανοικοδόμηση των ακτών και τη προστασία των παράκτιων οικισμών από την άνοδο της θαλάσσιας στάθμης (Εικόνα 3.23). Αυτές οι κατασκευές, με βάση τη γεωμετρία και τον προσανατολισμό τους μπορούν να λειτουργήσουν ως ευέλικτοι τεχνητοί ύφαλοι. Αξιοποιώντας τις δυνάμεις 30

των κυμάτων για να καθοδηγηθεί η άμμος σε στρατηγικές τοποθεσίες και προσαρμόζοντας τη θέση των συσκευών σε σχέση με τις εποχιακές αλλαγές και την κατεύθυνση της καταιγίδας, το έργο προωθεί την αυτόοργάνωση δομών άμμου χωρίς τεχνητό τρόπο, όπως συμβαίνει με την απομάκρυνση άμμου από τον πυθμένα με τη βυθοκόρηση, και την καταστροφή των φυσικών οικοσυστημάτων. Επομένως, η ερευνητική ομάδα καταλήγει στην ανάπτυξη μιας βιώσιμης προσέγγισης που δεν «πολεμά» τις φυσικές δυνάμεις αλλά «συνεργάζεται» με αυτές και μπορεί τελικά να κλιμακωθεί σε πολλές παράκτιες περιοχές του κόσμου.(Self-assembly Lab, 2019)

Εικόνα 3.22: Eκμετάλλευση της κυματικής ενέργειας στο έργο “Growing Islands”. ((Self Assembly Lab, 2019) & Προσωπική επεξεργασία)

Το 2002 διατυπώθηκε από τον ευρωβουλευτή Hermann Scheer η η έννοια της «ηλιακής οικονομίας»,

όπου όλες οι ενεργειακές ανάγκες καλύπτονται βάσει των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Περιλαμβάνει την ηλιακή, τη αιολική και την κυματική ενέργεια, τον ηδροηλεκτρισμό και την ενέργεια που προέρχεται από τα φυτά και άλλες οργανικές ουσίες.(Scheer, 2002)

99

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Εικόνα 3.23: Ανάπτυξη νησιών, ανοικοδόμηση παραλιών και προστασία των παράκτιων κοινοτήτων μέσω της δύναμης100 του ωκεανού. (Self Assembly Lab, 2019)

Η έρευνα του Tibbits δεν περιορίζεται στην αυτό-οργάνωση και το “Granular Jamming”, που αναφέρθηκαν παραπάνω, αλλά επεκτείνεται και στα υλικά που μπορούν να προγραμματιστούν. Για τη δημιουργία αυτών των υλικών, γεννήθηκε, από τον Tibbits και την ομάδα του, η ιδέα της εκτύπωσης σε τέσσερις διαστάσεις (Σχήμα 3.3). Τα έξυπνα υλικά είναι σε θέση να μετασχηματίζονται, να αλλάζουν σχήμα ή ιδιότητες με την πάροδο του χρόνου. Έτσι, λοιπόν στην τρισδιάστατη εκτύπωση προστίθεται το στοιχείο του χρόνου.(Tibbits, 2017) Με μία εκτύπωση πολλών υλικών, ένα προϊόν ή ένας μηχανισμός είναι δυνατό να μετατραπεί από οποιονδήποτε μονοδιάστατο σχήμα σε ένα τρισδιάστατο, έπειτα σε δισδιάστατη επιφάνεια και μετά πάλι σε τρισδιάστατο σχήμα. Επιπλέον η καινούρια τεχνική εκτύπωσης μπορεί εφαρμοστεί σε συμπεριφορές που μοιάζουν με την ρομποτική χωρίς όμως να εξαρτώνται από πολύπλοκες ηλεκτρομηχανικές συσκευές. Χρησιμοποιώντας, λοιπόν, μόνο νερό, φως ή οποιαδήποτε απλή μορφή ενέργειας, η τεχνική αυτή προσφέρει προσαρμοστικότητα και δυναμική απόκριση για δομές και συστήματα όλων των μεγεθών.(Self-assembly Lab, 2014)

101

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

1D

2D

3D

4D

Σχήμα 3.3: Οι τέσσερις διαστάσεις της 4D εκτύπωσης. ((Reddy & Anjani, 2018) & Προσωπική επεξεργασία)

102

3.3 | Biocomputation Η έννοια του “biocomputation” ανήκει στον αρχιτέκτονα David Benjamin και τον συνθετικό βιολόγο Fernan Federici. Αναφέρεται στους τρόπους με τους οποίους τα βιολογικά υλικά και οι οργανισμοί διαμορφώνουν τη δομή και τη μορφή τους καθώς και στο πως οι υπολογιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μοντελοποίηση, τη μίμηση και την εξερεύνηση των βιολογικών διαδικασιών. Συνδυάζει το “material computation” και το “natural computation”, που αποτελεί έννοια του James Crutchfield και David Feldman και αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η φύση αποθηκεύει και επεξεργάζεται τις πληροφορίες. (Cogdell, 2019, σσ. 79, 85) Σε αυτό το σημείο είναι χρήσιμο να αναφερθεί ότι το “biocomputation” μοιάζει αλλά διαχωρίζεται

με την έννοια του “biomolecular computing”, που αποτελεί το διεπιστημονικό πεδίο συνεργασίας της μηχανικής, της βιολογίας και της πληροφορικής για τη βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων που εκτελούν υπολογιστικές διεργασίες χρησιμοποιώντας βιολογικούς οργανισμούς καθώς και τη δημιουργία νέων συστημάτων. Αν και δίνει νέες δυνατότητες στους αρχιτέκτονες και τους σχεδιαστές, δεν αναφέρεται σε ζωντανούς οργανισμούς αλλά στο βιολογικό μόριο του DNA και στις ιδιότητες των δεσμών του να διατάσσονται σε δισδιάστατες και τρισδιάστατες δομές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση μαθηματικών προβλημάτων.(Cogdell, 2019, σσ.

81-82, 85)

3.3.1 | David Benjamin-Fernan Federici Η σημασία του “biocomputation” συνοψίζεται στο έργο των Benjamin και Federici “Bio Logic”, που πραγματοποιήθηκε το 2010 και στόχος του ήταν η εξερεύνηση της δυνατότητας να χρησιμοποιηθούν τα βιολογικά συστήματα ως σχεδιαστικά εργαλεία. Για το έργο μελετήθηκαν η δομή και η διάταξη του ξυλώματος των φυτών, που παρομοιάστηκαν με τη διαδικασία διαμόρφωσης της στατικής στήριξης βάσει της μορφογενετικής διαδικασίας της αυτόοργάνωσης, αφού λαμβάνει υπόψη τις συνθήκες του περιβάλλοντος και βασίζεται στις αλληλεπιδράσεις των μορίων σε τοπικό

103

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

επίπεδο. Αρχικά οι ερευνητές τεμάχισαν σε πολλές λεπτές φέτες, σχεδόν δισδιάστατες, τον αγγειακό ιστό μιας αγκινάρας. Αφού τις φωτογράφησαν, τις εισήγαγαν σε αρχιτεκτονικά λογισμικά για να δημιουργήσουν την αρχική τρισδιάστατη εικόνα του ιστού. Στη συνέχεια πειραματίστηκαν χρησιμοποιώντας διαφορετικά διαμορφωμένα μη αγγειακά κύτταρα ενός γονιδιακού στελέχους του φυτού Arabidopsis thaliana, προσθέτοντας μια χημική ουσία που είχε ως επακόλουθο τον συνολικό σχηματισμό του ξυλώματος. Η όλη διαδικασία επαναλήφθηκε.

Με τη σύγκριση των δύο εικονικών μοντέλων και τη χρήση του λογισμικού Eureqa31 εξήγαγαν την κοινή εξίσωση για τα δύο σύνολα δεδομένων από τις εικονικές αναπαραστάσεις.

Έτσι, χρησιμοποίησαν την εξίσωση, που στην ουσία είναι ένας βιολογικός αλγόριθμος, για να δημιουργήσουν περίπλοκες τρισδιάστατες μορφές (Εικόνα 3.24).(Benjamin & Federici, 2017)

Εικόνα 3.24: Τα βιολογικά συστήματα ως σχεδιαστικά εργαλεία στο έργο ”Bio Logic”. (The living) 31

Το Eureqa πρόκειται για ένα λογισμικό μοντελοποίησης που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Τεχνητής

Νοημοσύνης του Πανεπιστημίου Cornell και χρησιμοποιεί την εξελικτική αναζήτηση για τον προσδιορισμό εξισώσεων και κρυφών μαθηματικών σχέσεων σε μη επεξεργασμένα δεδομένα. (Praksova, 2011)

104

Με βάση τα παραπάνω, οι δύο ερευνητές εισάγουν μια νέα φόρμουλα «συνεργασίας» μεταξύ του σχεδιαστή και ενός ζωντανού κυττάρου που επιτρέπει τη κατασκευή δομών που στο παρελθόν φαινόταν αδύνατες. Οι Benjamin και Federici δεν προσπαθούν απλώς να αντιγράψουν τη μορφή της φύσης αλλά τη λογική της. Αν και η μεταφορά του σχεδίου, που βασίζεται στην εξίσωση, σε αρχιτεκτονική κλίμακα δεν κατέστη δυνατή, τονίζουν ότι η βελτιστοποίηση μέσω υπολογιστή μπορεί να

οδηγήσει στη μετάφραση της κλίμακας και στην ανάπτυξη αποδοτικών σχεδιαστικών λύσεων. Επισημαίνουν, επιπλέον, ότι το παράδειγμα του ξυλώματος των φυτών αποτελεί μια άμεση οπτικοποιημένη έρευνα για τη χρήση των βιολογικών συστημάτων ως σχεδιαστικά εργαλεία, όμως στο μέλλον μπορεί να αναπτυχθούν περισσότερο χρήσιμες εφαρμογές με άλλα ζωντανά συστήματα.(Benjamin & Federici, 2017)

3.3.2 | LabStudio Αντίστοιχα με τους Benjamin και Federici, η αρχιτέκτονας Jenny Sabin και ο μοριακός βιολόγος Peter Lloyd Jones ίδρυσαν το 2006 το γραφείο τους LabStudio. Η συνεργασία τους στοχεύει στην συγχώνευση των προσεγγίσεών τους. Από τη μία, οι διαισθητικές, υπολογιστικές και χωρικές δεξιότητες της Sabin, και από την άλλη, η θεωρητική και τεχνική βιοϊατρική εξειδίκευση του Jones, οδήγησαν στην επινόηση νέων τρόπων σκέψης και μορφογένεσης των κυττάρων και των ιστών κάτω από «φυσιολογικές» και «παθολογικές» συνθήκες.

(Cogdell, 2019, σσ. 143-145) Στόχος του LabStu-

Μια σημαντική πτυχή της συνεργασίας της Sabin και του Jones ήταν η παραγωγή μοντέλων ανθρώπινης κλίμακας από σχηματισμούς υλικού σε νάνο- ή μικροκλίμακα, που είχαν εξαχθεί από επιστημονική εργαστηριακή έρευνα. Η Sabin εκτύπωσε για πρώτη φορά μοντέλα που αναπαριστούσαν τη μορφολογία κανονικών και κακοηθών ιστών του καρκίνου του μαστού και, στη συνέχεια, ο Jones παρατήρησε τη διαφορά στην προοπτική και την εικόνα της αρχιτεκτονικής των κυττάρων και των ιστών στη νέα, μεγαλύτερη κλίμακα.

(Cogdell, 2019, σσ. 151-152) Έτσι, το 2008, η ομάδα

dio είναι η αρχιτεκτονική που ανταποκρίνεται σε θέματα οικολογίας και βιωσιμότητας, όπου τα κτίρια συμπεριφέρονται σαν τους οργανισμούς στο φυσικό τους περιβάλλον. Έτσι η έρευνα αφορά στην ανάδυση ενός νέου μοντέλου αρχιτεκτονικής, που βασίζεται στα μη γραμμικά βιολογικά συστήματα και υλικά τα οποία χρησιμοποιούν την ελάχιστη ενέργεια με την μέγιστη αποτελεσματικότητα, εισάγοντας τις θεωρίες της βιολογίας και των μαθηματικών στον ψηφιακό σχεδιασμό.(Sabin & Jones, 2017)

του LabStudio με το έργο “Branching Morphogenesis” διερεύνησε τις θεμελιώδεις διαδικασίες στα συστήματα διαβίωσης και την πιθανή εφαρμογή τους στην αρχιτεκτονική. Αναλυτικότερα, η έρευνα εστίασε στις σχέσεις, από το μέρος προς το σύνολο, που φανερώθηκαν κατά τη δημιουργία διακλαδισμένων δομών, οι οποίες σχηματίστηκαν σε πραγματικό χρόνο μέσω της αλληλεπίδρασης των ενδοθηλιακών κυττάρων των πνευμόνων που τοποθετούνται στο τρισδιάστατο περιβάλλον της μεσοκυττάριας

105

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

ουσίας. Η κατασκευή, με ύψος 3,5 μέτρα και πλάτος 4,5 μέτρα, αποτελείται από πέντε διασυνδεδεμένες στρώσεις, κατασκευασμένες με περισσότερα από εβδομήντα πέντε χιλιάδες στοιχεία συνδεδεμένα με καλώδια, που κρέμονται από την οροφή στο δάπεδο και που καταγράφουν, σε πραγματικό χρόνο, τη δύναμη

που ασκείται μέσω της αλληλεπίδρασης των αγγειακών κυττάρων στο περιβάλλον της μεσοκυττάριας ουσίας τους. Όπως αναφέρουν οι ερευνητές, το τελικό αποτέλεσμα είναι μια «βιο-σύνθεση» για κατοίκηση από τους ανθρώπους (Εικόνα 3.25, 3.26).(Jenny Sabin Lab 2008)

Εικόνα 3.25: Δημιουργία διακλαδισμένων δομών στο έργο "Branching Morphogenesis". (Jenny Sabin Lab, 2008)

106

107

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

108

Εικόνα 3.26: "Branching Morphogenesis". (Sabin J., 2009)

Στο έργο “Ground Substance” του LabStudio, η αλγοριθμική και ψηφιακή διερεύνηση των σχέσεων μεταξύ των αλληλοεπιδρώντων κυττάρων και του περιβάλλοντα ιστού τους, οδηγεί σε μια αφηρημένη αλλά βαθύτερη κατανόηση της αρχιτεκτονικής μορφής, καθώς σχετίζεται με μια οριακή δυναμική κατάσταση (Εικόνα 3.27). Το έργο ενσωματώνει τη βιολογική συμπεριφορά στα υλικά συστήματα μέσω της χρήσης της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Οι πληροφορίες για τη μορφή των κυττάρων και του ιστού μετατρέπονται σε ποσοτικά

και χωρικά δεδομένα μέσω φυσιολογικών επιθηλιακών κυττάρων του ανθρώπου, που καλλιεργούνται σε ένα τρισδιάστατο όγκο, ένα μικροπεριβάλλον. Εξετάζεται, έτσι, η μορφογένεση, ο σχηματισμός κοιλότητας και η συμπεριφορά του κυττάρου ως απόκριση σε μεταβολές στον σχεδιασμό της επιφάνειας των ιστών. Το τελικό κατασκευασμένο μοντέλο αποτελείται από 146 τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη που συνδέονται με μια ράβδο αλουμινίου και νήμα.(Sabin J., 2009)

Εικόνα 3.27: Η αλληλεπίδραση των κυττάρων με τον περιβάλλοντα ιστό τους στο έργο "Ground Substance". (Sabin J., 2009)

109

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Όπως προαναφέραμε, στόχος του LabStudio είναι η δημιουργία βιώσιμης αρχιτεκτονικής σε επίπεδο οργανισμού. Όπως αναφέρει το εργαστήριο, το έργο “eSkin”, αναφέρεται στο μέγιστο βαθμό σε μια τέτοια αρχιτεκτονική που μελετά το ανθρώπινο σώμα για τον σχεδιασμό μοντέλων, στα οποία ερευνώνται παράμετροι προσαρμογής, αλλαγής και απόδοσης στην αρχιτεκτονική. Μελετώντας τις διαδικασίες και τη συμπεριφορά των κυττάρων του ανθρώπου, ενσωματώνονται βιομιμητικές αρχές στη σύνθεση και τον σχεδιασμό νέων υλικών που προσαρμόζονται στις εξωτερικές

συνθήκες, όπως είναι το φως. Έτσι, από τη μελέτη σε νάνο- και μάκρο- κλίμακα, που βασίζεται στην κατανόηση της γεωμετρίας των μη γραμμικών δυναμικών συμπεριφορών των ανθρώπινων κυττάρων, η ομάδα αναπτύσσει παθητικά υλικά, αισθητήρες και συσκευές λήψης εικόνας, σε αρχιτεκτονική κλίμακα, που αποτυπώνουν τις υλικές και περιβαλλοντικές αλλαγές και βασίζονται σε χειρισμούς που γίνονται από τα κύτταρα, όπως αλλαγές στο χρώμα, στη διαφάνεια, στη μαγνητική έλξη και στη διάταξη (Εικόνα 3.28, 3.29). (Sabin & Jones, 2017)

Εικόνα 3.28: Μελέτη σε νάνο- και μάκρο- κλίμακα για το project "eSkin". (Jenny Sabin Lab, 2017)

110

Εικόνα 3.29:Εφαρμογή παθητικών υλικών στην αρχιτεκτονική κλίμακα. (Jenny Sabin Lab, 2017)

111

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

112

3.4 | «Η φύση δε γνωρίζει εξαφάνιση παρά μόνο γγγγγγιιμεταμόρφωση», Αναξαγόρας***: Σύγχρονες εφαρμογές βιομίμησης Η ευρεία χρήση της τεχνολογίας στην ανάπτυξη βιομιμητικών επιλύσεων έχει οδηγήσει στη διεύρυνση του ορισμού της βιομιμητικής. Στην παρατήρηση και τη μίμηση της φύσης ενσωματώνεται, πλέον, η έννοια της σχεδίασης με τη χρήση υπολογιστή που εμπνέεται από τη φύση. Το “natural computing” ταυτίζεται με την παραπάνω σημασία του βιομιμητικού σχεδιασμού και αφορά στην παρούσα έρευνα που διεξάγεται στο πεδίο. Τόσο το “natural computing” όσο και οι σχετικές έννοιες του κεφαλαίου, δηλαδή οι έννοιες του “material computation”, του “programming matter” και του “biocomputation”, πρόκειται για λογισμούς, δηλαδή χρησιμοποιούνται από τους συγκεκριμένους αρχιτέκτονες που μελετήθηκαν για την περιγραφή του έργου τους. Οι παραπάνω όροι αναφέρονται στην αγγλική βιβλιογραφία και από την έρευνα που πραγματοποιήσαμε, εντοπίσαμε έλλειμμα στα ελληνικά. Για τον εμπλουτισμό της ελληνικής βιβλιογραφίας, οι μελετητές της βιομιμητικής αρχιτεκτονικής στη χώρα μας, θα μπορούσαν να συνεισφαίρουν στη διεθνή αποσαφήνιση της ορολογίας, ώστε οι αποδοσμένοι στα ελληνικά όροι να είναι έγκυροι.Ωστόσο, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, θα μπορούσαμε να

προτείνουμε την περιγραφή των εννοιών με ελληνικούς όρους. Έτσι, ο διευρυμένος ορισμός της βιομιμητικής που αντιστοιχεί στο “natural computing”, θα μπορούσε να περιγραφεί ως "φυσικός υπολογισμός δεδομένων". Αναλυτικά οι έννοιες αυτές περιγράφονται στο λεξικό αρχιτεκτονικών όρων, που παρατίθεται στο τέλος της εργασίας. Από τις τρεις έννοιες, αυτή του “material computation”, δηλαδή του "υλικού υπολογισμού", φαίνεται να βρίσκεται πιο κοντά στην αρχιτεκτονική. Η έννοια αναφέρεται στην ενσωμάτωση των ιδιοτήτων του υλικού στον παραμετρικό σχεδιασμό. O Achim Menges ενσωματώνει πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τη συμπεριφορά των υλικών στον παραμετρικό σχεδιασμό. Χρησιμοποιώντας το ξύλο, έχει σχεδιάσει κατασκευές που λειτουργούν ως περίπτερα. Με την Karola Dierichs εισάγουν την αθροιστική αρχιτεκτονική, όπου μεμονωμένα στοιχεία αντιδρούν στις δυναμικές περιβαλλοντικές αλλαγές του περιβάλλοντος και να αυτό-οργανώνεται, για τον σχεδιασμό αρχιτεκτονικών χώρων. Το “programming matter”, που θα μπορούσε να μεταφραστεί ως "προγραμματισμός της ύλης", έχει προς το παρόν εφαρμογή σε μικρότερες κλίμακες. Η Neri Oxman ασχολείται

*** Ρητό του αρχαίου Έλληνα φιλοσόφου Αναξαγόρα, που θεωρούμε ότι συμπυκνώνει το περιεχόμενο του κεφαλαίου 3.

113

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

κυρίως με τη δημιουργία νέων υλικών με τη χρήση υπολογιστικών προγραμμάτων στα οποία είτε η πυκνότητα μπορεί να ελέγχεται είτε είναι το αποτέλεσμα της ανάμιξης πολυμερών με διαφορετικές αναλογίες. Ο Skylar Tibbits χρησιμοποιεί τη μορφογενετική διαδικασία της αυτό-συναρμολόγησης για τον βιομιμητικό σχεδιασμό. Αξιοποιώντας απλές μορφές ενέργειας έχει καταστήσει εφικτή την αλληλεπίδραση μεμονωμένων στοιχείων με σκοπό την αυτο-συναρμολόγηση και την αυτόοργάνωση τρισδιάστατων αντικειμένων, με το τελευταίο του έργο να αφορά σε μεγαλύτερη κλίμακα, την αναδιαμόρφωση ακτών. Αντίστοιχα οι αρχιτέκτονες και οι βιολόγοι που ασχολούνται με το “biocomputation”, ή αλλιώς με τον "βιοϋπολογισμό", έχουν καταφέρει κυρίως να εφαρμόσουν την έρευνά τους σε μικρές κλίμακες. Η έρευνα αφορά την ανάπτυξη μεθόδων προκειμένου να γίνει διάκριση δομής και μορφής και να εξαχθούν μαθηματικές σχέσεις ώστε οι βιολογικές διαδικασίες να χρησιμεύσουν ως σχεδιαστικά εργαλεία. Οι David Benjamin και Fernan Federici έχουν εξάγει έναν βιολογικό αλγόριθμο και με τη χρήση υπολογιστή είναι εφικτό να δημιουργηθούν τρισδιάστατες μορφές αντικειμένων. Οι LabStudio ερευνούν τη μορφογένεση μέσω της ανάλυσης κυττάρων και ιστών και μέσα από αυτή την έρευνα, η τεχνολογία που μπορεί να ενσωματωθεί στον σχεδιασμό κτιρίων, αναφέρεται σε αισθητήρες και υλικά που ανταποκρίνονται στις περιβαλλοντικές αλλαγές.

114

115

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική Εικόνα 4.0: "Entangled Kingdoms", Doxiadis+. (Αρβανίτη-Πολλάτου, 2021)

Κεφάλαιο 4

Συζήτηση-Συμπεράσματα

116

Ανακεφαλαιώνοντας, είναι γεγονός ότι η φύση αποτελούσε ανέκαθεν έμπνευση για τις ανθρώπινες κοινωνίες. Από την αρχαιότητα, τα διακοσμητικά μοτίβα εμπνέονταν από τη μορφή των φυσικών οργανισμών. Σήμερα, οι αρχές της φύσης αποτελούν παράδειγμα μίμησης για την εύρεση λύσεων στα διάφορα περιβαλλοντικά προβλήματα μέσω της βιομιμητικής προσέγγισης. Τις τελευταίες δεκαετίες αναδεύεται η νανοβιομιμητική που αξιοποιεί τα τεχνολογικά μέσα και συμπεριλαμβάνει τις μορφογενετικές διαδικασίες που εντοπίζονται στη φύση οι οποίες έχουν μεταφραστεί σε γενετικούς αλγορίθμους. Πλέον, η συνεργασία μεταξύ διαφορετικών κλάδων – αρχιτεκτονικής, βιολογίας, φυσικών επιστημών, πληροφορικής, επιστήμης υλικών, κ.λπ. – κρίνεται απαραίτητη με σκοπό την ανάπτυξη μιας βιομιμητικής ιδέας.

που χρησιμοποιούν τους γενετικούς αλγορίθμους δεν παράγουν απλώς μια μορφή, αλλά η μορφή επηρεάζεται από τις ιδιότητες του υλικού. Εκτός από την ενσωμάτωση των ιδιοτήτων του υλικού στην παραγωγή μορφής, ο Menges με την Karola Dierichs ερευνούν τον τρόπο που τα μεμονωμένα στοιχεία μιας δομής μπορούν να αντιδρούν στις αλλαγές και να αυτό-οργανώνονται. Έτσι, σε επόμενο στάδιο, η έρευνα των Neri Oxman και Skylar Tibbits επικεντρώνεται στην ανάπτυξη συμπεριφορών και υλικών, όπου τα στοιχεία και τα μόρια αναπροσαρμόζονται. Κοντά στη λογική του Menges βρίσκονται και οι David Benjamin και Fernan Federici, καθώς και το LabStudio, που μελετούν τις μαθηματικές σχέσεις που προκύπτουν από την έρευνα των βιολογικών συστημάτων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εργαλεία σχεδιασμού.

Σε αυτό το πλαίσιο, τη σύγχρονη προσέγγιση της βιομιμητικής μέσω της νανοβιομιμητικής, όλο και περισσότεροι αρχιτέκτονες ασχολούνται με την ανάπτυξη δομών και διαδικασιών που μιμούνται τη φύση. Ο παραμετρικός σχεδιασμός δεν είναι απλώς η εύρεση κάποιας μορφής μέσω των υπολογιστικών προγραμμάτων, αλλά, πλέον, εισάγεται η βιολογία προς τη νέα έκφραση του παραμετρικού σχεδιασμού. Ουσιαστικά, η φύση αποτελεί τη βασική παράμετρο σχεδιασμού και αυτή «προγραμματίζει» τη σχεδιαστική διαδικασία.

Δεδομένου ότι η βιομιμητική σχετίζεται άμεσα με τα διαθέσιμα τεχνολογικά μέσα κάθε περιόδου, όσο εξελίσσεται η τεχνολογία τόσο θα διαγράφεται πρόοδος και στον βιομιμητικό σχεδιασμό. Ωστόσο, μόνο συγκεκριμένα πανεπιστημιακά ιδρύματα και ερευνητικά κέντρα, όπως το Πανεπιστήμιο της Στουτγκάρδης και το MIT, μπορούν να εξελίξουν, τόσο μέσω του θεωρητικού πλαισίου όσο και των τεχνικών μέσων, τη βιομιμητική αρχιτεκτονική. Στα υπόλοιπα πανεπιστήμια η έρευνα περιορίζεται σε εφαρμογές μέσω ψηφιακών αναπαραστάσεων και λογισμικών.

Ο Achim Menges συσχετίζει άμεσα την εύρεση μορφής, μέσω του παραμετρικού σχεδιασμού, με τις ιδιότητες του υλικού. Έτσι, ο υπολογιστής και τα αντίστοιχα προγράμματα

Ως εκ τούτου, η εκπαίδευση του αρχιτέκτονα ενδεχομένως θα έπρεπε να περιλαμβάνει περισσότερες κατευθύνσεις προς τη βιολογία. Μέσω της εκπαίδευσης, θα

117

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

μπορούσε να καταστεί δυνατή η συνεργασία αρχιτέκτονα και βιολόγου. Επιπλέον, θα μπορούσε να διευρυνθούν τόσο τα μέσα που χρησιμοποιούνται όσο και η έρευνα που πραγματοποιείται με σκοπό τη συστηματοποίηση της. Με αφορμή τη συμμετοχή του ελληνικού γραφείου "Doxiadis+" στην 17 η Μπιανάλε της Βενετίας 2021 με το έργο "Entangled Kingdoms", που είναι ο πρώτος κήπος που αποτελείται από μύκητες (Αρβανίτη-Πολλάτου, 2021), παρατηρούμε την εισαγωγή της βιομιμητικής στη χώρα μας. Το συγκεκριμένο παράδειγμα θα μπορούσε να αποτελέσει την κινητήρια δύναμη για την εξέλιξη της βιομιμητικής στην Ελλάδα και την ενασχόληση όλο και περισσότερων αρχιτεκτόνων με τις βιομιμητικές εφαρμογές. Ίσως, ακόμα, αποτελέσει και μια αφορμή για την ενσωμάτωση της βιομιμητικής στο βασικό πρόγραμμα σπουδών των ελληνικών πανεπιστημίων και την εξοικείωση των φοιτητών με τη βιομίμηση, μιας και η γνώση της βιομιμητικής και των υπολογιστικών μέσων προσφέρεται μόνο μέσω ορισμένων μεταπτυχιακών προγραμμάτων.

Ολοκληρώνοντας, η δική μας ενασχόληση με τη βιομιμητική μέσα από την παρούσα ερευνητική εργασία οδήγησε στην ανάδυση ενός νέου ερευνητικό ερωτήματος. Παρόλο που τα παραδείγματα τα οποία αναλύθηκαν αφορούν κυρίως στον σχεδιασμό σε μικρή κλίμακα και δεν ενσωματώνουν πλήρως την ιδέα του οικοσυστήματος, και άρα της βιωσιμότητας, έχουν συμβάλλει σημαντικά στην πρόοδο της βιομιμητικής αρχιτεκτονικής. Τα έργα του Tibbits και το "Silk Pavillion" της Oxman, μπορούν να χαρακτηριστούν βιώσιμα καθώς στα έργα του πρώτου χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως για παράδειγμα η κυματική στο "Growing Islands", ενώ στο "Silk Pavillion", πέρα από την ενέργεια που απαιτείται για τον σκελετό, χρησιμοποιείται ανανεώσιμη βιοενέργεια. Ωστόσο, ο βαθμός βιωσιμότητας των παραδειγμάτων που αναλύθηκαν στην εργασία αποτελεί αντικείμενο περαιτέρω έρευνας. Έτσι, θα μπορέσει να εξαχθεί ένα συνολικό συμπέρασμα για το κατά πόσο οι βιομιμητικές εφαρμογές του παρόντος χρησιμοποιούν ορθά τους ενεργειακούς πόρους.

118

Λεξικό αρχιτεκτονικών όρων

119

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Αθροιστική αρχιτεκτονική: η αρχιτεκτονική που επικεντρώνεται σε ένα συνολικό σύστημα συμπεριφοράς που είναι το αποτέλεσμα της διάδρασης των ελεύθερων στοιχείων μέσω των δυνάμεων της τριβής και της βαρύτητας.

Cogdell, 2019, σσ. 74-75)

στο υψηλότερο επίπεδο οργάνωσης.(Hensel M., 2006)

Αισθητήρας: η τεχνολογία που αποκρίνεται στις αλλαγές του περιβάλλοντος μέσω φυσικών και χημικών διεγέρσεων. (Gruber, 2010, σ. 37)

Αυτο-ποίηση: εγγενής διαδικασία ανάδυσης που αποτελεί μια ερμηνεία του ζωντανού από την άποψη ότι αναγνωρίζει τον κοινό σε όλους τους οργανισμούς μηχανισμό, που γεννά την ταυτότητα της ζωής, ανεξάρτητα από τις διαφορετικές υλικές πραγματοποιήσεις. (Bich, 2006, σ. 282)

Ανάδυση: αναφέρεται στην ανάδυση μορφών και συμπεριφορών από τα περίπλοκα συστήματα του φυσικού κόσμου με τις τεχνικές και διαδικασίες που χρησιμοποιούνται να είναι έντονα μαθηματικές. (Hensel, Menges, & Weinstock, 2012, σ. 160)

Αυτο-συναρμολόγηση: μορφογενετική διαδικασία η οποία πρόκειται για μια διαδικασία συναρμολόγησης στην οποία λαμβάνουν μέρος μόνο τα συστατικά στοιχεία που ενσωματώνονται στη τελική δομή.(Sendova-Franks & Franks, 1999)

Aπό τη βάση προς την κορυφή-Bottom up προσέγγιση: η σχεδιαστική προσέγγιση που αναφέρεται στην αναγνώριση κάποιου συγκεκριμένου χαρακτηριστικού, συμπεριφοράς ή λειτουργίας ενός οργανισμού ή ενός οικοσυστήματος και στη μετάφρασή του σε σχέδιο. (Zari & Storey, 2007)

Βιο-αξιοποίηση: η άμεση χρήση της φύσης με τα διάφορα οφέλη που αυτή έχει, όπως, για παράδειγμα, η χρήση της φύτευσης στα κτίρια που συμβάλλει στην ψύξη τους. (Pawlyn, 2016, σ. 3)

Aπό την κορυφή προς τη βάση-Top-down προσέγγιση: η σχεδιαστική προσέγγιση που ξεκινά με αφορμή το ερώτημα που θέτει ο τεχνολογικός κόσμος στην βιολογία σχετικά με την ύπαρξη παρόμοιων στρατηγικών που εντοπίζονται στη φύση για την επίλυση του συγκεκριμένου τεχνολογικού προβλήματος.

(Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 31) Αυτο-οργάνωση: μορφογενετική διαδικασία κατά την οποία πολλαπλά στοιχεία αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους τοπικά σύμφωνα με κανόνες χωρίς αναφορά σε κεντρικό έλεγχο και στη συνέχεια παράγουν αναδυόμενα μοτίβα

Βιοέμπνευση: ο σχεδιασμός που επιτυγχάνεται με την υιοθέτηση γενικών αρχών σχεδιασμού από τη φύση. (Cohen & Reich, 2016, σ. 5) Βιομιμητική: η επιστήμη που ασχολείται με την μελέτη των μοντέλων της φύσης και έπειτα μιμείται ή εμπνέεται από αυτά για την επίλυση ανθρώπινων προβλημάτων.(Cohen & Reich, 2016, σ. 6) Βιομιμητισμός: η παρατήρηση και έρευνα του σχηματισμού, της δομής και της λειτουργίας των βιολογικών υλικών, μηχανισμών και διαδικασιών για τη σύνθεση προϊόντων με τεχνητούς μηχανισμούς οι οποίοι μιμούνται τον φυσικό κόσμο»(Cohen & Reich, 2016, σ. 6)

120

Βιομορφική ανοργανοποίηση-Biomorphic mineralization: η μέθοοδος παραγωγής υλικών με παρόμοιες μορφολογίες και δομές με τους φυσικούς χρησιμοποιώντας γνωστά ανόργανα στοιχεία από τα νανομόρια του DNA, τους ιούς, τα βακτήρια και τα πεπτίδια και ανόργανα νανομόρια από τη φύση, όπως κάλιο, σίδηρο, άνθρακα, φώσφορο, πυρίτιο και βιομάζα για την δημιουργία των απαιτούμενων ανόργανων νανοδομών και χρήσιμων υλικών.(Urizar, 2012, σ. 171) Βιομορφισμός: ο σχεδιασμός που βασίζεται σε μοτίβα, σχέδια και σχήματα της φύσης. (Cohen & Reich, 2016, σ. 5) Βιονικός: η επιστήμη των συστημάτων που αναφέρεται στις λειτουργίες που αποτελούν αντιγραφή από τη φύση ή αναφέρονται σε χαρακτηριστικά φυσικών συστημάτων. (Pohl & Nachtigall, 2015, σ. 6) Βιοποικιλότητα: η ποικιλία των ζωντανών οργανισμών κάθε προελεύσεως, συμπεριλαμβανομένων των χερσαίων, θαλασσίων και άλλων υδατικών οικοσυστημάτων και οικολογικών συμπλεγμάτων, που αποτελούν μέρος. Περιλαμβάνεται, επίσης, η ποικιλότητα μεταξύ των ειδών και των οικοσυστημάτων. Περιλαμβάνεται,τέλος, η ποικιλότητα των γονιδίων μέσα και μεταξύ των ειδών. (Ν.3937/2011, 2011) Βιοφιλία: η χρήση φυσικών υλικών και στοιχείων, όπως του αέρα, του ήλιου και του νερού στον σχεδιασμό. (Biomimicry Institute, 2015)

121

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Βιωσιμότητα: το πρότυπο ηθικής μεταξύ των γενεών στο οποίο οι περιβαλλοντικές και οικονομικές ενέργειες από τη τωρινή γενιά δεν αποκλείουν τις ευκαρίες από τι μελλοντικές γενιές ώστε να απολαμβάνουν τα ίδια ποσοστά πλούτου, υπηρεσιών κοινής ωφέλειας και ευημερίας. (Meadowcroft) Γενετικός αλγόριθμος: μέθοδος εύρεσης βελτιστοποιημένων λύσεων που μιμούνται την διαδικασία της φυσικής επιλογής, όπου μόνο συνδυασμοί των γονιδίων μπορούν να αναπαραχθούν. (Cogdell, 2019, σ. 111) Έξυπνο κτίριο: τ0 κτίριο που προσαρμόζεται στις εκάστοτε ανάγκες των κατοίκων με τον έλεγχο των συνθηκών να επιτυγχάνεται μέσω έξυπνων τεχνολογιών, δηλαδή αισθητήρων, που αντιδρούν στις αλλαγές του περιβάλλοντος και μιμούνται την συμπεριφορά των βιολογικών οργανισμών. (Gruber, 2010, σ. 177) Έξυπνο υλικό: το υλικό που μπορεί να λάβει ένα ερέθισμα και να ανταποκριθεί στις περιβαλλοντικές αλλαγές. (Pawlyn, 2016, σ. 60) Επιγένεση: η φυσική διαδικασία ανάπτυξης ενός οργανισμού που επηρεάζεται σημαντικά από το περιβάλλον. (Pawlyn, 2016, σ. 52) Ηλιακή οικονομία: όλες οι ενεργειακές ανάγκες καλύπτονται βάσει των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Περιλαμβάνει την ηλιακή, τη αιολική και την κυματική ενέργεια, τον ηδροηλεκτρισμό και την ενέργεια που προέρχεται από τα φυτά και άλλες οργανικές ουσίες.(Scheer, 2002)

Θεωρία πολυπλοκότητας: Πρόκειται για ένα μέσο κατανόησης και προσομοίωσης της οργάνωσης της ύλης από τη δυναμική αταξία στη δομική τάξη χρησιμοποιώντας μαθηματικά μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων. Η έννοια εμπεριέχει τη δυναμική των πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης και της εξέλιξης και έχει να κάνει με τις μορφογενετικές διαδικασίες της αυτο-οργάνωσης, της ανάδυσης και της αυτο-ποίησης. (Cogdell, 2019, σσ. 4-5) Θεωρία υπολογισμού: αναφέρεται στην ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων που συμβαδίζουν με την εξέλιξη των υπολογιστών.

(Maheshwari & Smid, 2019) Ιεραρχία: η συστηματική οργάνωση σε επίπεδα που κατανέμονται με βάση τα κριτήρια ενός κανονιστικού πλαισίου και υποδιαιρούνται ανάλογα με τις σχέσεις ισχύος, επίδρασης και ελέγχου. (Pumain, 2006, σ. 1) Λειτουργικά βαθμιδωτή ψηφιακή κατασκευή: η δυναμική μίξη και μεταβολή των αναλογιών των συστατικών στοιχείων στις περίπλοκες τρισδιάστατες κατανομές για την παραγωγή βαθμίδων στα κατασκευασμένα τρισδιάστατα αντικείμενα. (Oxman, Programming Matter, 2012) Μορφογένεση: H διαδικασία της δημιουργίας τρισδιάστατων μορφών. Στην βιολογία, η μορφογένεση αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία το έμβρυο μεγαλώνει και αλλάζει σχήμα καθώς ο οργανισμός ενηλικιώνεται.

(Cogdell, 2019, σ. 103) Συνθετική Βιολογία: ο τομέας της βιολογίας που ασχολείται με τον σχεδιασμό και την

κατασκευή ζωντανών μερών αλλά και συστημάτων που δεν υπάρχουν στην φύση, καθώς και με τον επανασχεδιασμό των υπαρχόντων συστημάτων διαβίωσης. (Pawlyn, 2016, σ. 3) Παραμετρικός σχεδιασμός: Ο σχεδιασμός που σχετίζεται με τις παραμέτρους, οι οποίες πρόκειται για μετρήσιμους αριθμητικούς παράγοντες που ορίζουν ένα σύστημα ή τις συνθήκες λειτουργίας του. (Caetano, Santos, & Leitão, 2020) Ρομποτικά συστήματα: στην κατασκευαστική τεχνολογία χρησιμοποιούνται για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας κατασκευής.

Elashry & Glynn, 2014) Τεχνητή νοημοσύνη: η ικανότητα ενός ψηφιακού υπολογιστή ή ενός ρομποτικού συστήματος που ελέγχεται από τον υπολογιστή να εκτελεί εργασίες σαν μια ευφυή οντότητα.

(Copeland, 1998) Υπολογιστικός σχεδιασμός: Ο σχεδιασμός που βασίζεται στα ψηφιακά μέσα για την ανάπτυξη σχεδιαστικών λύσεων. (Caetano, Santos, & Leitão, 2020) 4D εκτύπωση: στην τρισδιάστατη εκτύπωση προστίθεται το στοιχείο του χρόνου και τα έξυπνα υλικά είναι σε θέση να μετασχηματίζονται, να αλλάζουν σχήμα ή ιδιότητες με την πάροδο του χρόνου. (Tibbits, 2017) Biocomputation-Βιοϋπολογισμός: Αναφέρεται στους τρόπους με τους οποίους τα βιολογικά υλικά και οι οργανισμοί διαμορφώνουν τη δομή και τη μορφή τους καθώς και στο πως οι υπολογιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν

122

για τη μοντελοποίηση, τη μίμηση και την εξερεύνηση των βιολογικών διαδικασιών.

(Cogdell, 2019, σ. 85) Biomolecular computing-Βιομοριακός υπολογισμός: το διεπιστημονικό πεδίο συνεργασίας της μηχανικής, της βιολογίας και της πληροφορικής για τη βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων που εκτελούν υπολογιστικές διεργασίες χρησιμοποιώντας βιολογικούς οργανισμούς καθώς και τη δημιουργία νέων συστημάτων. (Cogdell, 2019, σ. 82) Granular Jamming-Κρυσταλλική συμπίεση: η διαδικασία κατά την οποία τα υλικά μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ υγρής, στερεής και ημιστερεής κατάστασης. (Self-assembly Lab, 2015) Material Computation-Υλικός υπολογισμός: η αφομοίωση της ψηφιοποιημένης πληροφορίας για την υλικότητα, στη βάση του ψηφιακού σχεδιασμού, με στόχο την πλήρη ενσωμάτωση της υλικής ταυτότητας, της χωρητικότητας και της απόδοσης σε όλες τις διαστάσεις της σχεδιαστικής διαδικασίας. (Menges, Material Computation: Higher Integration in Morphogenetic Design, 2012) Natural Computation-Βιολογική λογική σκέψη ο τρόπος με τον οποίο η φύση αποθηκεύει και επεξεργάζεται τις πληροφορίες. (Cogdell, 2019, σ. 79) Natural Computing-Φυσικός υπολογισμός δεδομένων: η βιομιμητική που συμπεριλαμβάνει τόσο τις υπολογιστικές διαδικασίες που παρατηρούνται στη φύση όσο και τη σχεδίαση με τη χρήση υπολογιστή που εμπνέεται από την φύση.(Cogdell, 2019, σ. 69)

123

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Protoputing-Υπολογιστικός σχεδιασμός με πρωτοκύτταρα: ο σχεδιασμός που χρησιμοποεί τα υπολογιστικά εργαλεία και βασίζεται στα συνθετικά πρωτοκύτταρα. (Cogdell, 2019, σ. 84) Programming matter-Προγραμματισμός της ύλης: ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη συγκεκριμένων υλικών συμπεριφορών μέσω της προσαρμογής των στοιχείων σε μακροκλίμακα και των μορίων σε μικροκλίμακα.

(Cogdell, 2019, σ. 76)

124

Πηγές

125

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Ab Wahab, M. N., Meziani, S. N., & Atyabi, A. (2015, Δεκεμβρίου 3). Flow Chart of Genetic Algorithm with all steps involved from beginning until termination conditions met. Ανάκτηση Ιούνιος 18, 2021, από figshare: https://figshare.com Ahmed , S. (2015, Ιούνιος 10). Self Healing Concrete Uses Bacteria To Repair Cracks. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από DOGOnews: https://www.dogonews.com Ahuja, A. (2016). Integration of Nature and Technology for Smart Cities. Ελβετία: Springer.

Akande, D. (2017, Μάιος 8). Cathedrals, Awe-chitecture and Ornamentation of Gothic. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Society of Architectural Historians: https://www.sah.org Antonelli, P., & Burckhardt, A. (2020). The Neri Oxman Material Ecology Catalogue. Νέα Υόρκη: The Museum of Modern Art. Aouf, R. S. (2019, Απρίλιος 4). Neri Oxman builds with melanin for Totems project. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Dezeen: https://www.dezeen.com Aquarium Tennessee, Προσωπική επεξεργασία. (2017, Δεκέμβριος 7). Adélie Penguin (Pygoscelis Adeliae). Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Bio Explorer: https://www.bioexplorer.net Archdaily. (2016, Μάιος 6). UK Pavilion - Milan Expo 2015 / Wolfgang Buttress. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Archdaily: https://www.archdaily.com Architecturever. (2019, Σεπτέμβριος 7). What is biomimetic architecture and why it is important. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Architecturever: https://architecturever.com Armstrong, R. (2014, Σεπτέμβριος). Designing with Protocells: Applications of a Novel Technical Platform.

Life, 4(3), 457-490. doi:10.3390/life4030457 Aziz, M. S., & El sherif, A. Y. (2015, Νοέμβριος). Biomimicry as an approach for bio-inspiredstructure with the aid of computation. Alexandria Engineering Journal, 55(1), σσ. 1-8. doi:10.1016/j.aej.2015.10.015 Barkla, C. (2020, Αύγουστος 6). From birds to burrs, here are four examples of biomimicry at work. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Create: https://createdigital.org.au Benjamin, D., & Federici, F. (2017). Bio Logic. Στο A. D. Ginsberg, J. Calvert, P. Schyfter, D. Endy, & A. Elfick, Synthetic Aesthetics: Investigating Synthetic Biology's Designs on Nature (σσ. 143-154). Cambridge: The MIT Press.

Bensoussan, H. (2016, Οκτώβριος 5). Neri Oxman: A 3D printing pioneer and visionary. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από sculpteo: https://www.sculpteo.com Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. Νέα Υόρκη: HarperCollins .

Berman, A. (2016, Απρίλιος 14). The Death and Life of Louis Sullivan. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Village Persevation: https://www.villagepreservation.org Bich, L. (2006). Autopoiesis and Emergence. Στο G. Minati, E. Pessa, & M. Abram, Systemics of Emergence: Research and Development (σσ. 281-292). Νέα Υόρκη: Springer.

126

Biomimicry 3.8. (2016). DesignLens: Biomimicry Thinking. Ανάκτηση Μάιος 3, 2021, από Biomimicry DesignLens: https://biomimicry.net Biomimicry 3.8. (2016). DesignLens: Life's Principles. Ανάκτηση Μάιος 3, 2021, από Biomimicry DesignLens: https://biomimicry.net Biomimicry Institute. (2015). Glossary of Terms. Ανάκτηση Μάιος 4, 2021, από Biomimicry Toolbox: https:// toolbox.biomimicry.org Brambilla, M., Ferrante, E., Birattari, M., & Dorigo, M. (2013, Μάρτιος). Swarm Robotics: A Review from the Swarm Engineering Perspective. Swarm Intelligence, 7(1), σσ. 1-41.

Brandis , L. (2018, Ιανουάριος 2018). Biomimicry Part 2 – The Japanese Bullet Train. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Integrate Sustainability: https://www.integratesustainability.com.au Caetano, I., Santos, L., & Leitão, A. (2020). Computational design in architecture: Defining parametric, generative, and algorithmic design. Frontiers of Architectural Research, 9(2), σσ. 287-300. doi:10.1016/j. foar.2019.12.008 Chandler , D. L. (2019, Οκτώβριος 16). Assembler robots make large structures from little pieces. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από MIT: https://news.mit.edu Chang, S., Castro-Lacouture, D., Dutt, F., & Yang, P. (2017). Framework for evaluating and optimizing algae façades using closed-loop simulation analysis integrated with BIM. Energy Procedia, 143(2017), 237-244. doi:10.1016/j.egypro.2017.12.677 Cheng, C.-L., & Hou, J.-H. (2016). Biomimetic Robotic Construction Process: An approach for adapting mass irregular-shaped natural materials. 34th eCAADe Conference. 1, σσ. 133-142. Oulu: University of Oulu.

Christenson, K. (2009, Ιούνιος 23). Weed jewelry. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Flickr: https://www.flickr. com Cogdell, C. (2019). Toward a Living Architecture? Complexism and Biology in Generative. Minneapolis: University of Minnesota Press.

Cohen, Y. H., & Reich, Y. (2016). Biomimetic Design Method for Innovation and Sustainability. Ελβετία: Springer.

Copeland, B. J. (1998, Ιούλιου 20). Artificial intelligence. Ανάκτηση Ιούνιος 19, 2021, από Britannica: https:// www.britannica.com Cormack, R. (2020, Απρίλιος 8). 14 Stunning Frank Lloyd Wright Buildings You Can Tour From Your Laptop. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Robb Report: https://robbreport.com Cormack, R. (2020, Απρίλιος 8). 14 Stunning Frank Lloyd Wright Buildings You Can Tour From Your Laptop. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Robb Report: https://robbreport.com Cox, S. (1994). Nature's Masterpieces. Reader's Digest.

Darwin, C. (1859). On the Origin of Species. John Murray.

127

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Dawkins, R. (2016). The selfish gene. Οξφόρδη: Oxford University Press.

Declare, A. (2019). UK Architects Declare Climate and Biodiversity Emergency. Ανάκτηση από https://www. architectsdeclare.com DeLanda, M. (2002, Ιανουάριος). Deleuze and The Use of Genetic Algorithms in Architecture. Architectural Design, 72(1), σσ. 9-13.

Designed Ecologies. Pavilion. Ανάκτηση Ιούνιος 2021, 2021, από Designed Ecologies: https://designedecologies.com Dierichs, K. (2008). Architectural Research and Design. Ανάκτηση Μάιος 22, 2021, από ICD Aggregate Pavilion 2018: https://www.karoladierichs.net Doukhan, D. (2014, Δεκέμβριος 23). DenisDoukhan / 1003 images. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από https:// pixabay.com Downe, M., Lee, M., Wakefield, B., & Phung, C. A. Location. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Davies' Alpine House: https://daviesalpinehouse.weebly.com El Samadisy, R., Sarhan, A. E., Farghaly, Y., & Mamdouh, A. (2019, Οκτώβριος). Biomimicry as a design approach for adaptation. Journal of Al-Azhar University Engineering Sector, 14(53), σσ. 1-12. doi:10.21608/ auej.2019.64210 Elashry, K., & Glynn, R. (2014). Στο W. McGee, & M. Ponce de Leon, Robotic Fabrication in Architecture, Art and Design (σσ. 51-66). Ελβετία: Springer.

Esquel Group. (2021, Ιανουάριος 6). Oxman’s Silk Pavilion II arrives at Integral. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Esquel Group: https://www.esquel.com Fletcher , B. (1905). A History of Architecture on the Comparative Method (5 εκδ.). Λονδίνο: MCMV. Frederick, E. (2019, Νοέμβριος 27). Could this desert beetle help humans harvest water from thin air? Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από American Association for the Advancement of Science: https://www.sciencemag.org Fuller, B. (2015, Ιούνιος 30). Operating Manual for Spaceship Earth Kindle Edition. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Amazon: https://www.amazon.com Geoffmead. (2014, Αύγουστος 8). Halcyon Days. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Geoffmead: https://geoffmead.blog Gleich, A., Pade, C., Petschow, U., & Pissarskoi, E. (2010). Potentials and Trends in Biomimetics. Βερολίνο: Springer.

Goel, A. K., McAdams, D. A., & Stone, R. B. (2014). Biologically Inspired Design: Computational Methods and Tools. Λονδίνο: Springer.

Gorman, P. A. (2019, Νοέμβριος 10). Davies Alpine House. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Flickr: https:// www.flickr.com

128

Grozdanic, L. (2014, Φεβρουάριος 19). Could the Buildings of the Future be Grown Underwater in the World’s Oceans? Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Inhabitat: https://inhabitat.com Gruber, P. (2010). Biomimetics in Architecture: Architecture of Life and Buildings. Mörlenbach, Γερμανία: SpringerWienNewYork.

Guenette, P. Vector - Amiens Cathedral, cross section of Gothic cathedral, Gothic architecture, vintage line drawing or engraving illustration. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από 123RF: https://www.123rf.com Hall, M. Gothic architecture. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Illustration X: https://www.illustrationx.com Heath, O., Jackson, V., & Goode, E. (2019, Μάρτιος). Creating Positive Spaces by Designing for Community.

Oliver Heath Design.

Hensel, M. (2006, Ιούνιος 14). Computing Self-Organisation: Environmentally Sensitive Growth Modelling.

Techniques and Technologies in Morphogenetic Design, σσ. 12-17. doi:10.1002/ad.235 Hensel, M. U., Menges, A., & Weinstock, M. (2012). Morphogenesis and Emergence. Στο M. Carpo, The Digital Turn in Architecture 1992-2012 (σσ. 158-181). AD Wiley.

Hitti, N. (2018, Οκτώβριος 5). Neri Oxman's swarm of Fiberbots autonomously build architectural structures. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Deezen: https://www.dezeen.com Hobson , B. (2014, Mάιος 30). Growing a "giant artificial reef" could stop Venice sinking. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Dezeen: https://www.dezeen.com Howarth, D. (2018, Μάιος 18). Five "dancing" architecture projects that command an audience. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Deezen: https://www.dezeen.com Huggett, R. J. (2002). UNESCO-EOLSS. Ανάκτηση από Ecology: https://www.eolss.net ID 41330. (2016, Ιούλιος 30). 41330/1181. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Pixabay: https://pixabay.com ITECH Programme. International M.Sc.Programme: ITECH. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από University of Stuttgart.Institute for Computational Design and Construction: https://www.icd.uni-stuttgart.de JaniekevanDijk. (2016, Απρίλιος 28). Javan Cucumber. Ανάκτηση Ιουνίου 13, 2021, από Project Noah: https:// www.projectnoah.org Jenny Sabin Lab. (2008). Branching Morphogenesis. Ανάκτηση Μάιος 25, 2021, από Jenny Sabin Lab: https://www.sabinlab.com Jenny Sabin Lab. (2017). eSkin. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Jenny Sabin Lab: https://www.sabinlab.com Kahachi, H., & Jalil, W. A. (2019, Μάιος). The Implementation of Nano-Biomimicry for Sustainability in Architecture. Journal of Engineering and Sustainable Development, 23(3), σσ. 25-41. doi:10.31272/jeasd.23.3.3 Keating, S., & Oxman, N. (2013, Δεκέμβριος). Compound fabrication: A multi-functional robotic platform for digital design and fabrication. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 29(6), σσ. 439-448. doi:10.1016/j.rcim.2013.05.001

129

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Kellert, S. R., & Calabrese, E. F. (2015). The Practice of Biophilic Design. Ανάκτηση Ιούνιος 14, 2021, από The Practice of Biophilic Design: https://www.biophilic-design.com Kornberg, H. (1998, Αύγουστος 1998). Britannica. Ανάκτηση Μάιος 14, 2021, από Metabolism: https://www. britannica.com Labuhn, I. (2014). Climate Variability in Southwest France During the Last 2000 Years : Proxy Calibration and Reconstruction of Drought Periods Based on Stable Isotope Records from Speleothems and Tree Rings, Διδακτορική Διατριβή.

Lampugnani, V. M. (1989). Encyclopedia of 20th-Century Architecture. Λονδίνο: N.N. Abrams.

Landau, E. (2014, Φεβρουαρίου 13). How termite-inspired robots could build for us. Ανάκτηση Μάιος 4, 2021, από CNN: https://edition.cnn.com Libertect. (2014, Ιανουάριος 28). Algorithmic boogie – beijing olympic stadium case study – gsapp adr i ’13. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Libertect: https://libertecture.wordpress.com Living Architecture. (2017). The Pioneers of Organic Architecture. Ανάκτηση Ιούνιος 17, 2021, από The Pioneers of Organic ArchitectureExhibition Living Architecture: Balancing Nature, Culture and Technology: http://www.living-architecture.info Lokkie. (2015, Ιούνιος). 17 Powerful Images Showing The Devastating Effects Of Overpopulation. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Boredpanda: https://www.boredpanda.com Maheshwari, A., & Smid, M. (2019). Introduction to Theory of Computation. Ottawa, Καναδάς: School of Computer Science, Carleton University.

Mairs , J. (2016, Φεβρουάριος 23). AA Design & Make students use a robotic arm to build a woodland barn. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Deezen: https://www.dezeen.com Mansoori, A. G. (2017). Στο M. Ghorbanpour, M. Khanuja, & A. Varma, Nanoscience and Plant–Soil Systems (σσ. 3-20). Springer.

Martin, H. (2016, Φεβρουάριος 12). Buckminster Fuller’s Geodesic Dome and Other Forward-Looking Architecture. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από AD: https://www.architecturaldigest.com May, Y. F. (2011, Δεκέμβριος). Basic organization of cells. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Yeong Foong May's Teaching Notes: https://sites.google.com/site/yfmteachingnotes McCracken, K. Sagano Bamboo Forest. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Atlas Obscura: https://www.atlasobscura.com Meadowcroft, J. Sustainability. Ανάκτηση Ιούνιος 20, 2021, από Britannica: https://www.britannica.com Menges, A. (2009). Microstructural Manipulations. Ανάκτηση Ιούνιος 14, 2021, από achimmenges.net: http://www.achimmenges.net Menges, A. (2009). Performative Wood: Integral Computational Design for Timber Constructions. ACADIA 2009: reForm() (σσ. 66-74). Chicago: School of the Art Institute of Chicago.

130

Menges, A. (2012, Μάρτιος). Material Computation: Higher Integration in Morphogenetic Design. Architectural Design, 82(2). doi:10.1002/ad.1374 Menges, A. (2013). HygroSkin: Meteorosensitive Pavilion. Ανάκτηση Ιούνιος 17, 2021, από achimmenges. net: http://www.achimmenges.net/Menges, A. Wood. Ανάκτηση Ιούνιος 14, 2021, από achimmenges.net: http://www.achimmenges.net Minchot, P. (2013, Μάρτιος 4). Termes de la Universidad de Harvard: termitas, arquitectura e inteligencia colectiva. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Experimenta: https://www.experimenta.es Mira, J. (2008, Ιανουάριος). Symbols versus connections: 50 years of artificial intelligence. Neurocomputing, 4(6), σσ. 671-680. Ανάκτηση Ιούνιος 18, 2021 Moazzam, P., Tavassoli, H., Razmjou, A., Warkianif, M. E., & Asadnia, M. (2018). Mist harvesting using bioinspired polydopamine coating and. Desalination, 429, 111-118. doi:10.1016/j.desal.2017.12.023 Mutuli, I. Beijing National Stadium (Bird’s Nest): China’s Behemoth Of Grandeur By Herzog & De Meuron. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Archute: https://www.archute.com Negi, R. Α. (2006, Οκτώβριος 7). Arabesque, Mausoleum of Mohammed V. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από flickr: https://www.flickr.com New, D. T., & Ng, B. F. (2020). Flow Control Through Bio-inspired Leading-Edge Tubercles. Ελβετία: Springer.

Ongreening. California Academy of Sciences | Renzo Piano Building Workshop. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Ongreening: https://ongreening.com Oxman , N. (2020). Project: Aguahoja. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Neri Oxman: https://oxman.com Oxman, N. (2007). Monocoque. Ανάκτηση Ιούνιος 17, 2021, από Neri Oxman: https://oxman.com Oxman, N. (2010). Material-based Design Computation. Cambridge, Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology.

Oxman, N. (2012). Material Computation. Retrieved Μάιος 19, 2021, from Neri Oxman: https://neri.media. mit.edu Oxman, N. (2012, Μάρτιος). Programming Matter. Architectural Design, 82(2), σσ. 89-95. doi:10.1002/ ad.1384 Oxman, N. (2013). Project: Silk Pavilion I. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Nexri Oxman: https://oxman.com Oxman, N. (2019). Project: Totems. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Neri Oxman: https://oxman.com Papapavlou, A. (2008). Structural Evolution: A genetic algorithm method to generate structurally optimal Delaunay triangulated space frames for dynamic loads . Λονδίνο: UCL Bartlett.

ParametricHouse. BUGA Wood Pavilion. Ανάκτηση Ιούνιος 14, 2021, από ParametricHouse: https://parametrichouse.com

131

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

Paulus, E. (1872). Plant Ornamentation in Gothic Architecture. The Workshop, 5(8), σσ. 113-115. doi:10.2307/25586675 Pawlyn, M. (2016). Biomimicry in Architecture. Λονδίνο: Riba Publishing.

Pearson, D. (2001). New Organic Architecture: The Breaking Wave. Λονδίνο: University of California Press.

Perricone, V., Grun, T. B., Marmo, F., Langella, C., & Candia, D. (2020, Σεπτέμβριος). Constructional design of echinoid endoskeleton: main structural components and their potential for biomimetic applications. Bioinspiration & Biomimetics, 16. doi:10.1088/1748-3190/abb86b PhysiologyWeb. (2015, Νοέμβριος 21). Glossary of Physiology Terms. Ανάκτηση Μάιος 14, 2021, από PhysiologyWeb: https://www.physiologyweb.com Pipes, A. (2004). Foundations of Art and Design. Λονδίνο: Laurence King Pub. Pohl, G., & Nachtigall, W. (2015). Biomimetics for Architecture: Nature—Analogies—Technology. Ελβετία: Springer.

Posterazzi. Posterazzi Top Hat Fred Astaire Ginger Rogers 1935 Dancing Photo Poster Print, (8 x 10), Varies. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από Amazon: https://www.amazon.com Powers, S. (2014, Αύγουστος 15). Detail Of A Corinthian Column And Frieze II. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από px PIXELS: https://pixels.com Praksova, R. (2011, Ιούνιος). Eureqa: software review. Genetic Programming and Evolvable Machines, 12(2), σσ. 173-178. doi:10.1007/s10710-010-9124-z Pumain, D. (2006). Introduction. Στο D. Pumain, Hierarchy in Natural and Social Sciences (σσ. 1-12). Dordrecht: Springer.

Radic, I. (2016, Αύγουστος 2016). Honey bee collecting nectar. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από flickr: https://www.flickr.com Reddy, R. P., & Anjani, D. P. (2018, Αύγουστος). Review on the Advancements to Additive Manufacturing-4D and 5D Printing. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 8(4), σσ. 397-402. doi:10.24247/IJMPERDAUG201841 Rian, I. M., & Sassone, M. (2014, Σεμπέμβριος). Tree-inspired dendriforms and fractal-like branching structures in architecture: A brief historical overview. Frontiers of Architectural Research, 3(3), σσ. 298-323. doi:10.1016/j.foar.2014.03.006.

Rice, J. R. (1999, Ιούλιος 26). Mechanics of solids. Ανάκτηση Ιούνιος 4, 2021, από Britannica: https://www. britannica.com Rikysongsu. (2017, Απρίλιος 26). Stuttgart Airport. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Rikysongsu: https:// www.rikysongsu.com Ripley, R. L., & Bhushan, B. (2016, Αύγουστος). Bioarchitecture: bioinspired art and architecture—a perspective. Philosophical Transactions of the Royal Society, 314(2073). doi:10.1098/rsta.2016.0192

132

RPBW. (2008). California Academy of Sciences. Ανάκτηση από RPBW Architects: http://www.rpbw.com Sabin, J. (2009). Ground Substance. Ανάκτηση Μάιος 25, 2021, από Jenny Sabin Lab: https://www.sabinlab. com Sabin, J. E., & Jones, P. L. (2017). LabStudio: Design Research between Architecture and Biology. Νέα Υόρκη: Routleldge.

Salingaros , N. A. (2019). The Biophilic Healing Index Predicts Effects of. Journal of Biourbanism, 8(1), 13-34. Ανάκτηση Ιούνιος 26, 2021 Scheer, H. (2002). Τhe Solar Economy: Renewable Energy for a Sustainable Global Future. Λονδίνο : Earthscan.

Schwab, K. (2016). The Fourth Industrial Revolution. Γενέβη, Ελβετία: World Economic Forum.

Self Assembly Lab. Biased Chains. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από Self Assembly Lab: https://selfassemblylab.mit.edu Self-assembly Lab. (2011). Biased Chains. Ανάκτηση Μάιος 24, 2021, από A research lab at MIT inventing self-assembly and programmable material technologies: https://selfassemblylab.mit.edu/ Self-assembly Lab. (2014). 4D Printing. Ανάκτηση Μάιος 24, 2021, από A research lab at MIT inventing self-assembly and programmable material technologies: https://selfassemblylab.mit.edu/ Self-assembly Lab. (2015). Jamming Bodies. Ανάκτηση Μάιος 24, 2021, από A research lab at MIT inventing self-assembly and programmable material technologies: https://selfassemblylab.mit.edu/ Self-assembly Lab. (2019). Growing Islands. Ανάκτηση Μάιος 24, 2021, από A research lab at MIT inventing self-assembly and programmable material technologies: https://selfassemblylab.mit.edu/ Sendova-Franks, A. B., & Franks, N. R. (1999, Αύγουστος 29). Self-Assembly, Self-Organization and Division of Labour. Philosophical Transactions: Biological Sciences, 354(1388), σσ. 1395-1405. doi:10.1098/ rstb.1999.0487 Shahda, M., Elmokadem, A. A., & Εlhafeez, M. Α. (2014, Νοέμβριος). Biomimicry Levels as an Approach to the Architectural Sustainability. Port Said Engineering Research Journal, σσ. 1-9. Ανάκτηση Μάιος 13, 2021 Skyttner, L. (2005). General Systems Theory: Problems, Perspectives, Practice. Σιγκαπούρη: World Scientific Publishing.

Speck, T., & Speck, O. (2008, Ιούνιος). Process sequences in biomimetic research. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 114, σσ. 3-11. doi:10.2495/DN080011 Stevens, P. (2018, Οκτώβριος 3). Construction robot builds 'rock print pavilion' using loose stones and string. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Designboom: https://www.designboom.com Stier, S. C. (2020). Engineering Education for the Next Generation: A Nature-Inspired Approach. W. W. Norton & Company.

Syn.De.Bio. (2014, Μάρτιος 13). BIQ – The Algae House by SPLITTERWERK. Ανάκτηση Ιούνιος 17, 2021, από Synthetic Design Biotopes: http://syndebio.com

133

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

The living. Bio-Processing. Ανάκτηση Ιούνιος 15, 2021, από The living: http://www.thelivingnewyork.com The Mediated Matter Group. (2018). FIBERBOTS: Design of a multi-agent, fiber composite digital fabrication system. Ανάκτηση Ιούνιος 1, 2021, από MIT media lab: https://www.media.mit.edu Tibbits, S. (2017, Φεβρουάριος 23). New potential for materials. (D. Belleri, Δημοσιογράφος) Ανάκτηση Μάιος 24, 2021, από http://specials.domusweb.it Tripper. (2010, Απρίλιος 12). Beaver house. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από Flickr: https://www.flickr.com University of Stuttgart. (2018). ICD Aggregate Pavilion 2018. Ανάκτηση Ιούνιος 14, 2021, από University of Stuttgart.Institute for Computational Design and Construction.

University of Stuttgart: Institute for Computational Design and Construction. (2019). BUGA Wood Pavilion 2019. Ανάκτηση Μάιος 19, 2021, από University of Stuttgart: Institute for Computational Design and Construction: https://www.icd.uni-stuttgart.de Urizar, M. (2012). City of Layers: Reconfiguring the Built Environment for Sustainability. Xlibris.

Vermillion, J. (2005). The Digital Craftsperson: an investigation into digital tools | processes | craft, Μεταπτυχική Εργασία. doi:10.13140/RG.2.2.20653.84963 Webb, J. Eden project from air. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από aeroengland: https://aeroengland.photodeck.com Webster, M. (1995). biocybernetics. Ανάκτηση Μάιος 4, 2021, από Dictionary by Merriam-Webster: https:// www.merriam-webster.com Wikipedia. (2021, Ιούνιος 9). Art Nouveau. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Wikipedia: https://en.wikipedia. org Wikipedia. (2021, Μάιος 20). Rococo. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Wikipedia: https://en.wikipedia.org Wikipedia. (2021, Απρίλιος 14). Science and inventions of Leonardo da Vinci. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από Wikipedia: https://en.wikipedia.org wlb393.(2021, Ιούνιος). Juvenile Great Horned Owl. Ανάκτηση Ιούνιος 12, 2021, από flickr: https://www. flickr.com Wu, K. J. (2019, Ιούλιος 2). The uplifting science of how dandelion seeds stay aloft. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από PBS: https://www.pbs.org Wyss Institute at Harvard University. (χ.χ.). SLIPS: Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces. Ανάκτηση Ιούνιος 13, 2021, από https://wyss.harvard.edu YouTube. (2013, Ιούνιος 26). Ανάκτηση Μάιος 14, 2021, από SLIPS: https://www.youtube.com Zari, M. P., & Storey, J. B. (2007). Biomimetic approaches to architectural design for increased sustainability.

Sustainable Building Conference (SB07). Auckland, Νέα Ζηλανδία.

Zingale. (2021, Μάρτιος). Cal Academy Night Life. Ανάκτηση Ιούλιος 2021, 2021, από IL CENACOLO: https://www.ilcenacolosf.org

134

Αρβανίτη-Πολλάτου, Μ. (2021, Μάιος 27). Entangled Kingdoms: doxiadis+ highlights the importance of the Symbiosis of Species at the 17th International Architecture Exhibition of La Biennale di Venezia | Arsenale, May 22 - November 21, 2021. Ανάκτηση Ιούνιος 19, 2021, από Archisearch: https://www.archisearch.gr ΒΙΚΙΠΑΙΔΕΙΑ. (2020, Φεβρουάριος 6). Φωλιά. Ανάκτηση Ιούνιος 11, 2021, από ΒΙΚΙΠΑΙΔΕΙΑ: https://el.wikipedia.org Βιοχημικός. Έξυπνα Υπεραπορροφητικά Πολυμερή: Υδρογέλη ή υδροπήκτωμα. Ανάκτηση Μάιος 23, 2021, από Βιοχημικός: https://bioximikos.gr Καρεκλάς, Γ. (2015). Σχεδίαση Πλαστικού Αντικειμένου με Χρήση Η/Υ. Ανάκτηση Μάιος 2021, 2021, από Ιδρυματικό Αποθετήριο: Πολυτεχνείο Κρήτης: https://dias.library.tuc.gr Ν.3937/2011. (2011). Διατήρηση της βιοποικιλότητας και άλλες διατάξεις. ΦΕΚ 60/Α/31-03-2011. Παρχαρίδης, Ι. (2015). Θερμική ακτινοβολία στην τηλεπισκόπηση. Ανάκτηση από Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράματα και Βοηθήματα: https://repository.kallipos.gr Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας. Οδηγός Δομικών Υλικών. Ανάκτηση Μάιος 19, 2021, από Ιδιότητες Ξύλου: http://portal.tee.gr

135

Φυσικοποιώντας την Αρχιτεκτονική

136