Mimari ve inşaat biyonikleri. Mimarlıkta biyonik

Mimari ve inşaat biyonikleri, canlı dokuların oluşum ve yapı oluşumunun yasalarını inceler, analiz eder yapısal sistemler canlı organizmalar malzeme, enerji tasarrufu ve güvenilirliğin sağlanması ilkesine dayanmaktadır. Nörobiyonik beynin işleyişini inceler ve hafıza mekanizmalarını araştırır. Hayvanların duyu organları, iç tepki mekanizmaları çevre hem hayvanlarda hem de bitkilerde. Mimari ve inşaat biyoniklerinin çarpıcı bir örneği, tahıl saplarının ve modern yüksek binaların yapısının tam bir benzetmesidir. Tahıl bitkilerinin gövdeleri, çiçeklenme ağırlığı altında kırılmadan ağır yüklere dayanabilmektedir. Rüzgar onları yere doğru eğdiğinde hızla dikey konumlarına geri dönerler. İşin sırrı nedir? Yapılarının, mühendisliğin en son başarılarından biri olan modern yüksek katlı fabrika borularının tasarımına benzediği ortaya çıktı. Her iki yapının da içi boştur. Bitki sapının sklerenkima şeritleri uzunlamasına takviye görevi görür. Gövdelerin boğumları (düğümler?) sertlik halkalarıdır. Sapın duvarları boyunca oval dikey boşluklar vardır. Boru duvarları aynı tasarım çözümüne sahiptir. Bulunan spiral takviyenin rolü dıştan Tahıl bitkilerinin gövdesindeki borular, ince bir deri tarafından gerçekleştirilir. Ancak, sizin yapıcı çözüm mühendisler doğaya “bakmadan” kendi başlarına geldiler. Daha sonra yapının kimliği ortaya çıktı. Son yıllarda biyonik, çoğu insan icadının doğası gereği zaten “patentli” olduğunu doğruladı. Fermuar ve Velcro gibi 20. yüzyıl icatları kuş tüyünün yapısına göre yapılmıştır. Kancalarla donatılmış çeşitli siparişlerdeki tüy sakalları güvenilir tutuş sağlar. Biyonik biliminin aktif savunucuları olan ünlü İspanyol mimarlar M. R. Cervera ve J. Ploz, 1985 yılında “dinamik yapılar”ı araştırmaya başladılar ve 1991 yılında “Mimaride Yeniliği Destekleme Topluluğu”nu kurdular. Liderliğindeki mimar, mühendis, tasarımcı, biyolog ve psikologlardan oluşan bir grup, “Dikey Biyonik Kule Şehir” projesini geliştirdi. 15 yıl içinde Şanghay'da bir kule şehir ortaya çıkmalı (bilim adamlarına göre 20 yıl içinde Şangay'ın nüfusu 30 milyon kişiye ulaşabilir). Kule şehir 100 bin kişilik olarak tasarlanan projede “ahşap yapı prensibi” esas alınıyor.

Şehir kulesi 1228 m yüksekliğinde, tabanda 133 x 100 m, en geniş noktada 166 x 133 m çevre uzunluğuna sahip selvi ağacı şeklinde olacak. Kule 300 katlı olup, her biri 80 katlı 12 dikey bloktan oluşmaktadır (12 x 80 = 960; 960!=300). Blokların arasında, her blok katı için destekleyici yapı görevi gören şap zeminler bulunmaktadır. Blokların içerisinde farklı yükseklikte dikey bahçeli evler yer alıyor. Bu özenli tasarım, selvi ağacının dallarının ve tüm tepesinin yapısına benzemektedir. Kule, akordeon prensibine göre kazıklı bir temel üzerinde duracak, gömülmeyecek, ancak yükseldikçe her yöne doğru gelişecek - tıpkı geliştiği gibi. kök sistem ağaç. Üst katlardaki rüzgar dalgalanmaları en aza indirilmiştir: hava kule yapısından kolaylıkla geçer. Kuleyi kaplamak için derinin gözenekli yüzeyini taklit eden özel bir plastik malzeme kullanılacak. İnşaat başarılı olursa, buna benzer birkaç bina-şehir daha inşa edilmesi planlanıyor.

Mimari ve inşaat biyoniklerinde yeni inşaat teknolojilerine büyük önem verilmektedir. Örneğin, verimli ve israfsız inşaat teknolojilerinin geliştirilmesi alanında, katmanlı yapıların oluşturulması ümit verici bir yöndür. Fikir derin deniz yumuşakçalarından ödünç alındı. Yaygın denizkulağınınki gibi dayanıklı kabukları, alternatif sert ve yumuşak plakalardan oluşur. Sert bir levha çatladığında deformasyon yumuşak tabaka tarafından emilir ve çatlak daha ileri gitmez. Bu teknoloji aynı zamanda arabaları kaplamak için de kullanılabilir.

Doğa ve insanlar aynı yasalara göre inşa eder, malzemeden tasarruf ilkesini gözlemler ve oluşturulan sistemler için en uygun tasarım çözümlerini seçer (yükün yeniden dağıtımı, stabilite, malzeme tasarrufu, enerji).

Mühendislik problemlerini çözmek ve yeni cihazlar ve mekanizmalar yaratmak için kullanmak amacıyla canlı organizmaların yapısını ve işleyişini inceleyen bilime biyonik (Yunanca bios "yaşam") adı verilir. Bu terim ilk kez 13 Eylül 1960'da Daytona'da düzenlenen Amerikan ulusal sempozyumunda "Yaşayan Prototipler - Yeni Teknolojinin Anahtarı" kullanıldı ve biyoloji ile mühendisliğin kesiştiği noktada ortaya çıkan yeni bir bilimsel yönü belirledi. Leonardo da Vinci biyonik biliminin atası olarak kabul ediliyor. Uçak çizimleri ve diyagramları kuş kanadının yapısına dayanmaktadır.

Uzun bir süre boyunca biyonik büyük bir hızla gelişti. İlk başta mühendisler ve tasarımcılar soruna başarılı bir çözüm buldular ve bir süre sonra canlı organizmaların benzer tasarım çözümlerine ve kural olarak en uygun çözümlere sahip olduğu keşfedildi.

Bugün biyoniklerin birkaç yönü var. Mimari ve inşaat biyonikleri, canlı dokuların oluşum ve yapı oluşumunun yasalarını inceler, canlı organizmaların yapısal sistemlerini malzeme, enerji tasarrufu ve güvenilirliğin sağlanması ilkesine göre analiz eder. Nörobiyonik beynin işleyişini inceler ve hafıza mekanizmalarını araştırır. Hayvanların duyu organları ve hem hayvanlarda hem de bitkilerde çevreye verilen tepkinin iç mekanizmaları yoğun bir şekilde incelenmektedir.

Mimari ve inşaat biyoniklerinin çarpıcı bir örneği, tahıl saplarının ve modern yüksek binaların yapısının tam bir benzetmesidir. Tahıl bitkilerinin gövdeleri, çiçeklenme ağırlığı altında kırılmadan ağır yüklere dayanabilmektedir. Rüzgar onları yere doğru eğdiğinde hızla dikey konumlarına geri dönerler. İşin sırrı nedir? Yapılarının, mühendisliğin en son başarılarından biri olan modern yüksek katlı fabrika borularının tasarımına benzediği ortaya çıktı. Her iki yapı da içi boştur. Bitki sapının sklerenkima şeritleri uzunlamasına takviye görevi görür. Sapların boğumları sertlik halkalarıdır. Sapın duvarları boyunca oval dikey boşluklar vardır. Boru duvarları aynı tasarım çözümüne sahiptir. Tahıl bitkilerinin gövdesinde borunun dışına yerleştirilen spiral takviyenin rolü ince bir kabuk tarafından oynanır. Ancak mühendisler yapıcı çözümlerine doğaya "bakmadan" kendi başlarına ulaştılar. Daha sonra yapının kimliği ortaya çıktı.

Son yıllarda biyonik, çoğu insan icadının doğası gereği zaten “patentli” olduğunu doğruladı. 20. yüzyılın fermuar ve cırt cırtlı icadı kuş tüyünün yapısından yola çıkılarak yapılmıştır. Kancalarla donatılmış çeşitli siparişlerdeki tüy sakalları güvenilir tutuş sağlar.

Ünlü İspanyol mimarlar M.R. Biyonik biliminin aktif savunucuları Cervera ve H. Ploz, 1985 yılında “dinamik yapılar”ı araştırmaya başladılar ve 1991 yılında “Mimaride Yeniliği Destekleme Topluluğu”nu kurdular. Liderliğindeki mimar, mühendis, tasarımcı, biyolog ve psikologlardan oluşan bir grup, “Dikey Biyonik Kule Şehir” projesini geliştirdi. 15 yıl içinde Şanghay'da bir kule şehir ortaya çıkmalı (bilim adamlarına göre 20 yıl içinde Şangay'ın nüfusu 30 milyon kişiye ulaşabilir). Kule şehir 100 bin kişilik olarak tasarlanan projede “ahşap yapı prensibi” esas alınıyor.

Şehir kulesi, 1128 m yüksekliğinde, tabanda 133 x 100 m, en geniş noktada 166 x 133 m çevre uzunluğuna sahip selvi ağacı şeklinde olacak. Kule 300 katlı olup, 80 katlı 12 dikey blokta yer alıyor. Blokların arasında, her blok katı için destekleyici yapı görevi gören şap zeminler bulunmaktadır. Blokların içerisinde farklı yükseklikte dikey bahçeli evler yer alıyor. Bu özenli tasarım, selvi ağacının dallarının ve tüm tepesinin yapısına benzemektedir. Kule, akordeon prensibine göre kazıklı bir temel üzerinde duracak, gömülmeyecek, yükseklik arttıkça her yöne doğru gelişecek - tıpkı bir ağacın kök sisteminin gelişmesine benzer şekilde. Üst katlardaki rüzgar dalgalanmaları en aza indirilmiştir: hava kule yapısından kolaylıkla geçer. Kuleyi kaplamak için derinin gözenekli yüzeyini taklit eden özel bir plastik malzeme kullanılacak. İnşaat başarılı olursa, buna benzer birkaç bina-şehir daha inşa edilmesi planlanıyor.

Nörobiyoniğin ana alanları çalışmadır. gergin sistem insan ve hayvanlar ile sinir hücreleri-nöronlar ve sinir ağlarının modellenmesi. Bu, elektronik ve bilgisayar teknolojisinin iyileştirilmesini ve geliştirilmesini mümkün kılar.

Canlı organizmaların sinir sistemi, insan tarafından icat edilen en modern analoglara göre bir takım avantajlara sahiptir:
1. Geldiği biçime (el yazısı, yazı tipi, renk, tını vb.) bakılmaksızın dış bilgilerin esnek algılanması.
2. Yüksek güvenilirlik: Bir veya daha fazla parça bozulduğunda teknik sistemler çöker ve birkaç yüz bin hücre ölse bile beyin çalışır durumda kalır.
3. Minyatür. Örneğin, insan beyniyle aynı sayıda elemente sahip bir transistörlü cihaz yaklaşık 1000 m3'lük bir hacim kaplarken, beynimiz 1,5 dm3'lük bir hacim kaplar.
4. Ekonomik enerji tüketimi - fark çok açıktır.
5. Yüksek derecede kendi kendini organize etme - yeni durumlara ve aktivite programlarındaki değişikliklere hızlı uyum sağlama.

Eyfel Kulesi ve kaval kemiği

Fransız Devrimi'nin 100. yılı nedeniyle Paris'te bir dünya sergisi düzenlendi. Bu sergi alanında büyüklüğü simgeleyecek bir kulenin dikilmesi planlandı. Fransız devrimi ve teknolojideki en son gelişmeler. Yarışmaya 700'den fazla proje sunuldu; en iyisi köprü mühendisi Alexandre Gustave Eiffel'in projesi oldu. 19. yüzyılın sonlarında yaratıcısının adını taşıyan kule, açıklığı ve güzelliğiyle tüm dünyayı kendine hayran bıraktı. 300 metrelik kule Paris'in bir nevi sembolü haline geldi. Kulenin bilinmeyen bir Arap bilim adamının çizimlerine göre inşa edildiğine dair söylentiler vardı. Ve yalnızca yarım yüzyıldan fazla bir süre sonra, biyologlar ve mühendisler beklenmedik bir keşifte bulundular: Eyfel Kulesi'nin tasarımı, insan vücudunun ağırlığına kolayca dayanabilen kaval kemiğinin yapısını tam olarak kopyalıyor. Yük taşıyan yüzeyler arasındaki açılar bile çakışmaktadır.

Bellek mekanizmalarının incelenmesi, karmaşık üretim ve yönetim süreçlerini otomatikleştirmek için "düşünen" makinelerin yaratılmasına yol açmaktadır.

Kuşların, balıkların ve böceklerin hava değişikliklerine çok hassas ve doğru tepki verdikleri uzun zamandır biliniyor. Kırlangıçların alçak uçuşu bir fırtınanın habercisidir. Denizanalarının kıyıya yakın yerlerde birikmesiyle balıkçılar balık tutabileceklerini bilecek, deniz sakinleşecek. "Biyosinoptik" hayvanlar doğal olarak benzersiz ultra duyarlı "cihazlarla" donatılmıştır. Biyoniklerin görevi sadece bu mekanizmaları bulmak değil, aynı zamanda onların eylemlerini anlamak ve bunu elektronik devrelerde, cihazlarda ve yapılarda yeniden yaratmaktır.

Göçleri sırasında binlerce kilometre yol kat eden ve yumurtlama, kışlama ve civciv yetiştirmek için hatasız bir şekilde yerlerine dönen balık ve kuşların karmaşık navigasyon sisteminin incelenmesi, son derece hassas takip, yönlendirme ve nesne tanıma sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunuyor.

Günümüzde hayvanların ve insanların analitik sistemlerine yönelik araştırmalar, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin seyrine büyük katkı sağlamaktadır. Bu sistemler o kadar karmaşık ve hassastır ki aralarında henüz bir eşi yoktur. teknik cihazlar. Örneğin çıngıraklı yılanın ısıya duyarlı organı 0,0010C'lik sıcaklık değişimlerini algılar; balığın elektrik organı (ışınlar, elektrikli yılan balıkları) 0,01 mikrovoltluk potansiyelleri algılar, birçok gece hayvanının gözleri tek bir ışık kuantumuna tepki verir, balıklar sudaki bir maddenin konsantrasyonundaki 1 mg/m3 (=1) değişimi hisseder. µg/l).

Pek çok canlı organizma, insanlarda olmayan analitik sistemlere sahiptir. Örneğin çekirgelerin 12. anten segmentinde kızılötesi radyasyonu algılayan bir tüberkül bulunur. Köpekbalıkları ve vatozların başlarında ve vücutlarının ön kısmında 0,10C sıcaklıktaki değişiklikleri algılayan kanallar bulunur. Salyangozlar, karıncalar ve termitler radyoaktif radyasyonu algılayan cihazlara sahiptir. Birçoğu manyetik alandaki değişikliklere tepki verir (özellikle uzun mesafeli göç yapan kuşlar ve böcekler). Kızılötesi ve ultrasonik titreşimleri algılayanlar var: baykuşlar, yarasalar, yunuslar, balinalar, çoğu böcek vb. Bir arının gözleri ultraviyole ışığa, bir hamamböceğinin kızılötesine vb. tepki verir.

Yapısı henüz incelenmemiş olan çok daha fazla mekansal yönlendirme sistemi vardır: arılar ve eşekarısı güneş tarafından iyi yönlendirilir, erkek kelebekler (örneğin, gece tavus kuşunun gözü, ölüm başlı şahin güvesi, vb.) bir dişi bulur. 10 km mesafe. Deniz kaplumbağaları ve birçok balık (yılan balıkları, mersin balığı, somon balığı) ana kıyılarından birkaç bin kilometre uzakta yüzerler ve şüphe götürmez bir şekilde yumurtlamak ve üremeye başladıkları yere yumurtlamak için geri dönerler. hayat yolu. İki yönlendirme sistemine sahip oldukları varsayılmaktadır: uzak, yıldızlara ve güneşe göre ve yakın, kokuya göre (kıyı sularının kimyası).

Doğa neden mevcut teknolojik gelişme düzeyinde insanın bu kadar ilerisinde? Öncelikle canlı bir sistemin yapısını ve çalışma prensibini anlayabilmek, modelleyebilmek ve belirli yapı ve cihazlarda uygulayabilmek için evrensel bilgiye ihtiyaç vardır. Bugün ise bilimsel disiplinlerin uzun bir parçalanma sürecinden sonra, onları kucaklayacak ve ortak evrensel ilkeler temelinde birleşecek bir bilgi organizasyonuna duyulan ihtiyaç yeni yeni ortaya çıkmaya başlıyor.

İkincisi, canlı doğada, sürekli olarak tahrip edilen ve onarılan yapılarla uğraştığımız için, biyolojik sistemlerin form ve yapılarının sabitliği, sürekli restorasyon yoluyla korunur. Her hücrenin kendine ait bir bölünme periyodu, kendi yaşam döngüsü vardır. Tüm canlı organizmalarda çürüme ve restorasyon süreçleri birbirini telafi eder ve tüm sistem dinamik dengededir, bu da yapılarını değişen koşullara uygun olarak adapte etmeyi, yeniden inşa etmeyi mümkün kılar. Biyolojik sistemlerin varlığının temel koşulu, sürekli işleyişidir. İnsan tarafından yaratılan teknik sistemler, çürüme ve restorasyon süreçlerinin iç dinamik dengesine sahip değildir ve bu anlamda statiktirler. Operasyonları genellikle periyodiktir. Doğal ve doğal arasındaki bu fark teknik sistemler mühendislik açısından oldukça önemlidir.

Yaşayan sistemler teknik yapılardan çok daha çeşitli ve karmaşıktır. Biyolojik formlar, olağanüstü karmaşıklıkları nedeniyle çoğu zaman hesaplanamaz. Sadece oluşum yasalarını henüz bilmiyoruz. Canlı organizmaların yapı oluşumunun sırları, içlerinde meydana gelen yaşam süreçlerinin detayları, yapı ve işleyiş ilkeleri ancak her zaman mevcut olmayan en modern ekipmanların yardımıyla öğrenilebilir. Ancak en son teknolojiye rağmen perde arkasında pek çok şey kalıyor.

Daha hızlı daha yüksek daha güçlü!

Balinaların ve yunusların yapısının hidrodinamik özelliklerinin incelenmesi, gemilerin su altı kısmı için aynı motor gücüyle hızda% 20-25 oranında artış sağlayan özel bir kaplama oluşturulmasına yardımcı oldu. Laminflo adı verilen bu deri, yunus derisine benzer şekilde ıslanmaz ve türbülanslı türbülansı ortadan kaldıran ve minimum dirençle kaymayı sağlayan elastik-elastik bir yapıya sahiptir. Aynı örneği havacılık tarihinden de vermek mümkündür. Uzun zamandır yüksek hızlı havacılığın sorunu çarpıntıydı - belirli bir hızda aniden ve şiddetli bir şekilde ortaya çıkan kanat titreşimleri. Bu titreşimler nedeniyle uçak birkaç saniye içinde havada parçalandı. Çok sayıda kazadan sonra tasarımcılar bir çıkış yolu buldular - sonunda kalınlaşan kanatlar yapmaya başladılar. Bir süre sonra yusufçuğun kanatlarının uçlarında da benzer kalınlaşmalar keşfedildi. Biyolojide bu kalınlaşmalara pterostigmalar denir. Kuşların ve böceklerin uçuşu, sıçrayan hayvanların hareketi, eklemlerin yapısı üzerine yapılan çalışmalara dayanarak yeni uçuş ilkeleri, tekerleksiz hareket, yatak yapımı vb. geliştirilmektedir.

Biyoniklerin sloganı: “Doğa en iyisini bilir.” Bu nasıl bir bilim? İsmin kendisi ve bu slogan, biyoniklerin doğayla bağlantılı olduğunu anlamamızı sağlıyor. Birçoğumuz biyonik biliminin unsurları ve sonuçlarıyla her gün farkında bile olmadan karşılaşıyoruz.

Biyonik diye bir bilim duydunuz mu?

Biyoloji okulda tanıştığımız popüler bir bilgidir. Bazı nedenlerden dolayı birçok kişi biyoniklerin biyolojinin alt alanlarından biri olduğuna inanıyor. Aslında bu ifade tam olarak doğru değil. Nitekim kelimenin dar anlamıyla biyonik, canlı organizmaları inceleyen bir bilimdir. Ancak çoğu zaman bu öğretiyle başka bir şeyi ilişkilendirmeye alışkınız. Uygulamalı biyonik, biyoloji ve teknolojiyi birleştiren bir bilimdir.

Biyonik araştırmanın konusu ve amacı

Biyonik neyi inceliyor? Bu soruyu cevaplamak için öğretimin yapısal bölümünü dikkate almamız gerekiyor.

Biyolojik biyonik müdahaleye kalkışmadan doğayı olduğu gibi keşfeder. Çalışmasının amacı içeride meydana gelen süreçlerdir.

Teorik biyonik Doğada fark edilen ilkelerin incelenmesiyle ilgilenir ve bunlara dayanarak daha sonra teknolojide kullanılacak teorik bir model oluşturur.

Pratik (teknik) biyonikler teorik modellerin pratikte uygulanmasıdır. Tabiri caizse doğanın teknik dünyaya pratik olarak tanıtılması.

Her şey nerede başladı?

Büyük Leonardo da Vinci'ye biyoniklerin babası denir. Bu dehanın notlarında doğal mekanizmaların teknik olarak uygulanmasına yönelik ilk girişimler bulunabilir. Da Vinci'nin çizimleri onun yaratma arzusunu gösteriyor uçak Bir kuş uçarken olduğu gibi kanatlarını hareket ettirebilmektedir. Bir zamanlar bu tür fikirler popüler olamayacak kadar cesurdu. Çok sonraları dikkat çektiler.

Biyonik ilkelerini mimaride uygulayan ilk kişi Antoni Gaudí i Cournet'ti. Onun adı bu bilimin tarihine sıkı bir şekilde basılmıştır. Büyük Gaudi'nin tasarladığı mimari yapılar, inşa edildikleri dönemde etkileyiciydi ve yıllar sonra da modern gözlemciler arasında aynı hazzı uyandırıyor.

Doğa ve teknolojinin simbiyozu fikrini destekleyen bir sonraki kişi onun liderliğinde bina tasarımında biyonik ilkelerin yaygın şekilde kullanılmasına başladı.

Biyoniklerin bağımsız bir bilim olarak onaylanması ancak 1960 yılında Daytona'daki bir bilimsel sempozyumda gerçekleşti.

Gelişim bilgisayar ekipmanı ve matematiksel modelleme, modern mimarların doğanın ipuçlarını mimaride ve diğer endüstrilerde çok daha hızlı ve daha doğru bir şekilde uygulamasına olanak tanır.

Teknik buluşların doğal prototipleri

En çok basit örnek Biyonik biliminin bir tezahürü menteşelerin icadıdır. Sabitleme, yapının bir bölümünün diğerinin etrafında dönmesi ilkesine dayanan herkese tanıdık geliyor. Bu prensip kullanılır deniz kabukları, iki kapısını kontrol etmek ve gerektiğinde açmak veya kapatmak için. Pasifik devi kalp balığı 15-20 cm boyuta ulaşır, kabuklarını birleştirmedeki menteşeli prensip çıplak gözle açıkça görülür. Bu türün küçük temsilcileri, vanaları sabitlemek için aynı yöntemi kullanır.

Günlük yaşamda sıklıkla çeşitli cımbız kullanırız. Zehirli otun keskin ve kıskaç şeklindeki gagası, böyle bir cihazın doğal bir benzeri haline gelir. Bu kuşlar ince bir gaga kullanırlar, onu yumuşak toprağa yapıştırırlar ve küçük böcekleri, solucanları vb. çıkarırlar.

Birçok modern cihaz ve cihaz vantuzlarla donatılmıştır. Örneğin çeşitli mutfak aletlerinin çalışma sırasında kaymasını önlemek amacıyla ayaklarının tasarımını iyileştirmek için kullanılırlar. Vantuzlar ayrıca yüksek binalardaki pencere temizleyicilerinin özel ayakkabılarının güvenli bir şekilde sabitlenmesini sağlamak için donatılmasında da kullanılır. Bu basit cihaz aynı zamanda doğadan ödünç alınmıştır. Bacaklarında vantuz bulunan ağaç kurbağası, bitkilerin pürüzsüz ve kaygan yaprakları üzerinde alışılmadık derecede ustaca durur ve ahtapotun kurbanlarıyla yakın temas kurmak için bunlara ihtiyacı vardır.

Bunun gibi birçok örnek bulabilirsiniz. Biyonik tam olarak insanın doğadan ödünç almasına yardımcı olan bilimdir teknik çözümler icatlarınız için.

Kim önce gelir; doğa mı, insanlar mı?

Bazen insanlığın şu veya bu icadının doğası gereği uzun süredir "patentli" olduğu görülür. Yani mucitler bir şey yaratırken kopyalamazlar, teknolojiyi veya çalışma prensibini kendileri bulurlar ve daha sonra bunun doğada uzun süredir var olduğu ve kişinin onu gözetleyip benimseyebileceği ortaya çıkar. .

Bu, bir kişinin kıyafetleri sabitlemek için kullandığı olağan Velcro tutturucuyla oldu. Velcro'da bulunanlara benzer kancaların, ince dikenleri birbirine bağlamak için de kullanıldığı kanıtlanmıştır.

Fabrika bacalarının yapısı tahılların içi boş saplarına benzer. Borularda kullanılan uzunlamasına takviye, gövdedeki sklerenkima şeritlerine benzer. Çelik takviye halkaları - aralıklar. Sapın dış tarafındaki ince deri, boruların yapısındaki spiral takviyenin bir benzeridir. Yapının devasa benzerliğine rağmen, bilim adamları bağımsız olarak fabrika borularının inşası için böyle bir yöntem icat ettiler ve ancak daha sonra böyle bir yapının doğal unsurlarla kimliğini gördüler.

Biyonik ve tıp

Biyoniklerin tıpta kullanılması birçok hastanın hayatının kurtarılmasını mümkün kılmaktadır. İnsan vücuduyla simbiyoz halinde çalışabilen yapay organların oluşturulması için çalışmalar hız kesmeden sürüyor.

Bunu ilk deneyen kişi Dane Dennis Aabo oldu. Kolunun yarısını kaybetti ama artık tıbbi bir buluş sayesinde nesneleri dokunarak algılama yeteneğine sahip. Protezi yaralı uzvun sinir uçlarına bağlı. Yapay parmak sensörleri, nesnelere dokunma hakkında bilgi toplayıp bunu beyne aktarabiliyor. Tasarım henüz kesinleşmedi, çok hantal, bu da günlük hayatta kullanımını zorlaştırıyor ama artık bu teknolojiye gerçek bir keşif diyebiliriz.

Bu yöndeki tüm araştırmalar tamamen doğal süreç ve mekanizmaların kopyalanması ve bunların teknik uygulamalarına dayanmaktadır. Bu tıbbi biyonik. Bilim adamlarının incelemeleri, çalışmalarının yakında yıpranmış canlı insan organlarını değiştirmeyi ve bunun yerine mekanik prototipleri kullanmayı mümkün kılacağını söylüyor. Bu gerçekten tıptaki en büyük atılım olacak.

Mimarlıkta biyonik

Mimari ve inşaat biyonikleri, biyonik bilimin özel bir dalıdır ve görevi mimarlık ile doğanın organik olarak yeniden birleştirilmesidir. İÇİNDE Son zamanlarda tasarım yaparken giderek daha fazla modern tasarımlar canlı organizmalardan ödünç alınan biyonik ilkelere yönelmek.

Günümüzde mimari biyonik ayrı bir mimari tarz haline geldi. Formların basit bir şekilde kopyalanmasından doğmuştur ve artık bu bilimin görevi ilkeleri, organizasyonel özellikleri benimsemek ve bunları teknik olarak uygulamak haline gelmiştir.

Bazen bu mimari tarza eko tarzı denir. Bunun nedeni biyoniklerin temel kurallarının şunlardır:

optimal çözümleri arayın;
malzeme tasarrufu ilkesi;
maksimum çevre dostu olma ilkesi;
enerji tasarrufu ilkesi.

Gördüğünüz gibi mimarideki biyonikler sadece etkileyici formlar değil, aynı zamanda modern gereksinimleri karşılayan bir yapı yaratmayı mümkün kılan ilerici teknolojilerdir.

Mimari biyonik binaların özellikleri

Mimarlık ve inşaat alanındaki geçmiş deneyimlerimize dayanarak, doğa yasalarını kullanmadıkları takdirde tüm insan yapılarının kırılgan ve kısa ömürlü olduğunu söyleyebiliriz. Şaşırtıcı şekillere ve cesurluğa ek olarak biyonik binalar mimari çözümler, dayanıklılığa, olumsuzluklara dayanma yeteneğine sahip doğal olaylar ve felaketler.

Bu tarzda inşa edilen binaların dış cephesinde, tasarım mühendisleri tarafından canlı, doğal nesnelerden ustaca kopyalanan ve bina mimarları tarafından ustaca somutlaştırılan kabartma, şekil ve kontur unsurları görülebilir.

Aniden, mimari bir nesneyi düşünürken, bir sanat eserine bakıyormuşsunuz gibi görünüyorsa, önünüzde biyonik tarzda bir bina olma ihtimali yüksektir. Bu tür yapıların örneklerini dünyanın hemen hemen tüm ülkelerin başkentlerinde ve teknolojik açıdan gelişmiş büyük şehirlerinde görmek mümkündür.

Yeni milenyum için tasarım

90'lı yıllarda İspanyol mimarlardan oluşan bir ekip, tamamen mimariye dayanan bir bina projesi yarattı. yeni konsept. 300 katlı, yüksekliği 1200 m'yi aşacak bir bina olan bu kulede hareketin, hızı 15 m/s olan dört yüz dikey ve yatay asansör kullanılarak yapılması planlanıyor. Bu projeye sponsor olmayı kabul eden ülke ise Çin oldu. İnşaat için en kalabalık şehir olan Şangay seçildi. Projenin hayata geçirilmesi bölgenin demografik sorununu çözecektir.

Kule tamamen biyonik bir yapıya sahip olacak. Mimarlar, yapının sağlamlığını ve dayanıklılığını ancak bunun sağlayabileceğine inanıyor. Yapının prototipi bir selvi ağacıdır. Mimari kompozisyon sadece bir ağaç gövdesine benzeyen silindirik bir şekle değil, aynı zamanda yeni bir biyonik temel türü olan “köklere” de sahip olacak.

Binanın dış kaplaması ağaç kabuğunu taklit eden plastik ve nefes alabilen bir malzemedir. Bu dikey şehrin iklimlendirme sistemi, cildin ısı düzenleme fonksiyonuna benzeyecek.

Bilim insanları ve mimarlara göre böyle bir bina türünün tek örneği olarak kalmayacak. Başarılı bir uygulamanın ardından gezegenin mimarisindeki biyonik binaların sayısı daha da artacak.

Çevremizdeki biyonik binalar

Biyonik bilimini hangi ünlü yaratımlar kullandı? Bu tür yapıların örneklerini bulmak kolaydır. Örneğin Eyfel Kulesi'nin yaratılma sürecini ele alalım. Uzun zamandır Fransa'nın bu 300 metrelik sembolünün, bilinmeyen bir Arap mühendisin çizimlerine göre inşa edildiğine dair söylentiler vardı. Daha sonra insan kaval kemiğinin yapısıyla tam benzerliği ortaya çıktı.

Eyfel Kulesi'nin yanı sıra dünyanın her yerinde biyonik yapıların birçok örneğini bulabilirsiniz:

bir nilüfer çiçeğine benzetilerek dikilmiştir.
Pekin Ulusal Opera Binası - taklit su damlası.
Pekin'deki yüzme kompleksi. Dışarıdan su kafesinin kristal yapısını tekrarlar. İnanılmaz tasarım çözümü Aynı zamanda yapının güneş enerjisini biriktirme ve daha sonra bunu binada çalışan tüm elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullanma yeteneğini de birleştirir.
Aqua gökdelen düşen bir su akışına benziyor. Chicago'da bulunmaktadır.
Mimari biyonik biliminin kurucusu Antonio Gaudi'nin evi ilk biyonik yapılardan biridir. Önce Bugün estetik değerini korumuştur ve Barselona'nın en popüler turistik yerlerinden biri olmaya devam etmektedir.

Herkesin ihtiyacı olan bilgi

Özetle şunu rahatlıkla söyleyebiliriz: biyonik çalışmalarının gelişim için alakalı ve gerekli olduğu her şey modern toplum. Herkes biyoniklerin bilimsel ilkelerine aşina olmalıdır. Bu bilim olmadan, insan faaliyetinin birçok alanında teknik ilerlemeyi hayal etmek imkansızdır. Biyonik, doğayla tam bir uyum içinde olan geleceğimizdir.

Nispeten yakın zamanda şekillenen ancak günlük hayata sıkı bir şekilde girmeyi başaran bilimsel alanlardan biri biyoniktir. Biyoniklere uygulamalı denir (yani ağırlıklı olarak belirli bir özelliğe sahip olan). pratik kullanım) teknik cihazların kullanım bilimi ve organizasyon ilkeleri çeşitli sistemler Doğal nesnelerin özellikleri ve işlevleri. Basitçe söylemek gerekirse, biyoniklerin yardımıyla insanlık, doğanın kazanımlarını kendi teknik ve sosyal teknolojilerine taşımaya çalışıyor.

Yapay mekanizmaların geliştirilmesinde belirli bir tavana ulaşan insanlık, daha ileri hareket için, canlı organizmaların yaratıldığı ve işlediği ilke ve yöntemleri ödünç almaya çalışmaktadır.

Biyonik ilkelerin mimaride uygulanmasını ele almadan önce genel olarak biyonik hakkında birkaç söz söyleyelim. Resmi olmayan “biyoniklerin babası” unvanı Leonardo da Vinci'ye aittir. İnsanlık tarihinin en büyük dehası, insan yapımı makineler yapımında doğanın deneyiminden yararlanmaya çalışan ilk kişiydi; Leonardo'nun çizimlerinden ve notlarından, kendi uçan makinesini geliştirirken açıkça görülüyor ana rol kuşların kanatlarını çırpıp kaldırma kuvveti yaratmasını sağlayan mekanizmanın aynısını yeniden üretiyordu. Ancak da Vinci'nin bu fikirleri, sibernetiğin gelişiminin etkisi altında bilim adamlarının sözde "canlı sistemler" (yani doğal nesneler) faaliyetlerine yakından ilgi gösterdiği geçen yüzyıla kadar sahiplenilmeden kaldı. Biyonik nihayet 1960 yılında Daytona'da bilim adamlarının katıldığı bir sempozyumda bir bilim olarak şekillendi.

Bugüne kadar biyonikte üç yön vardır: biyolojik sistemler içindeki süreçleri dikkate alan biyolojik; bu süreçlerin matematiksel (daha doğrusu bilgisayar) modellerinin oluşturulmasıyla ilgilenen teorik; ve teknik, oluşturulan biyonik modellerin mühendislik yapılarının veya makinelerin yaratılması yoluyla hayata geçirilmesi için kullanılmasından sorumludur. Mimarlık, biyoniklerin teorik ve teknik yönlerinin kesiştiği noktada yer alıyor.

Binaların yapımında biyonik ilkelerin kullanılmasının öncüsü büyük Katalan mimardı. XIX sonu- 20. yüzyılın başlarında Antonio Gaudi. Doğanın dekoratif unsurlarını mimari yapılara dahil eden, aynı zamanda binalara çevre karakterini veren ilk kişi Gaudi'ydi. Profesyonel mimarlar, peyzaj tasarımcıları ve güzellik meraklıları, Gaudi'nin Park Güell'in inşası sırasındaki ustaca mimari çözümlerine hayran kalmaktan kendini alamıyor: kaynaşmış ağaç gövdelerine benzeyen, antik portikler tarzında yapılmış eşsiz sütun dizisine bakın. Mimarinin biyonik ilkeleri 1920'lerin başında Rudolf Steiner tarafından benimsenip geliştirildi, ardından bina ve yapı tasarımında biyoniklerin yaygın kullanımı başladı.

Bilimsel yöntemlerin gelişmesi, bilgi tabanının genişlemesi ve ayrıntılı matematiksel modelleme olanağının ortaya çıkması sayesinde geçmişin mimarları, insanlığın uğraştığı mimari ilke ve yasaların çoğunun deneme yoluyla çözüldüğü sonucuna varmışlardır. Doğada binlerce yıldır yanılgı burnumuzun dibindeydi. Bu yüzden ana görev Mimarlıkta biyonik, ortaya çıkan mimari sorunlara en uygun çözümleri bulmak için doğal biyolojik sistemlerde yapılan araştırmadır. Canlı dokuların oluşum yasaları ve yapı oluşumu, canlı organizmaların yapısal sistemleri, malzeme, enerji tasarrufu ve güvenilirliğin sağlanması ilkesi üzerine çalışılmaktadır. Buna ek olarak, yaşayan doğanın incelenmesi mimarların yeni, Modern gereksinimleri ve hedefleri karşılamak, Yapı malzemeleri. Örneğin, katmanlı yapılar oluşturmaya yönelik "teknoloji" bazı derin deniz yumuşakçalarından ödünç alındı. Gerçek şu ki, bu canlıların kabukları dönüşümlü olarak sert ve yumuşak katmanlardan oluşuyor. İnşaat için bu prensibin uygulanması, üst sert katmanın deformasyonu durumunda, bir sonraki yumuşak katmanın tahribatı "söndüreceği" ve çatlağın yapının derinliklerine yayılmadan yüzeyde kalacağı anlamına gelir.

Tarihte, belirli yapıların biyonik doğasının, inşaatlarından çok uzun bir süre sonra keşfedildiği birçok örnek bilinmektedir. Örneğin Eyfel Kulesi'nin insan kaval kemiğinin yapısına benzer bir yapıya sahip olduğu ve bu nedenle yeterli güce sahip olduğu ancak geçen yüzyılın ikinci yarısında keşfedildi. Ve diyelim ki, modern yüksek katlı endüstriyel binalar, borular güçlü rüzgar rüzgarlarına dayanabilir çünkü bunların yapım prensibi, rüzgarda bükülen ancak kırılmayan tahıl bitkilerinin gövdelerinin "iç yapısı" ile örtüşmektedir. dikey konumlarını hızlı bir şekilde geri yükleyin.

Zamanımızın belki de en iddialı inşaat projesi olan Şangay "Kule Şehir"in uygulanmasına başlamayı mümkün kılan şey, biyonik bilgisinin mimariye dahil edilmesiydi. Mimarlara göre, 2023 yılı civarında Şangay'da, nüfusu en az 100 bin kişi olacak, tüm kentsel altyapı tesislerini içeren bir "kule" inşa edilmesi gerekiyor. “Kule şehir”, taban genişliği 133 x 100 metre (en geniş noktada - 166 x 133 metre) olan, 1200 metreden daha yüksek bir selvi ağacı şeklini alacak. Bina 80 katlı 12 dikey blokta yer alan 300 katlı olacak. Dikkatle düşünülmüş tasarım, selvi ağacının dallarının yapısına ve tüm tepesine benzer. Kule, tıpkı bir ağacın kök sisteminin gelişmesi gibi, akordeon prensibine göre tasarlanmış kazıklı bir temel üzerinde duracak. Üst katların rüzgar etkilerine karşı dayanıklılığı, havanın kule yapısından dirençle karşılaşmadan geçmek zorunda kalması sağlanacak. Halihazırda ciddi bir aşırı nüfus sorunuyla karşı karşıya olan Şangay'daki yetkililer, Tower City deneyiminin başarılı olması halinde benzer birçok yapının inşa edileceğini söylüyor.

Alexander Babitsky

DÜNYA MİMARİSİNDE BİYONİK

Çok eski zamanlardan beri mimarlığın büyük beyinleri yeni arayışlar içindedir. mimari stiller. Babil Kulesi'nden başlayıp Yeni Paris'in mimari şaheserlerine kadar insanlık aradı, buldu, somutlaştırdı. Yeniden aradı, yeniden buldu ve yeniden bedenlendi. Ve bu böyle sonsuza kadar bir daire içinde devam eder. Bugün dünya birçok mimari tarzı biliyor: Gotik, Rönesans, Barok, Art Nouveau, Klasisizm, Biyonik ve diğerleri. Kuşkusuz, bu tarzların her biri kendi yolunda ilginç ve dikkate değerdir.

Doğal formların inşaatta kullanılmasına yönelik ilk girişimler, 19. yüzyılın ünlü İspanyol mimarı Antonio Gaudi tarafından yapıldı.

Mimar Antonio Gaudi. Park Guell, Barselona

Ve bu bir atılımdı! Park Güell, ya da eskiden dedikleri gibi “Taşta donmuş doğa”, özel villalar Casa Batlo ve Casa Mila'nın enfes mimarisi - Avrupa ve tüm dünya, mimari zevklerle şımartılmış, daha önce hiç böyle bir şey görmemişti. Büyük ustanın bu şaheserleri, biyonik tarzda mimarinin gelişmesine ivme kazandırdı. 1921'de, Alman filozof Rudolf Steiner'in tasarımına göre oluşturulan Goetheanum'un heykelsi-organik yapısına biyonik fikirler yansıdı.

Rudolf Steiner, ilk Goetheanum'un batı cephesinin bir modeliyle

Organik mimarlık, yaşayan doğanın taklidi olarak bir anlayışa sahiptir. Pek çok mimar biyomorfik unsurlar konusunda uzmanlaştı. Pencerelerin şekli ve düzeni bal peteğine benzeyen Konstantin Melnikov'un Moskova'daki evini veya İtalyan Antonio Gaudi'nin yaratımlarını hatırlamak yeterli.

Konstantin Melnikov'un Moskova'daki evi

Ancak hayat durmuyor ve 20. yüzyılın ortalarında biyoniğe ciddi bir ilgi ortaya çıkmaya başladı. Biyonik alanının önde gelen mimarlarından biri, 1961 yılında Stuttgart'ta benzer düşüncelere sahip insanları "Biyoloji ve İnşaat" adlı bir grupta bir araya getiren Alman mühendis Otto Frei'ydi. Fry'ın kendisi hafif yapıyla ilgileniyordu. Politeknik Enstitüsü'nden biyologlar ve mühendislerle birlikte, canlı organizmaların doku ve zarlarının oluşumunun nasıl gerçekleştiğini anlamak ve ardından bu bilgiyi mevcut teknolojilerle birleştirmek istedi. Diatomlar göz önüne alındığında[ Diatomlar alglerin bir bölümü olan silisli alglerdir. Tek hücreli yalnız veya koloni organizmaları. Hücreleri iki yarıdan oluşan sert bir çakmaktaşı kabuğa sahiptir. ] ve web, araştırmacılar kendi gelişmeleriyle bariz benzerlikler buldular. Ancak önemli bir farkı da gördüler: Canlı nesneler alışılmadık derecede karmaşıktır ve tasarımları her zaman optimal değildir, dolayısıyla bunların pratikte tam olarak yeniden üretilmesi çoğu zaman imkansızdır; bu tür projeler çok pahalı ve zor olacaktır. Frey, 1960'larda ve 1970'lerde Montreal'deki Dünya Sergisi'nde ve Münih'teki Olimpiyat Stadı'nda ana avantajı hafiflik ve şeffaflık olan membran ve elastik yapıları kullandığı Alman pavyonunu yaratmasıyla ünlendi.

Münih'teki Olimpiyat Stadı. Başpiskopos Otto Frei

2006 yılında Meksikalı mimar Javier Senosyan'ın tasarımına göre nautilus kabuğuna benzeyen bir ev inşa edildi. Nautilus'un özellikleri yalnızca dış biçim hem ev hem de spiral şeklindeki iç yapısıyla. Ve 2007 yılında, onun liderliğinde, Mexico City'de, manzaranın düzensizliği etrafında düzgün bir şekilde bükülen uzun bir boru şeklindeki bir bina olan "Yılan" evi tamamlandı. Senosyan mesleki görüşlerini “Bioarchitecture” kitabında özetledi. Doğanın güzel olduğu yerlerde küçük, insan boyutunda evlerin yapılması gerektiğine inanıyor. doğal materyaller yerel kökenli.

Doi yılanı. Başpiskopos Javier Senosyan

Bugün modern enkarnasyon Hollanda'da - NMB Bank yönetim kurulu binasında, Avustralya - Sidney Opera Binası'nda organik mimari gözlemlenebilir. Montreal'de - Dünya Sergi Kompleksi'nin binası, Japonya'da - SONY gökdeleni ve Yamanashi Meyve Müzesi.

Sidney'deki Opera

Şanghay Selvi Evi, selvi evinin kök sistemi

Dikkatle düşünülmüş tasarım, selvi ağacının dallarının yapısına ve tüm tepesine benzer. Kule, tıpkı bir ağacın kök sisteminin gelişmesi gibi, akordeon prensibine göre tasarlanmış kazıklı bir temel üzerinde duracak. Üst katların rüzgar etkilerine karşı dayanıklılığı, havanın kule yapısından dirençle karşılaşmadan geçmek zorunda kalması sağlanacak. Halihazırda ciddi bir aşırı nüfus sorunuyla karşı karşıya olan Şangay'daki yetkililer, Tower City deneyiminin başarılı olması halinde benzer birçok yapının inşa edileceğini söylüyor.

Mimarlıkta biyonik - “makine prensibinden yaşam prensibine”, http://www.existenzia.ru/idea/bionika