Бионическая архитектура в жизни человека. Бионика в архитектуре: применение, формы. Бионика в Вашем доме

Одним из научных направлений, оформившихся относительно недавно, но успевшим прочно войти в повседневную жизнь, стала бионика. Бионикой именуют прикладную (то есть имеющую преимущественно конкретное практическое применение) науку об использовании в технических устройствах и принципах организации различных систем свойств и функций природных объектов. Проще говоря, с помощью бионики человечество пытается привнести достижения природы в собственные технические и общественные технологии.

Достигнув определённого потолка в развитии искусственных механизмов, человечество для дальнейшего поступательного движения вперёд стремится позаимствовать те принципы и методы, с помощью которых созданы и функционируют живые организмы.

Прежде чем рассмотреть применение бионических принципов в архитектуре, скажем пару слов о бионике в целом. Неофициальный титул «отца бионика» принадлежит Леонардо да Винчи. Величайший гений в истории человечества первым попытался использовать опыт природы при построении рукотворных машин - из чертежей и записей Леонардо очевидно, что при разработке собственного летательного аппарата главную роль он отводил воспроизведение того же механизма, с помощью которого птицы машут крыльями и создают подъёмную силу. Впрочем, эти идеи да Винчи остались невостребованными вплоть до прошлого столетия, когда под воздействием развития кибернетики учёные обратили пристальное внимание на деятельность так называемых «живых систем» (то есть объектов природы). Окончательно как наука бионика оформилась на симпозиуме учёных в Дайтоне в 1960 году.

К настоящему моменту выделяют три направления в бионике: биологическое, рассматривающее процессы внутри биологических систем; теоретическое, занимающееся созданием математических (точнее было бы сказать компьютерных) моделей этих процессов; и техническое, отвечающее за использование созданных бионических моделей для воплощения в жизнь посредством создания инженерных сооружений или машин. Именно здесь, на стыке теоретического и технического направлений бионики, и находится архитектура.

Пионером использования принципов бионики при сооружении зданий стал великий каталонский архитектор конца XIX - начала XX веков Антонио Гауди. Именно Гауди первым стал не просто привносить в архитектурные сооружения декоративные элементы природы, а придал постройкам характер окружающей среды. Профессиональные архитекторы, ландшафтные дизайнеры и просто ценители прекрасного до сих пор не перестают восхищаться гениальными архитектурными решениями Гауди при сооружении Парка Гуэля: чего стоит только своеобразная колоннада, выполненная в стиле античных портиков, представляющая из себя подобие сросшихся стволов деревьев. Бионические принципы архитектуры в начале 1920-х годов воспринял и развил Рудольф Штайнер, после чего и началось широкое применение бионики при проектировании зданий и сооружений.

Благодаря развитию научных методов, расширению базы знаний и появлению возможности детального математического моделирования архитекторы прошлого пришли к выводу, что большинство архитектурных принципов и законов, над которыми человечество опытным путём проб и ошибок билось тысячелетиями, находилось у нас под самым носом, в природе. Поэтому главной задачей бионики в архитектуре является поиск в природных биологических системах оптимальных решений возникающих архитектурных задач. Идёт изучение законов формирования и структурообразования живых тканей, конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Кроме того, изучение живой природы помогает архитекторам в создании новых, отвечающим современным требованиям и задачам, строительных материалов. Так, например, у некоторых глубоководных моллюсков была позаимствована «технология» создания слоистых конструкций. Дело в том, что раковины этих созданий состоят из чередующихся жестких и мягких слоёв. Для строительства применение этого принципа означает, что в случае деформации верхнего жёсткого слоя следующий мягкий слой «погасит» разрушение и трещина останется на поверхности, не распространяясь вглубь конструкции.

История знает немало и таких примеров, когда бионический характер тех или иных сооружений был обнаружен только спустя длительное время после их возведения. Например, только во второй половине прошлого столетия обнаружили, что Эйфелева башня имеет конструкцию, сходную строению берцовой кости человека, и благодаря этому обладает достаточной прочностью. А, скажем, современные высотные промышленны сооружения, трубы, выдерживают сильные порывы ветра потому, что принцип их возведения совпал с «внутренним устройством» стеблей злаковых растений, которые при ветре гнутся, но не ломаются и быстро восстанавливают вертикальное положение.

Именно привлечение в архитектуру знаний бионики сделало возможным начало реализации самого, пожалуй, грандиозного строительного проекта современности, шанхайского «Города-башни». По заявлениям архитекторов, примерно к 2023 году в Шанхае должна быть сооружена содержащая все объекты городской инфраструктуры «башня», население которой составит не менее 100 тысяч человек. «Город-башня» приобретёт форму кипариса высотой более 1200 метров с шириной основания 133 на 100 метров (в самой широкой точке - 166 на 133 метров). Здание будет насчитывать 300 этажей, расположенных в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте, рассчитанном по принципу гармошки, точно так же, как развивается и корневая система дерева. Устойчивость верхних этажей к воздействию ветра будет обеспечена тем, что воздух должен будет проходить сквозь конструкцию башни, не встречая сопротивления. Власти Шанхая, перед которым уже сейчас остро стоит проблема перенаселения, заявляют, что если опыт «Города-башни» окажется успешным, подобных сооружений будет построено несколько.

Александр Бабицкий

Самые совершенные формы, как с точки зрения красоты, так и с точки зрения организации и функционирования, созданы самой природой и развились в процессе эволюции. Человечество с давних пор заимствовало у природы структуры, элементы, построения для решения своих технологических задач. В настоящее время техногенная цивилизация отвоевывает у природы все большие территории, вокруг доминируют прямоугольные формы, сталь, стекло и бетон, а мы живем в так называемых городских джунглях.

И с каждым годом все более ощутимой становится потребность человека в естественной гармоничной среде обитания, наполненной воздухом, зеленью, природными элементами. Поэтому экологическая тематика становится все более актуальной в градостроительстве и . В данной статье мы познакомимся с примерами бионики — интересного современного направления в архитектуре и дизайне интерьеров.

Примеры бионики в архитектуре. Научный и художественный подход

Бионика – это направление в первую очередь научное, а потом уже творческое. Применительно к архитектуре оно означает использование принципов и методов организации живых организмов и форм, созданных живыми организмами, при проектировании и строительстве зданий. Первым архитектором, работающим в стиле бионики,был А. Гауди. Его знаменитыми работами до сих пор восхищается мир (Дом Бальо, Дом Мила, Храм Святого Семейства, Парк Гуэля и др.).

Дом Мила Антонио Гауди в Барселоне
Национальный оперный театр в Пекине

Современная бионика базируется на новых методах с применением математического моделирования и широкого спектра программного обеспечения для расчета и 3d-визуализации. Основной ее задачей является изучение законов формирования тканей живых организмов, их структуры, физических свойств, конструктивных особенностей с целью воплощения этих знаний в архитектуре. Живые системы являются примером конструкций, которые функционируют на основе принципов обеспечения оптимальной надежности, формирования оптимальной формы при экономии энергии и материалов. Именно эти принципы и положены в основу бионики. Знаменитые примеры бионики представлены на сайте.

Оперный театр в Сиднее
Плавательный комплекс в Пекине

Вот несколько величайший сооружений на основе бионики во всем мире:

Эйфелева башня в Париже (повторяет форму берцовой кости)
Стадион «Ласточкино гнездо» в Пекине (внешняя металлическая конструкция повторяет форму птичьего гнезда)
Небоскреб Аква в Чикаго (внешне напоминает поток падающей воды, также форма здания напоминает складчатую структуру известковых отложений по берегам Великих Озер)
Жилой дом «Наутилус» или «Раковина» в Наукальпане (его дизайн взят из природной структуры – раковины моллюска)
Оперный театр в Сиднее (подражает раскрывшимся лепесткам лотоса на воде)
Плавательный комплекс в Пекине (конструкция фасада состоит из «пузырьков воды», повторяет кристаллическую решетку, она позволяет аккумулировать солнечную энергию, используемую на нужды здания)
Национальный оперный театр в Пекине (имитирует каплю воды)

Бионика включает в себя и создание новых для строительства материалов, структуру которых подсказывают законы природы. На сегодняшний день существует уже множество примеров бионики, каждый из которых отличается удивительной прочностью своей структуры. Таким образом, можно получить новые дополнительные возможности для возведения сооружений различных масштабов.

Скульптура Облачные ворота в Чикаго
Примеры бионики в дизайне интерьера

Особенности дизайна интерьеров в стиле бионики с примерами

Бионический стиль пришел и в дизайн интерьера:как в жилых помещениях, так и в помещениях сферы услуг, социального и культурного назначения. Примеры бионики можно увидеть в современных парках, библиотеках, торговых центрах, ресторанах, выставочных центрах и т.д. Что же характерно для этого модного стиля? Каковы его особенности? Как и в случае архитектуры, бионика интерьера использует природные формы в организации пространства, в планировании помещений, в дизайне мебели и аксессуаров, в декоре.

Свои идеи дизайнеры черпают из знакомых структур живой природы:

Воск и пчелиные соты – основа для создания необычных конструкций в интерьере: стен и перегородок, элементов мебели, декора, элементов стеновых и потолочных панелей, оконных проемов и т.д.
Паутина является необычайно лёгким и экономным сетчатым материалом. Часто применяется как основа в дизайне перегородок, дизайне мебели и осветительных приборов, гамаков.
Наружные или внутренние лестницы могут быть выполнены в виде спиральных или необычных конструкций, созданных из комбинированных природных материалов, повторяющих плавные природные формы. В дизайне лестниц художники бионического направления чаще всего отталкиваются от растительных форм.
Цветные стекла и используются в примерах бионики для того, чтобы создать интересное освещение.
В деревянных домах в качестве несущих колон могут использоваться стволы деревьев. Вообще дерево – один из самых распространенных материалов интерьера в стиле бионики. Также применяют шерсть, кожу, лен, бамбук, хлопок и др.
Из водной глади берутся и гармонично вписываются зеркальные и глянцевые поверхности.
Отличным решением является применение перфорации с целью уменьшения веса отдельных конструкций. Пористые костные структуры часто используются для создания интересной мебели, при этом экономя материал, создавая иллюзию воздушности и легкости.

Светильники также повторяют биологические структуры. Красиво и оригинально смотрятся светильники, имитирующие водопад, светящиеся деревья и цветы, облака, небесные светила, морских обитателей и т.д.Примеры бионики зачастую используют природные материалы, которые являются экологически чистыми. Характерными особенностями данного направления считаются плавные линии, натуральная цветовая гамма. Это попытка создать атмосферу, приближенную к естественной природе, при этом не упраздняя удобств, которые человек приобрел с развитием техники. Электронику вписывают в дизайн таким образом, чтобы она не бросалась в глаза.

Небоскреб Aqua в Чикаго пример бионики в дизайне интерьера стадион Ласточкино гнездо в Пекине

В примерах бионики в интерьере можно рассмотреть аквариумы, интересные необычные конструкции и уникальные формы, которые, как и в природе, не повторяются. Можно сказать, что в бионике нет четких границ и зонирования пространства, одни помещения плавно «перетекают» в другие. Природные элементы не обязательно будут применимы ко всему интерьеру. Очень распространены в настоящее время проекты с отдельными элементами бионики – мебелью, повторяющей структуру тела, структуру растений и других элементов живой природы, органические вставки, декор из натуральных материалов.

Стоит отметить, что ключевой особенностью бионики в архитектуре и дизайне интерьера является подражание природным формам с учетом научных знаний о них. Создание благоприятной для человека экологически безопасной среды обитания с применением новых энергоэффективных технологий может стать идеальным направлением развития городов. Поэтому бионика является новым быстро развивающимся направлением, захватывающим умы архитекторов и дизайнеров.

Введение

Одно из научных направлений, которое оформилось относительно недавно, но уже успело прочно войти в повседневную жизнь, стала бионика. Бионика? это прикладная наука об использовании в технических устройствах и принципах организации различных систем свойств и функций природных объектов. С помощью бионики человечество пытается привнести достижения природы в собственные технические и общественные технологии.

Достигнув определённого потолка в развитии искусственных механизмов, люди для дальнейшего поступательного движения вперёд стремятся позаимствовать те принципы и методы, с помощью которых созданы и функционируют живые организмы.

Неофициальный титул «отца бионика» принадлежит Леонардо да Винчи. Этот великий гений в истории цивилизации первым попытался использовать опыт природы при построении рукотворных машин. Из его чертежей и записей ясно, что при разработке собственного летательного аппарата главная роль им отводилась воспроизведению того же механизма, с помощью которого птицы машут крыльями и создают подъёмную силу. Эти идеи да Винчи были невостребованными вплоть до прошлого столетия, когда под воздействием развития кибернетики учёные обратили пристальное внимание на деятельность так называемых «живых систем» (то есть объектов природы). Окончательно как наука бионика оформилась в 1960 году на симпозиуме учёных в Дайтоне.

На современном этапе выделяют три направления в бионике: биологическое, которое рассматривает процессы внутри биологических систем; теоретическое, занимающееся созданием математических (компьютерных) моделей этих процессов; и техническое, которое отвечает за использование созданных бионических моделей для воплощения в жизнь посредством создания инженерных сооружений или машин. На стыке теоретического и технического направлений бионики находится архитектура.

Пионером использования принципов бионики при сооружении зданий стал великий каталонский архитектор конца XIX ? начала XX веков Антонио Гауди. Именно Гауди первым стал не просто привносить в архитектурные сооружения декоративные элементы природы, а придал постройкам характер окружающей среды. Профессиональные архитекторы, ландшафтные дизайнеры и просто ценители прекрасного до сих пор не перестают восхищаться гениальными архитектурными решениями Гауди при сооружении Парка Гуэля: чего стоит только своеобразная колоннада, выполненная в стиле античных портиков, представляющая из себя подобие сросшихся стволов деревьев.

Бионические принципы архитектуры в начале 1920-х годов воспринял и развил Рудольф Штайнер, после чего и началось широкое применение бионики при проектировании зданий и сооружений.

1. «ЗЕЛЕНАЯ» АРХИТЕКТУРА

Проблема экологии в архитектуре может стать ключевой в ближайшее десятилетие для всей строительной политики.

Свод принципов « зеленой» архитектуры:

Сохранение энергии.

Накопление энергии. Еще в ХIХ веке А. Гауди, устраивая световые шахты в многоэтажных домах, вводил в квартиры солнечный свет. В последние годы активно используются для накопления энергии солнечные батареи.

Сокращение объемов нового строительства, использование старых материалов, реконструкция существующих объектов.

Контакт с заказчиком, в рамках которого рождается оптимальное решение.

Уважение месту. Слияние архитектуры с природным окружением (подземные дома, зеленая кровля и т. п.).

Целостность. Взаимодействие всех перечисленных выше подходов.

В соответствии с принципами «зеленой» (органической) архитектуры каждую форму следует рассматривать как организм, который развивается в соответствии с законом своего собственного существования, особого «ордера» в гармонии со своими функциями и окружением, как растение или другие живые организмы.

Термин «органический» применяется преимущественно в трех значениях. В первом случае «органический» обозначает «следующий природе своего назначения и материалов» (тектоничный). При этом под назначением понимают не только практические, но и духовные потребности людей. Второе и наиболее характерное значение термина «органический» означает «подчиненный условиям природного ландшафта», т.е. климатическим условиям среды и совокупности ее эстетических качеств. Третье значение понятия - следующий природным формам как образцам (бионический). Такую интерпретацию термина необходимо принимать не как использование биологических метафор и натуралистического подхода. Прямое сходство форм противоречит явному различию функций. Ни растительные, ни биологические формы не могут быть образцами для копирования. В то же время нельзя исключать эстетического влияния природных форм на архитектуру: об этом говорит современная практика. Один из главных представителей органической архитектуры Ф. Л. Райт решительно отвергал архитектуру, способную «переехать в любое место». По мнению мастера «… каждое здание, предназначенное для человека, должно быть составной частью ландшафта, его чертой, родственной местности и неотъемлемой от нее. Мы надеемся, что оно останется там, где стоит, на долгое время. Ведь дом - не фургон…». Он постоянно подчеркивал необходимость связи с землей: земля уже имеет форму. Связи построек Ф. Л. Райта с ландшафтом строились также на использовании природных материалов. Поэтому он с огромным уважением относился к историческому опыту. Искусство архитектуры древних, по убеждению архитектора, было основано на применении местных материалов в соответствии с их свойствами. Кроме того, в органичном здании ничто не является законченным само по себе, но является законченным лишь как часть целого. Таким образом, по существу, Райт отвергал классицистический принцип организации целого из законченных по своей структуре элементов. Он отождествлял искусственные формы с человеческим организмом, уподобляя, например, электропроводку нервной системе. Однако на практике архитектурные формы Райта подчиняются собственным, специфическим законам формообразования, не имеющим ничего общего с миром биологических форм.

Безусловно, один из самых значительных представителей органической архитектуры - финский архитектор А. Аалто. Однако он обращается к природным формам не только как к контексту, но и как к образцам структурной организации и связей со средой. Их мастер обнаруживает на системном уровне, где налицо определенное единство всех целостных объектов, как природных, так и созданных человеком. Поэтому его произведения не имеют ничего общего с имитацией природных образцов. Здесь применяются гибкие принципы квазистандартизации, используемые живой природой. На одной из своих лекций в Осло А. Аалто заявил: « ... самым лучшим комитетом по стандартизации является сама природа. Но природа производит свою стандартизацию только на самых малых единицах измерения всего живого - на клетках. В результате работы природы появилось несметное количество живых, изменяемых форм, разнообразие которых не поддается описанию. Архитектура должна подражать неизмеримому богатству постоянно изменяющихся форм мира живой материи...».

Рисунок 1 ? Алвар Аалто, Концертный зал «Финляндия» в Хельсинки

В постройках Аалто богато используется дерево.

Основными постройками Аалто являются:

1.Санаторий в Паймио

2.Выборгская библиотека

Вилла Майре

Бейкер-хаус

.Дворец «Финляндия»

.Политехнический институт в Отаниеми

Рисунок 2 ? Алвар Аалто, чайный столик

Сегодня в Финляндии органическая архитектура представлена творчеством Р. Пиетиля, который не считает себя прямым последователем А. Аалто. Однако его обращение к природе, безусловно, спровоцировано мыслями его идейных предшественников. Пиетил Р. считает, что архитектура должна определяться микрогеографией, климатическими особенностями, материальными ресурсами данной местности. Это, по мнению мастера, делает замысел гуманным.

Рисунок 3 ? Р. Пиетил, университетский центр Диполи

В то же время его творчество находится под несомненным влиянием мастеров других направлений, которые разделяли принципы органического развития архитектурных форм. К ним можно отнести, в первую очередь, экспрессионистов Б. Таута и Х. Херинга.

Наиболее важный аспект деятельности Р. Пиетиля связан со взглядом на природу как на определенный контекст. Здания должны стать его продолжением. Такое отношение к природе основано на философии, которую сам мастер называет «экологической семантикой».

Следуя за Ф.Л. Райтом, Р. Пиетил считает, что учет экологических факторов, а также их выражение в архитектурных формах, может привести к исчезновению противоречий между зданиями и природой. С другой стороны, архитектор пытается соединить свои идеи с культурными традициями. Например, он находит необходимым тщательное изучение культурного этнического наследия северных арктических районов Европы и Азии. При этом, правда, не уточняется, что подразумевается под сутью этого наследия. В отличие от А. Аалто, Р. Пиетил рассматривает природу как контекст, делая акцент на структурные особенности и стремясь найти ценности сооружения в связи с эстетическими особенностями места. Он считает, что до сих пор мы строили вопреки природе и теперь, наконец, наступило время строить так, чтобы архитектурные формы становились частью или продолжением природы. Одновременно отвергается и «Модулор» Л. Корбюзье, как концепция постоянных эстетических ценностей.

Для Р. Пиетиля эстетические качества архитектурной формы изменчивы, поскольку они определяются связями с изменчивым характером природной среды. Интеграция может быть решена двумя способами. В первом случае архитектура должна стремиться выразить единство и определенное тождество с природой. При этом тождественностью автор называет согласованность объемов и пространств. Другой способ интеграции, по мнению мастера, основан на том, что архитектура должна оставаться незаметной.

АРХИТЕКТУРНАЯ БИОНИКА

Архитектурная бионика в недавнем прошлом - осмысление природных форм в строительных конструкциях, новые возможности архитектурного формообразования. Архитектурная бионика сегодня (необионика) - попытка увязать экологические аспекты и высокие технологии с архитектурой.

Само понятие «бионика» появилось в начале ХХ века. Бионика (от греч. bion - элемент жизни, буквально - живущий) - это наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Первым из тех, кто обратился к этим источникам, был Леонардо да Винчи (летательные аппараты, основанные на строении крыла птицы и другие изобретения).

Первые попытки использовать природные формы в строительстве предпринял А. Гауди, знаменитый испанский архитектор XIX века. Парк Гуэль, или как говорили раньше «природа, застывшая в камне», восхитительная архитектура частных вилл Каса Батло и Каса Мила.

Рисунок 4 ? А. Гауди, парк Гуэль

Ничего подобного Европа и весь мир до А. Гауди не видели. Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле.

В 1921 году подобные идеи нашли отражение в скульптурно-органическом сооружении Гетеанум, созданном по проекту немецкого философа Р. Штайнера.

Рисунок 5 ? Р. Штайнер, Всемирный центр Антропософии? Гётеанум

С этого момента зодчие всего мира взяли бионику на «вооружение». Приверженцы бионики считают, что природа создала самые эстетически совершенные, прочные и оптимизированные конструкции. В одном из самых первых предложений немецкого архитектора Р. Дернаха предусматривалось погружение в морскую воду пузырчатых баллонов или мелкоячеистых сетей, играющих роль каркаса, обраставшего колониями микроорганизмов, которые постепенно должны были отвердевать. Эти полые известняковые формы предлагалось использовать для создания плавучих городов. Хилберц В. (США) исследовал возможность того же результата при помощи электричества (аналогия с образованием накипи).

К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось воздвигнуть башню, которая символизировала бы величие Французской революции и новейшие достижения техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан проект инженера-мостовика Александра Г. Эйфеля. В конце ХIХ столетия 300 метровая башня, названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой, стала своеобразным символом Парижа. Современные инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями. В области бионики известны также архитектурные опыты П. Нерви, С. Калатравы и др.

Рисунок 6 ? П. Л. Нерви, Собор в Сан-Франциско

Сегодня бионика развивается во многих сферах. Архитектурно- строительная бионика изучает законы формирования, структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов, исследует принципы экономии ими материала, энергии и обеспечения надежности жизнедеятельности. Яркий пример архитектурно- строительной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и некоторых современных высотных сооружений.

Рисунок 7 ? С. Калатрава, Павильон Квадраччи

Рисунок 8 ? С. Калатрава, Телекоммуникационная башня Монжуик в Барселоне

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже « запатентовано» природой. Например, такое новшество ХХ века, как застежки «молния» и «липучки», было разработано на основе изучения строения пера птицы. В данном случае нити пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 года начали исследования различных динамических структур, а в 1991 году организовали общество поддержки инноваций в архитектуре. Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект вертикального бионического города-башни. Через 15 лет он должен появиться в Шанхае (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн. человек). Город-Башня рассчитан на 100 тысяч чело-век. В основу проекта положен принцип конструкции дерева. Башня будет иметь форму кипариса высотой 1128 метров с обхватом у основания 133 на 100 метров, а в самой широкой точке - 166 на 133 метра. В башне планируется предусмотреть 300 этажей, расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами - перекрытия стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня? квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Основой башни должен стать свайный фундамент, построенный по аналогии с корневой системой дерева. Ветровые колебания верхних этажей предполагается свести к минимуму, так как воздух может легко проходить сквозь конструкцию башни. В качестве облицовки будут использованы специальные пластичные материалы, имитирующие пористую поверхность кожи.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. х прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. Сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. Во-вторых, в живой природе постоянство биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку в данном случае мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Тем не менее, на сегодняшний день уже имеется богатый опыт строительства бионических зданий, сооружений и целых городов. Современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в шанхайском «кипарисе», в здании правления NMB Bank (Нидерланды), здании Сиднейской оперы (Австралия), здании Всемирного выставочного комплекса (Монреаль), небоскребе SONY и музее плодов (Япония). Анализ построек позволяет понять, что спектр изучения этого направления расширяется.

Помимо поисков новых идей формообразования, бионика нацелена на изучение систем жизнеобеспечения, развития и других механизмов существования природных объектов, их реакций на воздействия извне. Возможно, этот новый взгляд на природу покажет нам путь к архитектуре будущего.

Рисунок 9 ? Архитектурные утопии (группа « Архигрем»)

Заключение

высотный постройка пиетил стебель

В последнее время политические и общественные деятели говорят о экологических бедах, которые захлестнули практически весь мир. И если ранее разговоры шли, к «общим местам» вроде цунами, тайфунов и ли же засухи, то год от года обсуждения становятся все более конкретными.

Действительно, извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль, разлив нефти в Мексиканском заливе, землетрясение в Японии и многие другие печальные события заставляют задуматься о будущем.

А кто, как ни архитекторы лучше всего воплощают, тенденции времени. Именно поэтому проектировщики и строители сосредоточили внимание на проектах, способных улучшить жизнь людей и состояние природы в недалеком будущем.

Попытка «договориться» с природой, как считают сами архитекторы, это не просто выполнение обычной стандартной работы. Скорее это самый существенный вклад в будущее. То, чем и призван заниматься каждый человек.

Глобальное потепление, а также другие насущные вопросы, вроде засухи и наоборот учащающихся наводнений, стали предметами архитектурного проектирования во всем мире.

Список использованной литературы

1.Бабицкий А. Бионика в архитектуре [электронный ресурс] / А. Бабицкий. Режим доступа: #"justify">2.Ильичев В.И. Бионика - синтез биологии и техники [Текст] - М. Наука, 1994. ? С. 28-35.

.Левина Е.К. Архитектура в гармонии с природой [электронный ресурс] / Е.К.Левина, Е.В. Кузьминых. ? Режим доступа: #"justify">.Леденева Г.Л. Теория архитектурной композиции: курс лекций / Г.Л. Леденева. ? Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун- та, 2008. ? 80с.

.Маслов В.Н. Пропорции и конфигурации в природе, архитектуре и дизайне: монография. ? Ухта: УГТУ, 2007. ? 55с.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Инженер и природа, или что такое бионика

Био́ника (от др.-греч. βίον - живущее) - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

Различают :

биологическую бионику , изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

теоретическую бионику , которая строит математические модели этих процессов;

техническую бионику , применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.

Название

Название бионики происходит от древнегреческого слова бион - «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.

Биомиметика

В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от др.-греч. βίος - жизнь, и μίμησις - подражание) в значении - подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля.

История развития

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.

Основные направления работ

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:

изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);

исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;

изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Моделирование живых организмов

Создание модели в бионике - это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей.

И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа - бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.

Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.

Архитектурно-строительная бионика

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

Яркий пример шубной архитектурной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные (Склеренхима - механическая ткань, которая встречается в органах почти всех высших растений.) тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».

Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. Между кварталами - перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты - аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

Нейробионика

Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительной техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта.

Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем - результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений. Закономерно возникла необходимость в создании нового направления в науке, суть которого - находить и исследовать такие секреты. Таким направлением стала бионика, которая объединила в себе познания биологии и техники. Бионика призвана решать инженерно-технические задачи, основываясь на результатах исследований живой материи.

Вот несколько биологических конструкций, используемых в архитектуре:

паутина - необычайно легкий, экономичный сетчатый материал
пчелиные соты, воск
муравьиное гнездо. Принцип его построения напоминает о зданиях, возводимых людьми. Имеются подвальные помещения, каждое из которых имеет свое предназначение
мягкая мочалка. Ее необычайный узор подходит для изготовления прочных и одновременно элегантных конструкций, которые, например, можно использовать как большие емкости для перевозки воды или масла
клеточная мембрана. Двойной переплет жировых китаров, обволакивающий живую клетку, уже используется в так называемой микро-архитектуре.

История бионики

Первые попытки использовать бионику в строительстве предпринял Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля известен и как «природа, застывшая в камне». В 1921 г. к теме бионики в архитектуре обращается Рудольф Штайнер Гетеанум.

К началу 1980 г. благодаря многолетним трудам специалистов из ЦНИЭЛАБ (Центральная Научно-исследовательская и экспериментально-проектная лаборатория архитектурной бионики), архитектурная бионика признана как новое независимое направление в архитектуре. За это время построено уже немало зданий в биостиле. К ним относятся здание правления NMB Bank в Нидерландах, здание Сиднейской оперы в Австралии, небоскреб SONY в Японии, «Дом Дельфин» в Санкт-Петербурге и другие.

С большим нетерпением весь мир ожидает осуществления проекта башни-города в Шанхае. Ее форма напоминает форму кипариса высотой 1228 м. Небоскреб будет насчитывать 300 этажей, расположенных в двенадцати вертикальных кварталах. Опорой этого сооружения будут сваи, которые под воздействием тяжести вместо того, чтобы углубляться, будут расширяться по принципу гармошки. Построение такого города-башни поможет в решении проблемы перенаселенности Китая, так как он рассчитан примерно на 100 тысяч жителей. «Кипарис» будет возведен с учетом всех требований архитектурной бионики. Создатели этого проекта Кавьер Пиоф и Роза Тервера скромно заявили: «Природа сделала это до нас и лучше нас».

Бионика в архитектуре - это не просто искривленность очертаний форм, внешнее подобие раковинам моллюсков, птичьей скорлупе, пчелиным сотам, ветвям лесной чащи и т.д. Прежде всего это более удобные, более гармоничные, более надежные пространства жизнедеятельности человека. Метод архитектурной бионики объединяет в себе абстрактное и конкретное - законы математики и эмоции. Он создает предпосылки для синтеза науки и искусства.

Бионика в вашем доме

То, какой стиль мы выберем для своего нового дома или дачи, зависит только от нашей фантазии и материальных возможностей. Бионика доказала, что архитектура - это не только палочки и кирпичики. Применить элементы бионики у себя дома или на участке может каждый.

В интерьере - это, прежде всего, светильники и мебель, формы для которых позаимствованы у самой природы. Их, кстати, можно изготовить своими руками. Большой размах для фантазии предоставляет выбор лестниц (внешних или внутренних). Они могут быть пространственных форм, спиральные, из комбинированных материалов.

Выбирая строительные материалы для дома, лучше отдать предпочтение тем, которые не просто долговечны, но и лучше сохраняют тепло. Это обеспечит в будущем экономию электроэнергии на обогревателях и кондиционерах.

Ландшафт на участке нетрудно сделать неповторимым. Для этого лишь обратите внимание на уже имеющиеся камни, ветви, трещины и т.д. Применив немного фантазии, можно создать альпийскую горку (сооружение из камней и растительности, присущей высокогорному климату).
Если имеется большое старое дерево, не спешите его пилить. Его дупляные полости можно использовать, например, как бар для напитков или даже как беседку для отдыха. Здесь не нужен будет кондиционер, так как даже в зной дерево обеспечит постоянную температуру примерно 22 градуса.

Как показывает практика, потенциал неизученных секретов природы огромен. Не надо только бояться их изучать, не надо ограждаться от природы стенами построек, разрушая при этом наш общий дом.