Biomimikra
Organizmy na Ziemi aby przetrwać musiały przystosowywać się do nieustannie zmieniającego się środowiska. Dzięki temu natura rozwiązała już wiele problemów, z którymi ludzie wciąż się zmagają. Biomimikra jest dyscypliną, która bada mechanizmy zachodzące w przyrodzie, a następnie przenosi je do naszego ludzkiego świata.
Poszczególne gatunki organizmów, a także związki zachodzące pomiędzy nimi to dla nas nieskończone źródło inspiracji. Funkcjonalność i właściwości sprawdzone zostały w ciągu ok. 4 mld lat rozwoju i ciągłego ulepszania. Ten długi proces nazwany ewolucją, stworzył najbardziej ekonomiczne i najefektywniejsze mechanizmy, które nie tylko działają na zasadzie minimum energii – maksimum wydajności, ale także są ekologiczne i bezpieczne dla środowiska. I to właśnie te rozwiązania stanowią dla nas klucz do przetrwania.
Problemy ze środowiskiem
Ludzie od dawna próbowali naśladować przyrodę, jednak w ciągu ostatnich wieków nasze działania skoncentrowały się głównie na postępie technologicznym i eksploatacji środowiska naturalnego. Ta droga oraz związany z nią gwałtowny rozwój naszej cywilizacji miały wiele skutków ubocznych, które nam samym zaczęły coraz bardziej zagrażać. W drugiej poł. XX w. ludzkość zdała sobie sprawę z tego, że jest częścią natury i wszelkie działania przeciwko niej są również skierowane przeciwko człowiekowi. Zaczęto zadawać sobie pytania, w jaki sposób rozwiązać piętrzące się problemy, takie jak: zanieczyszczenie środowiska, ocieplenie klimatu, nadmierna eksploatacja zasobów naszej planety, rosnąca liczba ludności w miastach czy degradacja naturalnych habitatów. W architekturze i urbanistyce pojawiła się duża liczba nurtów proekologicznych. W wielu dziedzinach nauki podjęto starania, aby osiągnąć balans pomiędzy cywilizacyjnym postępem a równowagą w przyrodzie, w drodze do zrównoważonego rozwoju. Jednak same działania w kierunku ochrony przyrody nie są w stanie uratować nas przed problemami, które sami stworzyliśmy. Potrzebujemy odmiennego, szerszego spojrzenia na nasz związek z przyrodą. Dlatego właśnie, Janine Benyus, przedstawiając w 1997 r. rezultaty swoich badań w książce: „Biomimicry – Innovation Inspired by Nature”, wzbudziła ogromne zainteresowanie i poruszenie w międzynarodowym środowisku. Biomimikra (z greckiego bios – życie i mimesis – naśladować) jest stosunkowo nową dyscypliną, która bada w jaki sposób natura poradziła sobie z różnymi problemami. Odkryte rozwiązania następnie przenosi się na płaszczyznę ludzkiej działalności. Biomimikra nie opiera się na tym, co możemy „wyciągnąć” z natury, ale na tym, czego możemy się od niej nauczyć. Energooszczędne budynki zaprojektowane na wzór kopców termitów, nietoksyczne kleje inspirowane przyczepnością gekonów, gumowe przyssawki podobne do tych ośmiornicy czy studia budowy liścia w celu skonstruowania lepszego ogniwa słonecznego to tylko niektóre z przykładów. Produkt końcowy biomimikry nie musi być podobny do swojego wzorca, zawsze jednak wykorzystuje tę samą zasadę jego działania. Janine Benyus nazywa takie projekty „innowacjami inspirowanymi naturą”.
Inspiracja naturą
Jednym z najsłynniejszych przykładów zastosowania biomimikry są syntetyczne rzepy. W 1941 r. szwajcarski inżynier George de Mastral po powrocie ze spaceru z psem zaczął zastanawiać się, w jaki sposób rzepy przyczepiają się do sierści zwierząt. Dziesięć lat później opatentował powszechnie nam znany pierwszy syntetyczny rzep. Innym przykładem ze świata roślin jest lotos, który zainspirował projektantów do wynalezienia powierzchni hydrofobowych. Lotos, nawet po silnym deszczu, nie jest mokry. Krople spływają po jego liściach nie zostawiając nawet śladu zwilżenia. Zbierają za to wszelkie osadzone na nim zanieczyszczenia. Liście i kwiaty lotosu, chociaż wyrastają z zamulonej wody, nie są brudne. Naukowcy odkryli, że dzieje się tak, ponieważ powierzchnia liści nie jest gładka. Kopiując jej teksturę stworzono samoczyszczące się powierzchnie, które zastosowano m.in. do produkcji farb elewacyjnych czy dachówek. Ptaki z kolei były inspiracją nie tylko dla zaprojektowania kształtu samolotu. Badacze zauważyli, że te lecące na końcu klucza korzystają z ciągu powietrza wytwarzanego przez ptaki, które lecą z przodu i dzięki temu zużywają mniej energii. Okazało się, że to prawo aerodynamiki wykorzystać można również w lotnictwie. Samoloty lecące za innymi zużywają ok. 18% mniej energii dzięki temu, że napotykają na mniejszy opór powietrza. Ponadto słynnym już przykładem wykorzystania biomimikry w architekturze stało się miasto Harare w Zimbabwe. Architekt Mick Pearce wraz z Arup Associates zaprojektował tam kompleks Eastgate, w którym specyficzne właściwości regulacji temperatury i wentylacji wzorowano na budowie kopców termitów. Szacuje się, że Eastgate zużywa tylko 10% energii wykorzystywanej przez inne budynki o podobnych rozmiarach. Przyroda stworzyła tak zdumiewające, kompleksowe i bogate rozwiązania, że często do tej pory stanowią one dla nas zagadkę. Specjalista biomimikry Julian Vincent z Uniwersytetu w Bath w Anglii uważa, iż tylko 10% mechanizmów biologicznych jest przez nas wykorzystywanych, pomimo że ogromna ich część daje taką możliwość.
Różne aspekty biomimikry
Biomimikrę można rozpatrywać na trzech różnych poziomach naśladownictwa. Jednym z nich jest poziom organizmu, kiedy to naśladuje się cały organizm lub jego część, jak w przypadku rzepów syntetycznych. Poziom behawioralny występuje, gdy naśladownictwo koncentruje się na konkretnym procesie, jakiemu podlega dany organizm, jak u lecących w kluczu ptaków. Natomiast na poziomie ekosystemu skopiowane zostają czynniki świadczące o sukcesie danego organizmu. Istnieją również dwa rodzaje podejścia do biomimikry. W przypadku pierwszego naukowców intryguje to, jak przyroda radzi sobie z danym problemem. Następnie zastanawiają się, jak rozwiązanie to można wykorzystać w praktyce (np. w przypadku liści lotosu). W drugim, projektanci stają przed konkretnym zadaniem projektowym i szukają jego rozwiązania w przyrodzie (np. zadając pytanie, jak zmniejszyć erozję gleby na danym terenie i sprawdzając, jak przyroda sobie z tym poradziła). Długie obserwacje, a czasem zwykły przypadek nasuwają wnioski będące źródłem projektów inspirowanych przyrodą.
Jednym z problemów naszego świata jest niedostateczny, a nawet całkowity brak współpracy między różnymi zawodami. Bardzo często biolodzy obserwujący przyrodę odkrywali, w jaki sposób działają jej mechanizmy, jednak nie wiedzieli, jak można je wykorzystać dla naszych potrzeb. Dla Janine Benyus jednym z najważniejszych punktów stało się utworzenie platformy, dzięki której biolodzy mieliby okazję do wymiany swoich doświadczeń oraz podzielenia się informacjami nie tylko między sobą, ale także z przedstawicielami innych zainteresowanych współpracą zawodów. Był to jeden z powodów, dla których Janine wraz z Dayną Baumeister założyły organizację The Biomimicry Guild. Stowarzyszenie to m.in. pomaga inżynierom i projektantom w zastosowaniu wzorowanych na naturze rozwiązań, oferuje szkolenia, a także prowadzi bazę patentów. Jednym z najnowszych projektów jest strona internetowa AskNature, która stara się przybliżyć ideę biomimikry wszystkim projektantom. Ponadto dzięki wyszukiwarce patentów biologicznych można uzyskać informacje o tym, czego organizmy uczą nas o projektowaniu. Po wielu latach współpracy z przedstawicielami różnych zawodów najnowsze badania Janine w dziedzinie biomimikry koncentrują się na wykorzystaniu tej dyscypliny przy opracowywaniu projektów i funkcji miast. Biomimicry Guild podjął współpracę z HOK – jedną z największych firm architektonicznych na świecie – przy projektowaniu planów miast inspirowanych naturą. Benyus i jej zespół opracował specjalną metodę rozwiązywania problemów projektowych, w których poprzez kompleksowe analizy środowiskowe określa się strategie przystosowania rodzimych gatunków do warunków lokalnych. Badaczka analizuje wraz z projektantami i inżynierami, w jaki sposób te naturalne rozwiązania można odnieść do problemów projektowych związanych ze środowiskiem. Raporty dotyczyć mogą m.in. ochrony przed erozją, powodzią, pożarem, suszą, silnym wiatrem czy pozyskiwania wody na terenach suchych. Sama Janine twierdzi, że projektowanie zielonych dachów nam nie wystarczy. Potrzebne są miasta, które będą działać jak ekosystemy, a nie tylko tak wyglądać.
Projektowanie miast
Benyus pracuje z HOK nad dwoma różnymi planami miast. Jednym z nich jest wyróżniony już wieloma prestiżowymi nagrodami, plan nowego miasta w Indiach, gdzie w związku ze znaczącymi zmianami warunków klimatycznych, problemem stał się brak stabilnej sytuacji wodnej. Po trzech miesiącach monsunowych opadów, które przyczyniają się do erozji gleby, następuje dziewięć miesięcy suszy. Po wnikliwych analizach odkryto, że pierwotnie istniał tam wilgotny las liściasty, który utrzymywał właściwą jakość i wilgotność gleby. Drzewa gromadziły wodę, uwalniając ją powoli w porze suchej, a ich korony kontrolowały parowanie. Ponieważ miasto usadowione ma być na stromych zboczach, istotna stała się konstrukcja zabezpieczenia budynków. Zamiast konwencjonalnych metod, wzorując się na korzeniach drzew, postanowiono wykorzystać fundamenty do gromadzenia wody deszczowej. Natomiast aby zapobiec erozji gleby podczas monsunowego deszczu, zaprojektowano warstwowy układ dachów na różnych poziomach, które tak jak liście w lesie spowalniają siłę uderzenia kropli deszczu o ziemię. Aby natomiast odprowadzić nadmiar wody, zastosowano kontrolowany system płytkich kanalików,skonstruowany na wzór systemu lokalnych mrówek, który zabezpiecza ich mrowiska przed zatopieniem.
Drugim projektem jest Lang Fang w Chinach. Miasto to leży na Północnej Wyżynie Chińskiej, gdzie pierwotnie naturalnym systemem ekologicznym był również mieszany las liściasty. Bez lasów, które dawniej porastały ten teren, lokalne społeczności nie były w stanie skutecznie wychwytywać i zatrzymywać wody deszczowej. Dlatego muszą one jak do tej pory korzystać z rurociągu, który pompuje w górę wodę z rzeki Jangcy na południu. System betonowych ścieżek odprowadzających z miasta potencjalnie szkodliwą wodę deszczową oszczędza budynki, ale tym sposobem traci się większą część tego cennego zasobu jakim jest woda. Dlatego już wstępny projekt zupełnie zmienił plan miasta. W miejscach, w których pierwotnie znajdowały się rzeki i strumienie zaprojektowano system obszarów zielonych, dzięki którym woda kierowana jest z powrotem do ziemi.
Według Janine Benyus, szukanie rozwiązań problemów w przyrodzie i następnie tworzenie ambitnych projektów inspirowanych naturą jest bardzo ważne w planowaniu przestrzennym miast. Zadając odpowiednie pytania i stawiając sobie wysokie cele, projektanci mogą tworzyć wyjątkowe projekty, które prowadzą do innowacyjnych odkryć.
Świadomość geniuszu życia na naszej planecie to strategia przetrwania dla ludzkości, droga do stabilnej przyszłości. Im bardziej nasz świat funkcjonuje jak świat przyrody, tym bardziej prawdopodobne jest to, że my też przetrwamy. Jak mówi Janine – „ludzie mają przed sobą jeszcze długą drogę do pokonania w kierunku prawdziwie zrównoważonego życia na naszej planecie, ale być może miliony gatunków, których geniusz sprawdzony został przez czas, zmiany klimatu i często ekstremalne warunki, pomogą nam w osiągnięciu tego celu.”
Joanna Milewska
architekt krajobrazu
