Раскрывая секреты природных организмов, можно получить новые возможности в современном строительстве и архитектуре. Таким направлением стала бионика, которая объединила в себе познания биологии и технологий. Бионика призвана решать инженерно-технические задачи, основываясь на результатах исследований объектов живой природы.

История

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. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

Яркий пример архитектурно-строительной 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. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. А узлы стеблей играют роль колец 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. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

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

Первые попытки использовать бионику в строительстве предпринял Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля известен и как «природа, застывшая в камне». Каза Батло, Каза Мила - ничего подобного избалованная архитектурными изысками Европа, да и весь мир, еще не видели.

Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле. В 1921 году бионические идеи нашли отражение в сооружении Рудольфа Штайнера Гетеанум, и с этого момента зодчие всего мира взяли бионику на вооружение.

Со времен Гетеанума и до сегодняшних дней в бионическом стиле было построено большое количество как отдельно взятых зданий, так и целых городов.

Сегодня современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в Шанхае - дом Кипарис, в Нидерландах - здание правления NMB Bank, Австралии - здание Сиднейской оперы, Монреале - здание Всемирного выставочного комплекса, Японии - небоскреб SONY и музей плодов.

В России тоже законы живой природы были воплощены в архитектуре “доперестроечного” периода: Останкинская радиотелевизионная башня в Москве, Олимпийские объекты - велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе - ресторан «Бермет» и др.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Что же такое сооружение в бионическом стиле?

Первое впечатление о здании в бионическом стиле - постройки выбиваются из правильной геометрии. Природные формы объекта будят воображение. В бионике стены подобны живым мембранам. Пластичные и протяженные стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов.

Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму.

Прав был Великий Антонио Гауди, сказав, что «архитектор не должен отказываться от красок, а напротив использовать их для придания жизни формам и объемам. Цвет - это дополнение формы и самое яркое проявление жизни».

Только представьте, войдя в органическое здание, вы ощущаете себя погруженным в чудесный мир, наполненный светом прозрачного цвета. Цвет создает особый мир интерьера, оживляя и открывая материалы, просвечивающиеся под слоем краски. Цвет живет и движется по своим законам. Создается впечатление, что он влияет на усиление либо ослабление функций здания и пространства.

В бионическом строении благодаря постоянно меняющемуся балансу взаимодействия желаний и пространственных возможностей человек испытывает ощущение движения - в покое, и покоя - в движении пространства. Малейшее движение сдвигает баланс сил, благодаря чему меняется восприятие пространства.

Постоянство и изменение, симметрия и асимметрия, защищенная индивидуальность и широкая открытость существуют в хрупком равновесии. Заметьте, и в движении, и в покое всегда присутствует ощущение равновесия.

Бионика в Вашем доме

Стремление к комфорту, к добротному, уютному и красивому жилью присуще человечеству с давних пор. Каждый из нас хочет, чтобы окружающее пространство входило в резонанс с его внутренним миром.

Cейчас у каждого из нас есть шанс построить свой идеальный дом. Может это будет садовый дом с мансардой, как у героев Чехова. А возможно, коттедж с террасой в американском стиле. Важно то, что он может сочетать в себе все элементы удивительного архитектурного стиля - "бионическая архитектура".

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

Так, в интерьере – это, прежде всего, светильники и встроенная мебель c великолепной отделкой. Они позаимствованы у самой природы. Выбирая же 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.

В своей сущности бионика, как архитектурный стиль, стремится создать такую пространственную среду, которая бы всей своей атмосферой стимулировала именно ту функцию здания, помещения, для которой последние предназначены. В бионическом доме спальня будет спальней, гостиная - гостиной, кухня - кухней.

Рудольф Штайнер говорил: «Духовный аспект создания бионических форм связан с попыткой осознать предназначение человека. В соответствии с этим архитектура трактуется как место, где раскрывается смысл человеческого бытия».

природа проявила себя в создании пространственных конструкций (как уже говорилось, в живой природе нет плоских элементов). Изучение строения природных форм (раковина, череп, оболочка яйца и др.) показывает необычайную проработанность конструкций, функциональную обусловленность. Им присущи восприятие распределенных нагрузок, перекрытие (торможение) трещин в целях недопущения разрушения ценного для организма материала (например, мозга), минимизация расхода материалов. Особой бионической конструкцией являются фундаменты, имеющие в живой природе многочисленные аналоги. Природные «фундаменты» чаще всего представляют собой структурные конструкции (корни), оболочки и мембраны (опорная часть ног животных и птиц). Поэтому весьма эффективно использование в строительстве корневых или корневидных свай, структурных фундаментов, оболочек и мембран. Фундаменты в форме пространственных конструкций - это новое материалосберегающее направление в современном фундаментостроении.
Сравнительно мало еще изучены природные конструкции ограждающих систем, защищающих живые организмы от внешних воздействий и выполняющих ряд дополнительных функций (размещение датчиков и др.). Строение «стен» живых организмов необычайно сложно и разнообразно, так как через них живые организмы обмениваются с окружающей средой энергией, информацией, веществами. Покровные ткани растений содержат наружные оболочки клеток, устьица для дыхания, воздушные полости и клетки. На основе природных решений предложены некоторые конструкции ограждений с дополнительной функцией вентиляции внутренней среды зданий через «устьица» . Круг этих разработок может быть расширен, если создать стены с биоподобным покрытием (подобным коре деревьев субстратом для обитания мелких насекомых), устьицами и клапанами для вентиляции, системой датчиков для автоматического реагирования на изменения погоды и состояние внутреннего воздуха.
Комплексные природоподобные конструкции, в которых сочетаются «активные» и «пассивные» материалы, наиболее перспективны. Оболочки из «пассивных» материалов должны воспринимать постоянные нагрузки, а конструкции из «активных» материалов - временные и динамические нагрузки. Они должны также придавать всему сооружению необходимую (любую заданную) жесткость.

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»)

Бионические формы отличаются сложностью конструкций и нелинейными формами.

Возникновение термина.
Понятие «бионика» (от греч. «биос» -- жизнь), появилось в начале ХХ в. В глобальном смысле оно обозначает область научного знания, основанную на открытии и использовании закономерностей построения естественных природных форм для решения технических, технологических и художественных задач на основе анализа структуры, морфологии и жизнедеятельности биологических организмов. Название было предложено американским исследователем Дж. Стилом на симпозиуме 1960 года в г. Дайтоне - «Живые прототипы искусственных систем -- ключ к новой технике», - в ходе которого было закреплено возникновение новой, неизведанной области знания. С этого момента перед архитекторами, дизайнерами, конструкторами и инженерами возникает ряд задач, направленных на поиск новых средств формообразования.
В СССР к началу 1980 гг., благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов лаборатории ЦНИЭЛАБ, просуществовавшей до начала 1990 гг., архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектуре. В это время выходит итоговая монография большого международного коллектива авторов и сотрудников этой лаборатории под общей редакцией Ю. С. Лебедева «Архитектурная бионика» (1990 г.)
Таким образом, период с середины ХХ в. по начало ХХI в. в архитектуре ознаменовался повышением интереса к сложным криволинейным формам, возрождением, уже на новом уровне, понятия «органическая архитектура», своими корнями уходящего в конец XIX - начало XX века, к творчеству Л. Салливана и Ф. Л. Райта. Они считали, что архитектурная форма, как и в живой природе, должна быть функциональной и развиваться как бы «изнутри наружу».

Проблема гармоничного симбиоза архитектурной и природной среды.
Технократическое развитие последних десятилетий давно подчинило себе образ жизни человека. Шаг за шагом человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, совместимость которой с жизнью природной экосистемы неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится потребность человека в естественной, природной гармонии. Наиболее вероятным способом возврата человечества «в лоно природы», восстановления равновесия между двумя мирами является развитие современной бионики.

Небоскреб-кипарис в Шанхае. Архитекторы: Maria Rosa Cervera & Javier Pioz.

Сиднейская опера. Архитектор: Jørn Utzon.

Учебный центр Rolex. Архитекторы: японское архитектурное бюро SANAA.

Архитектурная бионика - это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами: небоскреб-кипарис в Шанхае, Сиднейская опера в Австралии, здание правления NMB Bank - Нидерланды, учебный центр Rolex и музей плодов - в Японии.

Музей фруктов. Архитектор: Itsuko Hasegawa.


Интерьер музея фруктов.

Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от формалистского подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов - способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д. Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов - энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. Конструкция такого здания предусматривает комплекс инженерного оборудования. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего - это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией.

Формообразование, переходящее из живой природы в архитектуру.
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.
Формообразование в живой природе характеризуется пластичностью и комбинаторностью, разнообразием как правильных геометрических форм и фигур -- окружностей, овалов, ромбов, кубов, треугольников, квадратов, различного рода многоугольников, так и бесконечным множеством чрезвычайно сложных и удивительно красивых, легких, прочных и экономичных конструкций, созданных в результате комбинирования этих элементов. Подобные структуры отражают сложность и многоэтапность эволюции развития живых организмов.
Основными позициями для изучения природы в ракурсе архитектурной бионики являются биоматериаловедение и биотектоника.
Объектом изучения в биоматериаловедении являются различные удивительные свойства природных структур и их "производных" — тканей животных организмов, стеблей и листьев растений, нитей паутины, усиков тыкв, крыльев бабочки и т.п.
С биотектоникой все сложнее. В этой области знания исследователей интересуют не столько свойства природных материалов, сколько сами принципы существования живых организмов. Главные проблемы биотектоники заключаются в создании новых конструкций на основе принципов и способов действия биоконструкций в живой природе, в осуществлении адаптации и роста гибких тектонических систем на основе адаптации и роста живых организмов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Технологии архитектурной бионики.
Приведем в пример несколько наиболее распространенных современных направлений разработки бионических зданий.
1. Энергоэффективный Дом - сооружение с низким потреблением энергии или с нулевым потреблением энергии из стандартных источников (Energy Efficient Building).
2. Пассивный Дом (Passive Building) - сооружение с пассивной терморегуляцией (охлаждение и отопление за счет использования энергии окружающей среды). В таких домах предусмотрено применение энергосберегающих строительных материалов и конструкций и практически отсутствует традиционная отопительная система.
3. Биоклиматическая архитектура (Bioclimatic Architecture). Одно из направлений в стиле hi-tech. Главный принцип биоклиматической архитектуры - гармония с природой: "… чтобы птица, залетев в офис, не заметила, что она внутри него". В основном, известны многочисленные биоклиматические небоскребы, в которых наравне с заградительными системами, активно применяется многослойное остекление (double skin technology) обеспечивающее шумоизоляцию и поддержку микроклимата вкупе с вентилляцией.
4. Умный Дом (Intellectual Building) - здание, в котором при помощи компьютерных технологий и автоматизации оптимизированы потоки света и тепла в помещениях и ограждающих конструкциях.
5. Здоровый Дом (Healthy Building) - здание, в котором, наряду с применением энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, приоритетными являются природные строительные материалы (смеси из земли и глины, дерево, камень, песок, и т. д.) Технологии «здорового» дома включают системы очистки воздуха от вредных испарений, газов, радиоактивных веществ и т. д.

История использования архитектурных форм в архитектурной практике.
Архитектурная бионика возникла не случайно. Она явилась результатом предшествующего опыта использования в том или ином виде (чаще всего - ассоциативном и подражательном) определенных свойств или характеристик форм живой природы в архитектуре - к примеру, в гипостильных залах египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капителях и колоннах античных ордеров, интерьерах готических соборов и т. д.

Колонны гипостильного зала храма в Эдфу.

К бионической архитектуре зачастую относят здания и архитектурные комплексы, которые органично вписываются в природный ландшафт, являясь как бы его продолжением. К примеру, такими можно назвать сооружения современного швейцарского архитектора Петера Цумтора. Наравне с натуральными строительными материалами, он работает с уже существующими природными элементами - горами, холмами, газонами, деревьями, практически не видоизменяя их. Его сооружения словно растут из земли, а, порой, настолько сливаются с окружающей природой, что их не сразу можно обнаружить. Так, например, термы в Швейцарии со стороны кажутся просто зеленой площадкой.

Термы в Вальсе. Архитектор: Peter Zumthor.

С точки зрения одной из концепций бионики - образа эко-дома, - к бионической архитектуре можно отнести даже привычные нам деревенские дома. Они созданы из натуральных материалов, а структуры деревенских поселков всегда были гармонично вписаны в окружающий ландшафт (верхняя точка поселка - церковь, низина - жилые дома и т. д.)

Купол Флорентийского собора. Архитектор: Filippo Brunelleschi.

Возникновение данной области в истории архитектуры всегда связано с какой-либо технической новацией: так, зодчий итальянского Возрождения Ф. Брунеллески в качестве прототипа для конструирования купола Флорентийского собора взял скорлупу яйца, а Леонардо да Винчи копировал формы живой природы при изображении и конструировании строительных, военных и даже летательных аппаратов. Принято считать, что первым, кто начал изучать механику полета живых моделей «с бионических позиций», был именно Леонардо да Винчи, который пытался разработать летательный аппарат с машущим крылом (орнитоптер).

Галерея в парке Гюэль. Архитектор: Antonio Gaudi.

Портал Страстей Христовых Собора Святого Семейства (Sagrada Familia).

Успехи строительной техники в ХIХ-ХХ вв. породили новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы. Это нашло свое отражение в произведениях многих архитекторов, среди которых, безусловно, выделяется Антонио Гауди -- зачинатель широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А. Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм -- их применения и развития.

Чердачное перекрытие Casa Mila. Архитектор: Antonio Gaudi.

Арочный свод галереи в Casa Batlló. Архитектор: Antonio Gaudi.

А. Гауди считал, что в архитектуре, как и в природе, нет места копированию. В результате его сооружения поражают своей сложностью - вы не найдете в его постройках двух одинаковых деталей. Его колонны изображают стволы пальм с корой и листьями, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. В своих творениях Гауди использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и зодчих, и инженеров. Одним из первых А. Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. При этом Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики.
Не смотря на то, что смысловой ряд протобионических построек выглядит достаточно внушительно и оправданно, некоторые специалисты считают архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы.

Сооружение Эйфелевой башни. Инженер: Gustave Eiffel.

Проект моста. Архитектор: Paolo Soleri.

Эти ученые скорее назвали бы протобионикой такие постройки как 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А. Г. Эйфеля, которая в точности повторяет строение большой берцовой кости человека, проект моста архитектора П. Солери, напоминающий свернутый лист злака и разработанный по принципу перераспределения нагрузок в стеблях растений и т. д.

Велотрек в Крылатском. Архитекторы: Н. И. Воронина и А. Г. Оспенников.

В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов “доперестроечного” периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.
Среди имен современных зодчих, работающих в направлении архитектурной бионики, выделяются Норман Фостер (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Сантьяго Калатрава (http://www.calatrava.com/#/Selected%20works/Architecture?mode=english), Николас Гримшоу (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Кен Янг (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html), Винсент Калебо (http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) и т. д.

Если какой-либо аспект бионики заинтересовал Вас, пишите нам, и мы расскажем о нем более подробно!
Архитектурное бюро «Inttera».

Чеснова Карина

В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» проведен анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №9

Г. Выксы Нижегородской области

БИОНИКА В АРХИТЕКТУРЕ:

ПРИРОДА – СТРОИТЕЛЬ, ЧЕЛОВЕК – ПОДРАЖАТЕЛЬ?

Физико-математическое отделение

Секция физическая

Работу выполнила

ученица 10 класса МБОУ СОШ №9

Чеснова Карина Ахлимановна

Научный руководитель:

учитель физики МБОУ СОШ №9

Демина Елена Константиновна.

г.Выкса

2012 г.

Аннотация…………………………………………………………………………3

Введение…………………………………………………………………………..4

1. Теоретическая часть

1.1 История зарождения науки «Бионика»……………………………………...6

1.2 Бионика как современное направление в физике…………………………..8

1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления..………………...10

2 Практическая часть

2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике…...12

2.2 П в архитектуре…………...14

…………………………..15

2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам……………………………………………………….17

2.5 Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен……………………………….18

Заключение…………………………………………………………………...…..21

Список литературы………………………………………………………………22

Аннотация

В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» я провела анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам. Это стало возможным после изучения научной литературы по теме «Бионика. Архитектурные сооружения».

Таким образом, целью данной работы стало

Методы исследования :

• изучение научной литературы;

В результате проведенного исследования подтвердилась гипотеза о том, что природа – строитель всего в мире, а человек – ее подражатель.

Думаю, что моя работа «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» будет интересна тем, кто интересуется всем новым, современным и перспективным, кто мечтает о своем теплом и уютном доме по принципам архитектурной бионики.

Введение

Знаете ли Вы, что через 15 лет в Шанхае должен появиться вертикальный 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".

И еще один факт: архитектор П. Солери спроектировал мост через реку длиной более километра по аналогии со свернутым живым листом. Эти примеры можно еще и еще продолжить не менее удивительными примерами.

Мне стало интересно узнать об этом подробнее. В результате моих поисков я познакомилась с одним из направлений современной физики – наукой бионика и ее видом - архитектурная бионика .

И вновь появились вопросы. Например, может ли человек пройти мимо заманчивой идеи - создать своими руками то, что уже создала природа?

Вид человеческий существует около ста тысяч лет. Естественно, в начале человек учился строить у природы. Звери, рыбы, птицы «подсказывали» тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него «инженерные задачи».

А современный человек? Окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей, он снова идет «на поклон» к природе. Почему? Потому что и теперь человек подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравнению со всеми известными в науке. Именно с целеустремленного «подглядывания» за природой родилась новая наука - бионика.

С другой стороны, можно привести совершенно противоположный пример: Человек сконструировал колесо, которое сослужило ему немалую службу. А ведь известно, что в природе нет такого прототипа. Значит, не всегда стоит подражать природе?

Кто же настоящий строитель всего в мире: природа или человек? Каковы принципы архитектурной бионики и ее строительные технологии?

Поиск ответов на эти вопросы и послужили написанием исследовательской работы на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?».

Актуальность исследования. Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Я считаю, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.

Технократическое развитие последних десятилетий почти полностью подчинило себе образ жизни человека. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, экологическая совместимость которой с жизнью живого организма неуклонно стремится к нулю. Одним из способов восстановления равновесия, возврата к природе и может стать архитектурная бионика.

Перед началом исследования я для себя выдвигаю следующую гипотезу : природа – главный строитель всего в мире, а человек – лишь ее подражатель .

Таким образом, целью данной работы стало изучение принципов архитектурной бионики, исследование возможности и эффективности их применения для решения инженерно-технических задач.

Основные задачи исследовательской работы:

1) изучить направления и принципы развития архитектурной бионики;

2) оценить эффективность их применения для решения технических задач;

3) найти соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам;

4) сравнить всемирно известные архитектурные сооружения (Эйфелеву и Шуховскую башни) с точки зрения архитектурной бионики.

Методы исследования :

• изучение научной литературы;
• сравнительный анализ полученных результатов.

1. Теоретическая часть

1.1 История зарождения науки «Бионика»

С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сначала человек мог только мечтать об этом – научиться делать то, что сделала уже природа применительно к другим живым существам.

Каждое живое существо это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве сооружений.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи , который пытался построить летательный аппарат - орнитоптер , беря за прототип крылья птиц. Так он пытался пытался воссоздать строение птичьего крыла и механизма, приводящего его в движение.

Ученые эпохи Возрождения надеялись достичь желаемого решения посредством проведения строгих математических расчетов и выкладок и создания соответствующих механических конструкций. Ведь тогда механика, опиравшаяся на математику, занимала ведущее место в ряду всех зарождавшихся отраслей механического естествознания; поэтому-то и могло тогда казаться, что все загадки природы будут разгаданы именно с помощью механики и на её основе.

В соответствии с этим человек стремился к созданию механических моделей, которые могли бы имитировать интересовавшие его предметы и явления природы.

Когда прогресс науки привел к открытию фундаментальных законов не только механики, но и физики, химии, биологии и других отраслей естествознания, оказалось следующее: опираясь на эти законы, кладя их в основу соответствующих технических устройств, можно начать осуществлять одну за другой давнишние мечты человека.

Но какими отличными от живых существ оказались конструкции, устройства, инструменты и приборы, созданные человеком!

Достаточно сопоставить орган зрения – глаз – любого животного с некоторыми оптическими приборами и инструментами, сконструированными человеком, чтобы убедиться в том, насколько совершеннее естественный орган по сравнению с искусственным устройством.

В наши дни человек вернулся отчасти к своей первоначальной идее – по возможности полнее и точнее копировать в технике то, что достигнуто в живой природе, воспроизвести это в форме конкретных технических решений. Так зародилась новая наука – бионика.

Как и многие другие, важные направления современного научно-технического прогресса (например, кибернетика), бионика выросла из непосредственных запросов производственной практики. Возникла она на стыке между биологией и техникой, прежде всего, радиоэлектроникой и технической кибернетикой.

Здесь стыкуются такие далеко относящиеся друг от друга отрасли человеческого знания и практической деятельности, как БИОлогия и техНИКА.

Название «бионика» происходит от древнегреческого корня «bion» - элемент жизни, ячейка жизни или, более точно, элементы биологической системы. Суть бионики - синтезировать накопленные в различных науках знания.

Итак , бионика - прикладная наука, изучающая законы формирования и структурообразования живой природы, чтобы объединить познания биологии и техники для решения инженерно – технических задач.

1.2 Бионика как современное направление в физике

Мне стало интересно, а есть ли дата рождения науки «бионика»? Оказалось, что есть. Формальной датой рождения бионики - одной из новых наук, возникшей в недалеком XX в., - принято считать 13 сентября 1960 г . - день открытия первого американского национального симпозиума на тему «Живые прототипы искусственных систем - ключ к новой технике».

Само собой разумеется, что проведение такого симпозиума стало возможным только потому, что к этому времени было накоплено большое количество данных о принципах организации и функционирования живых систем, а также появились возможности практического использования добытых знаний для решения ряда актуальных задач техники .

Различают несколько типов бионики :

- 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.

Сегодня бионика делится на два вида :

1. нейробионика;
2. архитектурно - строительная бионика.

Нейробионика - наука об организации технических систем из нейроподобных элементов. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных, и моделирование нервных клеток - нейронов и нейронных сетей, что дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Меня же заинтересовало другое направление бионики - архитектурно - строительная бионика, более подробное описание которой будет дано ниже.

Изучая информацию о бионике из различных источников, я пришла к выводу, что единого мнения о содержании этой науки до сих пор нет .

Многие специалисты считают бионику новой ветвью кибернетики, другие относят ее к биологическим наукам, но, судя по всему, наиболее правы те, кто выделяет бионику в самостоятельную науку. Но одно я поняла для себя точно: бионика - едва ли не самая популярная из молодых наук, возникших в ХХ веке и развивающаяся в XXI веке .
Также я узнала, что у бионики есть символ : скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла ... Этот союз биолога, техника и математика позволяет надеяться, что наука бионика проникает туда, куда не проникал еще никто, и увидеть то, что не видел еще никто... ... Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире техники... И это еще больше меня притягивает в этой науке.

Рис.1 Символ бионики

1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления

К настоящему времени в архитектуре сложилась парадоксальная ситуация. С одной стороны, стремительное развитие технологий строительства, теорий расчета конструкций, производства новых материалов, систем компьютерного проектирования, а с другой - все тот же человек (архитектор, заказчик, будущий потребитель), возможности которого формально ограничены лишь бюджетом и фантазией. В этой ситуации архитекторы поневоле обратили свои взоры к живой природе.

Рассматривая возможности воплощения сложнейших инженерных идей, человек не мог не обратить свое внимание на результат деятельности гениальнейшего архитектора Вселенной – природу. За миллионы лет она создала такие совершенные формы и структуры, которые идеально организованы, гармонично взаимодействуют между собой и находятся в равновесии с окружающей средой. Возможность использования опыта живой природы в строительстве современных архитектурных сооружений и стала предметом изучения этого архитектурного направления.

Архитектурно - строительная бионика – наука, которая изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

К началу 1980-х годов благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов ЦНИЭЛАБ (лаборатория архитектурной бионики) архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектурной науке и практике. Были созданы многочисленные архитектурные проекты, проведены испытания новых конструкций, написаны и опубликованы сотни статей…

В результате многолетних теоретических и экспериментально - проектных работ лаборатории Ю.С.Лебедева сложились основные направления развития архитектурной бионики как науки :

Основные теоретические положения;

Методика архитектурно - бионического моделирования;

Использование форм живой природы в архитектурной практике;

Проблемы формообразования живой природы;

Вопросы обеспечения жизнедеятельности живых систем;

Проблема использования в архитектуре природных проявлений гармонии - пластики, пропорций, ритмов, симметрии - асимметрии;

Исследование тектонических форм живой природы, принципов их трансформации и способности природных конструкций накапливать упругую энергию;

Вопросы гармоничного формирования архитектурно - природной среды (экологический аспект архитектурной бионики).

Каждое из направлений архитектурной бионики имеет относительно самостоятельное значение, однако все они нацелены на решение единой задачи совершенствования архитектурных форм, их гармонизацию.

Архитектурная бионика сегодня, в начале XXI века, приобретает особое значение, так как рассматривает в совокупности систему «живая природа (среда) - архитектура (техника) - человек», благодаря чему социальная и техническая сферы получают возможность развиваться в гармоническом единстве с окружающей природой.

Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Можно сказать, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.

2 Практическая часть

2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике

В ходе исследования я выяснила: оказывается, принципы живой природы в строительстве и технике ранее уже применялись, хотя и, в большинстве случаев, неосознанно.

Например, не так давно, во второй половине XX века, инженеры совершенно неожиданно открыли, что прочность Эйфелевой башни связана с тем, что ее конструкция в точности повторяет строение большой берцовой кости человека (совпадают даже углы между несущими поверхностями), хотя при создании башни инженер не пользовался живыми моделями. Большая берцовая кость - с амая прочная кость нашего скелета, на нее ложится наибольшая тяжесть при поддержании тела в вертикальном положении. Эта кость способна выдержать нагрузку до 1500 кг (хотя ее масса только около 0,5 кг), т.е. примерно в 25 раз больше ее обычной нагрузки. Таков запас технической прочности природной конструкции.

Еще один пример: структура современных высотных сооружений (Останкинская башня, фабричные трубы и др.) полностью аналогична структуре стеблей злаков , которые способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. 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.
___ _ Подобно конструкции листа дерева выполнено покрытие Олимпийского сооружения - велотрека в Крылатском (г.Москва).

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение 20-го века, как застежки «молния» и «липучки » , было сделано 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 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. 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.

2.2 П роблемы формообразования живой природы в архитектуре

Кроме зданий, в конструкции которых используются принципы и структуры живой природы, к бионическом сооружениям относят и те, которые копируют не биологические структуры, а формы .

А первым, кто начал воспроизводить формы природы в архитектуре, считается испанский архитектор Антонио Гауди . И это был прорыв! Пожалуй, самые яркие его творения в бионическом стиле - Дом Висенса и Дом Мила в Барселоне (1883-1888), Эль Каприччо в городке Комильяс (1883-1885). Позднее, в 1900 – 1914 гг., Антонио Гауди построил в Барселоне уникальный архитектурный комплекс – парк Гуэль , многие строения которого не только имитируют разнообразные природные формы – от морских змеев до птичьих гнезд и стволов деревьев, но и буквально врастают в природный ландшафт – холмы и террасы. До сих пор парк именуют не иначе как «природа, застывшая в камне».

В начале 1920-х годов при строительстве своего антропософского центра – Гетеанума природные формы использовал Рудольф Штайнер.

Затем появился небоскреб в форме огурца в Лондоне.

С недавнего времени бионическую архитектуру можно увидеть и в России. В 2003 году в Санкт-Петербурге по проектам архитектора Бориса Левинзона были построен «Дом Дельфин» и оформлен холл известной клиники «Меди-Эстетик».

2.3 Экологический аспект архитектурной бионики

Мы, люди, всегда стремимся к комфортабельному жилью. Для нас всегда важно, чтобы место, где мы живем, работаем, отдыхаем, соответствовало нашему внутреннему мироощущению. Но, к сожалению, в силу определенных обстоятельств Советская стройка не могла дать нам того, чего мы хотели. Только недавно, а именно 10-15 лет назад наше общество смогло воочию убедиться, что «хрущевки» и «свечки» - это все-таки не предел мечтаний. Живя в мегаполисе, человек постоянно находится в состоянии стресса. Однотипные многоэтажки с рядами одинаковых окон, серые тона, бетон и давящие своей высотностью «ультрасовременные» здания оказывают депрессивное воздействие на психику. Снять этот негативный эффект может превращение своего дома в место отдохновения глаз и пункт эстетической подзарядки.

Еще одна концепция бионической архитектуры – создание эко-домов , которые строятся из природных материалов, органично вписываются в природный ландшафт и являются автономными самообеспечивающимися системами.

С этой точки зрения, к бионической архитектуре можно отнести все еще привычные нам деревенские дома, являющиеся частью вполне автономной системы отдельных сельских хозяйств. Все они являются своего рода эко-домами с той лишь разницей, что современная концепция эко-дома шагнула дальше: сегодня при проектировании экологичного жилья большое внимание уделяется разработке систем, которые позволяли бы использовать энергоресурсы природы для обеспечения его обитателя современными благами цивилизации – светом, теплом, горячей водой.

Так или иначе, все направления архитектурной бионики заслуживают внимания. Еще более интересным и целесообразным кажется синтез этих направлений. Многие архитекторы в настоящее время активно работают над проектами, которые объединяют все бионические принципы – и воспроизведение структур и систем живой природы, и подражание ее формам, и экологичность.

Сейчас, например, ученые занимаются глубоким изучением механизма фотосинтеза. С их точки зрения, этот процесс, наряду со многими другими функциями зеленого листа, может быть использован для создания так называемых «дышащих» стен, кровли-мембраны или нового поколения экологически чистых строительных материалов.

Меня же заинтересовали эко-дома из экологически чистой соломы . Солома представляет собой необычайно доступный и дешевый материал. Для того чтобы вырастить достаточное количество соломы для постройки одного дома площадью 70 м 2 , необходимо от 2 до 4 гектаров земли. При этом используется то, что обычно рассматривается в качестве отходов. Ведь основная масса соломы, остающейся после уборки урожая, сжигается. Соломенные блоки являются прекрасным теплоизолятором. Многие их тех, кто живет в соломенных домах, отмечают, что их расходы на отопление всегда в два раза меньше чем у соседей, которые живут в обычных домах.
Теплопроводность у стен, сложенных из соломенных блоков, намного ниже, чем у стен из общепринятых материалов. В частности солома по своим показателям превосходит дерево в 4 раза. Что касается кирпича, то в этом случае речь идет о семикратном превосходстве. Строительство домов из соломенных блоков является перспективной техникой. Прежде всего это связано с низким уровнем строительных затрат и простотой возведения. Кроме того, здесь в значительной мере остается место для эксперимента и проявлений индивидуальной творческой мысли.

Уже сейчас в городах мира появляется все больше «биморфных» зданий, поражающих своей красотой и гармоничностью, все чаще в конструкциях жилых домов и общественных зданий используются солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. Возможно, когда-нибудь наши дома будут похожи на птиц, деревья или цветы, сливающиеся с окружающими пейзажами, а технические решения позволят нам дышать чистым воздухом и жить в естественной природной среде, не причиняя ей вреда.

2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам

После изучения и анализа научной литературы, информации сети Интернет по изучаемой теме я решила весь найденный материал обобщить в кратком виде. Эти данные представлены в сравнительной таблице 1.

Таблица 1 « Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам»

2.5 Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен

Ярким примером единства закона формирования естественных и искусственных структур я считаю всемирно известную трехсотметровую металлическую ажурную конструкцию – Эйфелеву башню в Париже.

Густав Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем

Я живу в Выксе, в городе с богатым историческим и культурным наследием, который является хранителем богатейших индустриальных традиций. Среди памятников индустриального наследия в Выксе находятся уникальные инженерные сооружения В.Г. Шухова, которые рассматриваются специалистами как потенциальные объекты всемирного культурного наследия.

Мне стало интересно сравнить две всемирно известные башни: Эйфелеву и Шуховскую, особенно, с точки зрения архитектурной бионики.

Оказалось, что принципы архитектурной бионики использовались при конструкции только Эйфелевой башни, а проект конструкции башни Шухова основывается на математическом моделировании однополостного гиперболоида (и это оказалось даже экономически выгодным и широко используемым!). Значит ли это, что человеческая мысль шагнула дальше природной?

Результаты моего исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2 «Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен»

Заключение

Каждое живое существо - это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве сооружений. С помощью бионики человечество пытается привнести достижения природы в собственные технические и общественные технологии.

В результате работы над исследованием на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» я пришла к следующим результатам и выводам :

• познакомилась с определением, историей возникновения и типами науки бионика как одним из направлений современной физики;
• изучила принципы архитектурной бионики и нашла им соответствие на практике;
• выяснила, что архитектурная бионика - одно из самых современных и перспективных направлений современной инженерной науки, дающее практические неограниченные возможности для создания архитектурных сооружений и решения многих технических задач;
• эко-дом – дом будущего;
• конструкция Эйфелевой башни имеет в основе бионический принцип, а проект конструкции башни Шухова – нет (математическое моделирование однополостного гиперболоида). И это оказалось даже экономически выгодным и широко используемым!
• несмотря на последний вывод, моя гипотеза о том, что природа – строитель всего в мире, а человек – ее подражатель, все-таки, в целом, верна.

Бионические формы проникли в нашу повседневную жизнь и ещё долгое время будут играть в ней значительную роль. Изучение природы человечеством ещё далеко не закончено, но мы уже получили у природы бесценные знания о рациональном строении и формообразовании, что, безусловно, доказывает актуальность и перспективность изучения науки бионики во всех её аспектах.

Одним словом, природа содержит в себе миллионы идей и моделей для созидания.

Список литературы

1. Крайзмер Л.П., Сочивко В.П., Бионика, 2 изд., М., 1968
2. Лебедев Ю.С., Рабинович В.И. и др. Архитектурная бионика, Стройиздат, 1990
3. Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967
4. Игнатьев М.Б. "Артоника". Статья в словаре-справочнике "Системный анализ и принятие решений". Высшая школа, М., 2004
5. Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М.Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967
6. Белькова Е.В. Межпредметный элективный курс «Изобретатель – природа». Статья в журнале «Современный урок» №8. 2009
7. Нижегородская деловая газета / "Нижегородская деловая газета" № 5 (104) от 03.05.2010 г. / Будет ли Шуховский ренессанс?