بیونیک
و فرم‌های هنری در طبیعت

الناز رحیمی، راحله حسینی و با همکاری دکتر امیر فرج الهی راد

بیونیک:
واژه‌­­ی بیونیک نخستین بار به وسیله‌­­ی سرگرد جک استیل، افسر هنگ هوانوردی ارتش امریکا، به کار برده شد. وی علم سیستم‌هایی را که شالوده‌­­ی آنها سیستم‌های زنده است یا خصوصیات سیستم‌های زنده را دارند یا به سیستم‌های زنده می‌­­مانند را علم بیونیک نامید. درواقع هدف از ابداع نام بیونیک، شناساندن آن به عنوان علم رابط جدید برای به‌­­کارگیری دانش سیستم‌های زنده در حل مسائل فنی است که به روابط موجودات زنده و ماشین‌ها از طریق گردآوری پژوهش‌های زیست‌­­شناسان، روانشناسان، مهندسان و ریاضیدانان می نگرد. بیونیک‌­­دانان معمولاً به صورت گروه‌های متشکل از مهندسان و زیست شناسان کار می‌­­کنند که هدف مشترکی دارند. این علم یک درس دانشگاهی به معنای متعارف نیست. درحال حاضر مرکز اصلی مطالعات دانشگاهی در زمینه‌­­ی بیونیک اجلاسیه‌­­ها، کنگره‌­­ها و سمپوزیوم‌هایی است که درآنها کار آزمایشگاه‌های گوناگون مورد بحث قرار می‌­­گیرد و تبادل نظرها انجام می‌­­پذیرد. درواقع علم بیونیک زبان مشترکی بین متخصصان رشته‌­­های گوناگون مانند زیست‌­­شناسی ومهندسی است.

معماری بیونیک و الهام از طبیعت
در معماری برای بررسی و شناخت فرم به تحقیقی جامع در ساختارهای بیولوژیکی طبیعت نیاز داریم . بشر از ابتدا سعی داشته است برای ساخت و طراحی مکان ها و وسایل مورد نیاز خود از طبیعت و محیط زیست اطراف خود الهام گیرد. به عنوان مثال، ساختمان بدن خفاش برای لئوناردو داوینچی ایده‌­­ای بود که بتواند ماشین پرنده را طراحی کند یا نیروی عضلانی و در عین حال سرعت زیاد دلفین ها جرقه‌­­ای برای ساختمان زیردریایی بود یا تارهایی که عنکبوت ها می‌­­بافند برای ساخت نمایشگاه مونترال، اثر فرای اتو، به کار گرفته شد. در واقع عنکبوت‌ها با بافت تارهایی به استحکام پولاد خانه می‌­­سازند، زنبورها با رعایت کلیه‌­­ی قوانین هندسی پناهگاهی امن و مطمئن برای خود طراحی می‌­­کنند، موریانه‌­­هایی که خانه‌­­های خود را در بیابان و در هوای بسیارگرم می‌­­سازند، تلاش می‌­­کنند با کندن راهرویی پیچیده در خاک با سیستم گرمایی و تهویه، داخل لانه‌­­های خود را خنک نگه دارند. اینها همه معماران طبیعت هستند. امروزه بشر با ساخت مدل‌های واقعی معماری ملهم از طبیعت با قدرت خلاقیت و سازندگی طبیعت به رقابت برخاسته است. معماری را می توان علم حیات مصنوعی نامید، علمی مانند آنچه در جهان طبیعت و نظام تکرار و پاسخ اصول بیولوژیکی و ژنتیکی اتفاق می‌­­افتد.
آرزوی رسیدن به یک معماری کامل با بررسی زندگی ورفتار موجودات همزی‌گر و توازن متابولیسمی آنها ممکن و در دسترس خواهد بود. ذهنیت معماری که عناصر سنتی آن فرم، فضا و سازه هستند پدیده‌­­ای است که در ذهن معمار شکل می‌­­گیرد. ذهنیت معماری از قوانین زایا پدید می‌­­آید، بنابراین تکامل آن می‌­­تواند سریع و آزمایشی باشد، درست مانند آنچه در قوانین زبان ژنتیک وجوددارد. در این زبان با استفاده از کدهایی که با اشکال فرمی ایجاد می‌­­شوند به شرح روابط میان پدیده‌­­ها می‌­­پردازند. در مدل‌های کامپیوتری که برای شبیه‌­­سازی روند تولید اشکال استفاده می‌­­شوند نیز از همین فرم‌های نمادین (که در ذهنیت معماری و نیز زبان کدهای ژنتیکی وجود دارند) استفاده شده است که نسبت به عملکردشان در محیط، شبیه‌­­سازی وارزیابی می‌­­شوند. در این روند در فاصله‌­­ی زمانی کوتاه تعداد بی‌­­شماری از مراحل تکاملی را می‌­­توان تولید کرد واغلب نتیجه‌­­ی کار فرم‌هایی غیرمنتظره است.
معماری بارها از ساختارها و اشکال طبیعی و طبیعت الهام گرفته است که اخیراً این روند بیشتر در منطق درونی و مورفولوژی پروسه‌­­های طبیعی دیده می‌­­شود تا ظاهر آنها. علاوه بر فضاهای شبیه‌­­سازی‌­­شده باید به محیط‌هایی که معماری در آن به عنوان بخشی از طبیعت نمود پیدا می‌­­کند توجه شود.
این معماری در فضاهایی بروز پیدا می‌­­کند که در آنها تشبیه و استعاره و الهام از طبیعت وجود داشته باشد. در نتیجه می‌­­توان گفت معماری به صورت مفهومی، بخشی از طبیعت است. طبیعتی که محیط ساخت بشر بخش عظیمی از اکوسیستم جهانی آن را شامل می شود و بشر و طبیعت هردو به یک اندازه در منابع ساختمانی آن سهیم هستند. ذهنیت ارگانیک و بیونیک مهمترین روند قرن بیستم بوده و سالیوان، رایت و لوکوربوزیه همگی روی تشابهات بیولوژیکی کار می کردند. بیشتر هنرمندان، معماران و حتی مهندسان بدون تخیل اختراعات خود را خلق نمی‌­­کنند. به گواهی تاریخ ذهن و تخیل موثرترین عامل در اختراعات است.
معماران بیونیک و طبیعت‌­­گرا نگاهی جدید به سازه و نما دارند، نگاهی که غریبه را آشنا می‌­­کند و غیرممکن را ممکن ساخته و راه‌­­حل‌هایی مبتکرانه برای حل مسائل و مشکلات سایت ابداع می‌­­کند. این معماران نگاهی تازه به طبیعت دارند که این نگاه به پرسش‌هایی از قبیل: در عالم خیال چگونه بدن می‌­­تواند ساختمان باشد؟ چگونه تشابه را طراحی کنیم؟ آنالوژی را چگونه می‌­­توان کشید؟ پاسخ می‌­­گویند. در اینجا به بررسی چند روند الهام‌­­گیری از طبیعت در سازه و معماری می‌­­پردازیم.
در ساقه‌­­ی انواع گیاهان بندها و حلقه‌­­هایی قطعات، ساقه را به هم متصل نگه می‌­­دارد. این قطعات در عین حفظ یکپارچگی ساختار گیاهی، به گیاه امکان انحنای ملایم در محل بند و حلقه می‌­­دهند. مشابه این عمل در اسکلت‌های جانوری و در مفاصل آنها مشهود است. در ساختمان‌های بلندمرتبه نیز حلقه‌­­ی اتصالی با تونل‌های باد یا دیافراگم تعبیه می‌­­شود.
می دانیم در یک شیء جامد خطوطی از تنش‌های کششی و فشاری وجود دارد. در جایی که این خطوط با هم برخورد می‌­­کنند نیروها خنثی می‌­­شود وعملاً هیچ گونه فشاری در این قسمت وجود ندارد. بنابراین شیء جامد در این نقاط می‌­­تواند حجم اولیه‌­­ی خود را از دست بدهد و به یک سازه‌­­ی فرورفته تبدیل شود. دراین حالت کاهش نیرو بدون افزایش ابعاد صورت می‌­­گیرد. چنین حالتی در فرم تو خالی نی هم مشاهده می‌­­شود. پرسش‌هایی که در این مورد مطرح می‌­­شود این است که چگونه طبیعت بخش میانی لوله را در جاهایی که فشار شدیدتر است تقویت می‌­­کند؟ پاسخ این است که طبیعت به سادگی در این قسمت‌ها دیواره‌­­ی ساقه را ضخیم‌تر می‌­­کند. مثال دیگر استخوان‌های انسان است که نمونه‌­­ی عالی تحمل نیروهای کششی و فشاری با بهترین بازدهی از طریق افزایش ضخامت استخوان‌ها در قسمت‌های میانی است. ابتدای استخوان انسان همانند یک لوله‌­­ی توخالی است که بی‌­­شباهت به ساقه‌­­ی گیاهان نیست.
استخوان در بخش انتهایی دارای سطح مقطع پهن‌تری است که وظیفه‌­­ی توزیع و پخش نیروها را عهده دار است. برای تأمین پایداری قسمت میانی که تمایل به خمیدگی و شکسته شدن دارند دیواره‌­­های این قسمت ضخیم‌تر شده و ساختار لانه زنبوری پیدا می‌­­کند.
آزمایش‌های دقیق نشان می‌­­دهد که سطح بزرگ استخوان‌ها دقیقاً در امتداد خطوط فشاری هستند و تقویت طبیعی استخوان به طور واضح مستقیماً در جهت نیرو فراهم شده است. استخوان کاملاً متناسب با کاربری آن طراحی شده و در قسمت‌هایی که فشار زیاد است ضخیم‌تر و در جاهایی که فشار کمتر است نازکتر است. حال این پرسش مطرح می‌­­شود که رشد چنین پدیده‌­­ای چگونه ممکن است؟ در حقیقت این موضوع هنوز در حال آزمایش است، اما طبق یک نظریه نیروهای الکترومغناطیسی در این مورد وارد عمل شده و با میدانی که ایجاد می‌­­کنند مولکول‌ها و سلول‌ها آماده‌­­ی رشد در جهت محیط‌هایی می‌­­شوند که نیاز به نیروهای بیشتری دارند و آنها را وادار به رشدی ارگانیک در قسمت‌های ضروری می‌­­کند. آیا هرگز تصور کرده‌­­اید آسمان‌­­خراش‌های آینده چه شکلی خواهند بود؟
علم بیونیک پاسخگوی این پرسش است. جنبش معماری بیونیک شکل چهارضلعی و منتظم ساختمان‌های سنتی را برای پدید آوردن ساختمان‌های بیولوژیکی و جهان طبیعی نفی می‌­­کند. نتیجه‌­­ی این دیدگاه مجموعه‌­­ای از ساختمان‌های منحصربه‌­­فرد با قالب‌های محاسبات بیولوژیکی و ریاضی می‌­­شود.

توجه به آثار کالاتراوا از این منظر و نگاه کردن به دفترچه‌­­های او که سراسر حاوی طرح‌هایی از آناتومی انسان به صورت جمعی یا فردی است که گاه دقیق و با جزییات و گاه سریع وسرسری طراحی شده‌­­اند یا پل‌ها و ساختمان‌هایی که با حیوانات ترکیب شده‌­­اند، همگی بیانگر همین موضوع هستند. چنین تشبیهاتی را که ابتدا منشأ استعاری پروژه‌­­های کالاتراوا بود وسپس منجر به طرح نهایی آنها شد در تمامی پروژه‌­­های وی می‌­­بینیم. حالات، مقاطع، اسکلت‌ها و ماهیچه‌­­ها، اندام، پوست، بال‌ها و شاخک‌ها دائماً مورد توجه قرار گرفته و در طرح اصلی به کار رفته‌­­اند.
از جمله آثار کالاتراوا که به سبک بیونیک طراحی شده اند می‌­­توان به برج تورنینگ تورسو، معروف به پیکره‌­­ی مارپیچ، موزه‌­­ی هنر میلواکی، شهرک علوم و فنون، و ساختمان آسمان‌­­نمای آن اشاره کرد که هر یک به نوعی از طبیعت الهام گرفته‌­­اند.

شهرک علوم و فنون: (City of Arts & Sciences)
شهرک علوم وفنون با وسعتی بالغ بر 350 هزار متر مربع در والنسیای اسپانیا قرار دارد. این بنا شامل بخش‌های مختلفی از جمله آسمان‌­­نما، موزه‌­­ی علوم، ساختمان پارکینگ و کاخ هنر است. کالاتراوا می‌­­گوید: از آنجا که این سایت به دریا نزدیک است و والنسیا خشک، تصمیم گرفتم از آب به عنوان انعکاس‌­­دهنده‌­­ی معماری و به عنوان عنصری شاخص در سایت استفاده کنم. استخرهای کم‌­­عمقی اطراف ساختمان را فرا گرفته‌­­اند. از جمله نکات جالب توجه این بنا می‌­­توان به ورودی‌های بخش مترو و پل الامدا اشاره کرد. ارتفاع سایبان‌های قسمت ورودی که به وسیله‌­­ی بازوهای هیدرولیکی قابل تنظیم است تا زمین امتداد می‌­­یابد و چون ورودی در زیرزمین است باعث بسته شدن آن در مواقع ضروری می‌­­شود. علاوه بر خصوصیات سازه‌­­ای، در بخش آسمان‌­­نما از فرم چشم الهام گرفته شده است. (تصویر سمت چپ، پایین)

برج مسکونی تورنینگ تورسو: (Turning Torso)
این برج، معروف به پیکره‌­­ی مارپیچ، 190 متر ارتفاع دارد و از بتن و فولاد ساخته شده است. طرح برج حالت تندیس‌­­گونه‌­­ای دارد و از مقطع تا بالاترین قسمت 90 درجه چرخیده و هر طبقه به صورت قطعه‌­­ای مجزا طراحی شده است. ایده‌­­ی اولیه طرح ملهم از ستون فقرات انسان بوده و این اثر را در جرگه‌­­ی بیونیک چرخشی قرار می‌­­دهد. (تصویر سمت راست، بالا)
پروژه‌­­های شهرک علوم و فنون، برج مسکونی تورنینگ در هنر معماری شماره‌­­ی 18، بهار 1387 به تفصیل معرفی شده است.

موزه‌­­ی هنر میلواکی: (Milwaukee Art Museum)
ساخت این بنا به مساحت 13000متر مربع در سال 1994 آغاز شد و در سال 2004 خاتمه یافت. هنگام عبور از خیابان ویسکانسین شهر میلواکی یا قایق‌­­سواری در میشیگان با سازه‌­­ای غول پیکر و سفیدرنگ مواجه می‌­­شویم که بالای ساختمان شفاف و سفیدی قرار گرفته و مانند پرنده‌­­ای بالهای خود را باز و بسته می‌­­کند.این سازه را که روی قسمت الحاقی به موزه قرار گرفته است سایبان می‌­­نامند. این ترکیب پیچیده‌­­ی معماری و سازه از حالت بال زدن پرندگان ملهم شده است. باز و بسته شدن بال پرنده پیچیده‌­­ترین و بحرانی‌­­ترین بخش کار است و در صورتی که از کنترل خارج شود خسارت‌های هنگفتی به بار خواهد آورد، به همین خاطر سیستم های کنترل بال پرنده با دقت زیاد و پیش‌­­بینی همه‌­­ی موارد طراحی شده‌­­اند. (تصویر سمت چپ، بالا و تصویر صفحه مقابل)

1. برج بیونیک (Bionic Tower):
با افزایش جمعیت و با طراحی آسمان‌­­خراش‌ها شهرها در جهت عمودی گسترش یافتند. این ساختمان‌ها به علت محدودیت‌های تکنولوژیکی و طبیعت غیرانسانی خود پاسخگوی نیازهای بشر در شهرهای عمودی نبودند، اما در سال 1931 با ساخت بنای امپایر استیت (برج بیونیک) به ارتفاع 380 متر، شهر عمودی بر اساس مدل‌های طبیعی از قبیل سبکی و استحکام استخوان‌های پرندگان، انعطاف‌­­پذیری ساختار سبزیجات و رشد براساس مدل طبیعی ساختار یک درخت و ریشه‌­­های پراکنده‌­­ی آن طراحی شد و بدین ترتیب به محدودیت‌های موجود در چنین شهرهایی پاسخ داده شد. مدل ساختاری برج بیونیک عمدتاً از تحلیل عالی تغییرات ساختاری موجود در سبزیجات الهام گرفته می‌­­شود که حد و مرز ارتفاعی معمول را به طرز قابل توجهی افزایش می‌­­دهد.
این بنا از ستون‌هایی تشکیل شده که مانند آنچه در آوند گیاهان اتفاق می‌­­افتد وظیفه‌­­ی حمل و جابه‌­­جایی ساکنان، آب، انواع مختلف سیالات موجود و انرژی لازم برای کل مجموعه را بر عهده دارند. ساختار این ستون‌ها با غشای نازک و پیچ‌­­وتاب‌­­خورده‌­­ای شکل گرفته و اطرافش با بتن‌های خاص پوشیده شده که در نهایت به شکل کپسول در آمده است و باعث بالا رفتن استحکام مجموعه و همچنین قابلیت انعطاف در برابر بار غیرمتمرکز و بی‌­­نظم فشار باد می‌­­شود. پوسته‌­­ی خارجی برج از آشیانه‌­­ی پرندگان الهام گرفته شده و در عین رخنه‌­­پذیر بودن مستحکم نیز هست. این ویژگی اجازه می‌­­دهد هوای طبیعی کنترل شده و نور وارد مجموعه شود. فونداسیون شناور و سیستم ضد زلزله‌­­ی آن نیز از خاصیت منحصر به فرد ریشه‌­­های درختان بزرگ الهام گرفته است.

2. دروازه‌­­ی جهان (Arc of World):
گرگ لین از مشهورترین پیشگامان معماری بیونیک است که در سال 1964 در امریکا متولد شد. از جمله آثار بزرگ وی می‌­­توان به طراحی برج چای و قهوه و دروازه‌­­ی جهان اشاره کرد.
ساختمان دروازه‌­­ی جهان، از قالب حبابی‌­­شکل موجودات تک‌­­سلولی و آمیب‌ها ملهم شده است و از طرفی قالبی پیازی‌­­شکل دارد که در سایت جنگلی خود در کاستاریکا چون گلی زیبا جلب توجه می‌­­کند. این بنا که برای پارک ملی کاستاریکا طراحی شده است بنایی طبیعت‌­­محور بوده و نقطه‌­­ی تلاقی بین فناوری اطلاعات و بیولوژی به شمار می‌­­آید. بام ساختمان که فرم کششی دارد به عنوان سکویی برای کسانی که می‌­­خواهند آن سوی جنگل را تماشا کنند طراحی شده است و باغچه‌­­های آبی پیرامونش محیط را خنک می‌­­کنند.

3. ساختمان آنتی‌­­اسموک (ضدّ دود)Anti Smoge:
پروژه‌­­ای است از یک معمــار فرانسوی جوان، به نام ونسان کالیباوت. این بنا یک ساختمان چند منظوره است و در مرکز شهر پاریس قرار گرفته است. نمایی زیبا از بلندای آن از شهر پاریس دیده می‌­­شود و فضـایی دلپذیر برای افـرادی که می‌­­خواهند لحظاتی را به دور از دود و دم در محیطی طبیعی در مرکز شهر سپری کنند فراهم می‌­­کند.
این پروژه توازن همه‌­­جانبه‌­­ای در میان گالری‌های عمومی، سالنهای اجتماعات و کنفرانس بر روی کانال‌ها و خطوط راه‌­­آهن ایجاد کرده است. از جلوه‌­­های بارز این بنا استفاده از اصول معماری سبز و بیونیک است. کالیباوت این ساختمان را طرحی خلاق در تصفیه‌­­ی هوا می‌­­داند. بخش میانی ساختمان که با فرمی بیضی‌­­شکل روی خطوط بلااستفاده راه‌­­آهن قرار گرفته است، با وسعت 250 متر از پانل‌های خورشیدی از جنس آلومینیوم پوشیده شده است. وی این سیستم را به گونه‌­­ای طراحی کرده که آلودگی‌های ناشی از تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی فیلتر شده و وارد فضای ساختمان نمی‌­­شود.علاوه بر این، معمار برای فراهم آوردن محیطی طبیعی از یک حیاط مرکزی و مرداب استفاده کرده است. شکل کلی ساختمان که به صورت یک‌­­درمیان بین محورهای عمودی از فضای سبز قرار گرفته است، با حالت پیچ‌­­درپیچی که به وجود می‌­­آورد بادهای غالب محلی را کنترل و هوای داخل را تعدیل می‌­­کند. رمپ‌هایی در داخل ساختمان طراحی شده‌­­اند که افراد را به سمت تراس‌هایی هدایت می‌­­کنند که از جهات مختلف به پاریس دید دارند. این ویژگی‌ها و فرم منحنی شکل بنا که همگی از سیستم‌های زنده الهام گرفته‌­­اند، پروژه را علاوه بر اکولوژیک بودن به یک بنای بیونیک نیز تبدیل کرده است.

4. برج فراز پل رابلینگ (Ascent at Robling Bridge):
این ساختمان توسط دانیل لیبسکیند در کاوینگتون ایالت کنتاکی در کرانه‌­­ی رودخانه‌­­ی اوهایو در کنار پل رابلینگ ساخته شده است. ساخت پروژه در سال 2004 آغاز و در سال 2008 خاتمه یافت. بسیاری از روزنامه‌­­ها موارد مربوط به این ساختمان و حواشی ساختمانی آن را منتشر کردند. لیبسکیند که مدرک دکترای خود را در نزدیکی دانشگاه کنتاکی در کلدنیکلتون در دهه‌­­ی 1970 گرفته است در این مورد می‌­­گوید، رودخانه‌­­ی اوهایو و پل رابلینگ طراحی او را تحت تاثیر قرار داده‌­­اند. این ساختمان با 22 طبقه به بام حلزونی شیبداری منتهی می‌­­شود. سازه‌­­ی بتنی آن از پی با قالبی شیبدار در نمای شرقی بیرون زده و با پرده‌­­ای شیشه‌­­ای پوشیده شده است. این بنا به واسطه‌­­ی استفاده از فرم منحنی‌­­شکل رودخانه و پل و نیز انعکاس زمین و آسمان در قالبی شیشه‌­­ای نمایی کامل از یک بنای بیونیک است.

5. مرکز تجاری بیرمینگام (Selfridges):
پس از تغییرات شدیدی که طی دهه‌­­ی 1960 در تجارت و بافت تجاری بریتانیای کبیر صورت گرفت و بافت سنتی شهر را تحت تاثیر خود قرار داد، طراحی و ساخت فروشگاه سلف‌­­ریجز بسیاری از این نابسامانی‌ها را حل کرد. سلف‌­­ریجز بخش اعظم نوسازی مرکز شهر بیرمینگام را تشکیل می‌­­دهد و جایگزین یک مرکز خرید قدیمی می‌­­شود که در دهه‌­­ی 1960 احداث شده بود. یان کاپلیکی فرم آزاد خود را طراحی کرد. پوسته‌­­ی بیرونی بنا از 15000 دیسک آلومینیومی تشکیل شده که به دیوار کنیتکس‌­­شده‌­­ای الصاق شده‌­­اند؛ راه حل بدیعی برای ساخت صرفه‌­­جویانه‌­­ی عمارت‌ها، که علاوه بر آن، عمارت را به نمادی از کل شهر بدل می‌­­کند. منافذ این پوسته بیرونی به حداقل کاهش یافته و به این ترتیب فروشگاهی که داخل پوسته قرار دارد، امکان یافته تا به صورت طبقات مختلفی پیرامون یک دهلیز مشترک که توسط آسانسورهایی به هم متصل هستند سامان یابد و به طور کلی از دید پنهان بماند. کاپلیکی توضیح می‌دهد که این پوسته مابه‌­­ازایی هم در طبیعت دارد، مانند چشم مگس یا حتی در بنّایی دوران باروک نیز چنین الهامی به چشم می‌­­خورد که البته پوسته‌­­ی بیرونی آن بی‌­­شباهت به بدن خزندگان نیست.

آیین بودایی و تأثیر آن بر معماری کشور چین