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.
مطالب مرتبط
