Trang web này phụ thuộc vào doanh thu từ số lần hiển thị quảng cáo để tồn tại. Vui lòng tắt trình chặn quảng cáo của bạn hoặc tạm dừng tính năng chặn quảng cáo cho trang web này.
Thế giới quanh ta chính là nguồn cảm hứng lớn để sáng tạo cũng như khám phá. Từ dòng nước chảy cũng có thể làm ra chiếc ghế nghệ thuật như Cheng Tsung Feng, từ hình dạng của chuồn chuồn cũng là nguồn cảm hứng để các nhà thiết kế tạo nên tòa cao ốc chọc trời DragonFly. Những ví dụ trên đều dựa trên những đặc tính sinh học. Vậy kiến trúc phỏng sinh học và sinh học có mối liên hệ như thế nào?
Kiến trúc phỏng sinh học [Biomimetic Architecture] là gì?
Năm 1941, kỹ sư người Thụy Điển George de Mestral khi đi săn với chú chó cưng của mình trở về nhận thấy một số hạt quả gai bám vào quần áo và lông chó của mình. Ông đã quan sát rất tỉ mỉ và nhận ra ở những hạt này có một “đầu móc”, có thể dễ dàng bám vào bất cứ thứ gì có vòng dây nhằm giúp chúng phát tán ra môi trường. Và từ việc nghiên cứu loài cây này, bảy năm sau ông đã phát minh ra móc và dây buộc vòng, được đặt tên là Velcro.
Ví dụ của De Mestral về việc lấy cảm hứng từ thiên nhiên, bắt chước và tái tạo hành vi của các sinh vật sinh học đã được Janine Benyus phổ biến trong cuốn “Biomimicry – Innovation Inspired by nature” năm 1997 [tạm dịch: Phỏng sinh học – Sự đổi mới lấy cảm hứng từ thiên nhiên]. Trong cuốn sách này, Benyus đã giới thiệu ba khía cạnh liên quan đến sự sáng tạo và đổi mới của con người với thiên nhiên.
Cụ thể:
Phỏng sinh học bản chất như mô hình: Biomimicry là ngành khoa học mới, nghiên cứu các mô hình tự nhiên và sau đó mô phỏng hình thức, quy trình, hệ thống và chiến lược này để giải quyết các vấn đề của con người một cách bền vững.
Phỏng sinh học bản chất như thước đo: Biomimicry sử dụng tiêu chuẩn sinh thái để đánh giá tính bền vững của các đổi mới. Sau 3,8 tỷ năm tiến hóa, tự nhiên đã học được những gì cần hoạt động và tồn tại.
Phỏng sinh học bản chất như người cố vấn: Phép thử sinh học là một cách mới để xem xét và định giá tự nhiên.
Từ đó, kiến trúc phỏng sinh học là phương pháp tiếp cận khoa học đa lĩnh vực để thiết kế bền vững, vượt ra ngoài việc sử dụng thiên nhiên làm nguồn cảm hứng cho thẩm mỹ mà nghiên cứu sâu hơn và áp dụng các nguyên tắc xây dựng có trong môi trường tự nhiên và các loài.
Kiến trúc phỏng sinh học lấy cảm hứng từ sinh học, là phương pháp tiếp cận dựa trên cảm hứng từ bản chất, đặc điểm của đối tượng sinh học. Do vậy, sinh học chính là kho tàng để kiến trúc hay thiết kế sinh học làm nền tảng để tạo nên những tác phẩm, sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn. Thế giới sinh học cũng chính là nơi khơi nguồn để chúng ta giải quyết các vấn đề như tự sửa chữa, chống ăn mòn, chống thấm nước, khai thác năng lượng mặt trời…
Tính ứng dụng của phỏng sinh học trong kiến trúc
Mặc dù trở nên phổ biến trong những năm gần đây và được coi là xu hướng đương đại nhưng KTS Michael Pawlyn đã phát biểu trong bài báo “Làm thế nào phép thử sinh học có thể được áp dụng trong kiến trúc” của mình, được xuất bản trên tạp chí Financial Times rằng các ví dụ ban đầu về kiến trúc phỏng sinh học được tìm thấy trong công trình của KTS thời Phục hưng Filippo Brunelleschi. Chính Filippo sau khi nghiên cứu độ bền của vỏ trứng đã thiết kế nên mái vòm mỏng hơn, nhẹ hơn cho nhà thờ của ông ở Florence, công trình hoàn thành năm 1436.
Sau đó, vào năm 1719, các nhà sản xuất giấy chuyển từ sử dụng sợi bông và vải lanh sang bột gỗ của ong bắp cày khi xây tổ. Phát hiện của nhà côn trùng học người Pháp Réne-Antoine Réaumur đã hướng đến giải pháp thay thế tốt hơn. Năm 1809, KTS hải quân Sir George Cayley cũng đã nghiên cứu cá heo để thiết kế thân tàu sao cho hợp lý hơn.
Pawlyn cũng đề cập đến thiết kế ứng dụng phỏng sinh học đó là Trung tâm Eastgate, một trung tâm mua sắm và khối văn phòng ở Harare, Zimbabwe. Thiết kế này được lấy cảm hứng từ các gò mối và hệ thống kiểm soát nhiệt độ sinh học của chúng trong môi trường khắc nghiệt, do đó không cần phải dùng điều hòa.
Ngày nay, phép thử sinh học có thể được áp dụng cho biến đổi khí hậu, giải quyết vấn đề an ninh lương thực, năng lượng và nước; đối phó với tình trạng thiếu hụt tài nguyên hoặc mất đa dạng sinh học; ngay cả trong việc xây dựng các thành phố bền vững.
Mỗi năm, có khoảng 15 tỷ tấn bê tông được sản xuất trên toàn thế giới, thải ra khoảng 1 tỷ tấn carbon dioxide. Tỷ lệ xây dựng đó vẫn tiếp tục khi các nước đang phát triển vẫn cần xây dựng thành phố họ muốn. Tương đương gần nhất với bê tông trong sinh học là san hô, được hình thành bởi các sinh vật tạo ra cấu trúc từ khoáng chất trong nước biển. Tuy nhiên có sự khác biệt rõ rệt giữa sản xuất bê tông và san hô: nếu sản xuất bê tông sản sinh lượng lớn CO2 thì dựa vào quá trình khoáng hóa sinh học thông qua phương pháp phỏng sinh học vào sản xuất bê tông, về lý thuyết, chúng ta có thể loại bỏ hàng tỷ tấn CO2 khỏi khí quyển.
Cuộc cách mạng phỏng sinh học hiện được coi là kim chỉ nam hướng tới môi trường xây dựng bền vững hơn, có nghĩa là các tòa nhà cần tập trung vào việc học hỏi chọn lọc từ thiên nhiên thay vì chỉ chiết xuất các yếu tố từ nó.
Biên dịch | Vũ Hương [Nguồn: Archdaily]
XEM THÊM:
- Sử dụng “công thức ánh sáng” để thiết kế nông nghiệp bền vững
- Sự phát triển không ngừng của các nhà kính từ thời La Mã cổ đại cho đến thế giới hiện đại
- Định nghĩa lại khái niệm công viên của tương lai
Bình luận từ Facebook
Ngành mô phỏng sinh học [Biomimétique] là một lĩnh vực kiến thức mới có nhiệm vụ vay mượn những nguyên tắc kỹ thuật của thiên nhiên để tạo ra những vật liệu mới và những công nghệ mới.
| Nhờ nghiên cứu chim bồ câu, con người đã chế tạo ra những thiết bị định hướng bay. |
Con người càng nghiên cứu giới hữu sinh nhiều bao nhiêu thì càng thán phục sự hoàn hảo của nó bấy nhiêu.
Mặc dù ngành mô phỏng sinh học được coi là một khoa học non trẻ, nhưng những thành tựu của nó đã được nhiều thế hệ nhân loại vận dụng. Ngay từ thời tiền sử, những người sống trong hang động đã biết khâu quần áo cho mình bằng một dụng cụ giống như cái kim- đó là những chiếc xương nhọn có một lỗ nhỏ. Chiếc kim y tế dùng để tiêm thuốc đã được con người chế tạo theo mô hình của những chiếc răng rắn nhọn hoắt. Có điều con người không thể đưa vào chiếc kim nhân tạo đó chất gây tê và chất sát trùng mà thiên nhiên đã ban tặng cho loài rắn.
Nhiều người biết rằng mỗi một con chim bồ câu là một hoa tiêu xuất sắc biết chọn đường bay theo hướng tối ưu. Song không phải ai cũng biết rằng sau khi nghiên cứu chim bồ câu, con người đã chế tạo ra những thiết bị định hướng bay. Nhờ có loài dơi mà chúng ta đã phát minh ra ra - đa. Và nhờ có cây hoa hướng dương mà chúng ta đã làm được loại pin mặt trời...
Trong thiên nhiên có vô vàn chủng loại sinh vật và mỗi một loại đó sở hữu một cái gì đó độc nhất vô nhị. Chỉ cần để mắt quan sát những sinh linh rất hoàn hảo ấy của tạo hóa. Tỷ như loài gián thường làm chúng ta sợ hãi. Con người rượt đuổi chúng để tiêu diệt, nhưng gián ta đã trốn thoát một cách tài tình. Và không phải là ngẫu nhiên. Vấn đề là ở chỗ gián có một hệ thần kinh rất phát triển. Nó kiểm soát liên tục những biến đổi nhỏ nhất xảy ra ở chung quanh và khi xuất hiện mối nguy hiểm thì nó liền phản ứng một cách nhanh chóng, dứt khoát và điều chủ yếu nhất là cực kỳ chính xác. Các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu rất kỹ cách ứng xử của con gián trong giây phút hiểm nguy và từ đó đã bắt đầu thực hiện một công trình về hệ thống cảm giác vận động nhạy bén cho phép tránh được những vụ vạ chạm của xe ô tô dưới đất và của máy bay trên trời. Chính con gián góp phần giảm thiểu những tai nạn giao thông đáng tiếc! Người ta sáng tạo ra được một mô hình điều khiển tự động bằng vô tuyến điện với “bộ não của con gián”. Và trong một tương lai không xa sẽ xuất hiện một loại ôtô không cần người cầm lái, bởi lẽ điều khiển nó sẽ là “con gián- máy vi tính”. Con gián cũng bắt các nhà khoa học Tân Tây Lan phải động não. Sau chừng mười lăm năm nữa những con rôbốt sẽ đến với chúng ta với tư cách là người giúp việc trong nhà và sẽ đảm nhiệm một phần lớn công việc nội trợ như hút bụi, cắt cỏ, rửa bát đĩa, lau sàn nhà và cửa sổ, trải giường...
Ở ta ai mà chẳng thuộc câu ca dao “Buồn trông con nhện giăng tơ...”, nhưng đã mấy ai biết được “sức bền vật liệu” của những sợi tơ nhện ấy. Tấm mạng nhện không chỉ bền gấp 5 lần thép mà còn có sức đàn hồi và độ giãn nở hơn chất nylon tốt nhất khoảng một phần ba lần. Độ bền của tấm mạng nhện chắc đến nỗi nếu như con nhện to bằng người thật thì nó có thể dễ dàng túm được cả một chiếc phản lực chở hành khách không may sa vào tấm mạng của nó. Từ một chất liệu mới “được vay mượn” ở con nhện, các nhà khoa học đã đề nghị sản xuất thắt lưng an toàn, dây dẫn không trọng lượng, chỉ y tế, săm lốp ôtô, thậm chí dây chằng nhân tạo, bởi lẽ chất protit của mạng nhện trên thực tế không bị cơ thể “tẩy chay”.
Bằng cách tiếp thu công nghệ của con sao biển, các nhà khoa học đã tạo ra những tinh thể có độ chính xác cao mà rồi đây sẽ giúp cho việc cải tiến mạng lưới viễn thông.
Phần lớn thấu kính hiện nay được chế tạo bằng phương pháp mài nhẵn thủy tinh một cách kỹ lưỡng. Con sao biển đã sử dụng một phương pháp khác: nó cấy hết lớp canxi này đến lớp canxi khác lên tấm đệm hữu cơ của một phức thể vốn dẫn tới việc tạo ra những thấu kính bằng các tinh thể. Bằng cách vận dụng công nghệ tự nhiên này, các nhà khoa học đã nghiên cứu một phương pháp mới cho phép họ chế tạo ra những tinh thể toàn vẹn của canxi có những cấu trúc mà kích cỡ không vượt quá một phần mười độ dày của sợi tóc con người.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng, hàng nghìn tinh thể canxi nằm rải rác trên cơ thể con sao biển đồng thời cũng là cơ quan thị giác của con vật. Những vi thấu kính này bằng một cách tự nhiên đã điều chỉnh những sai lệch vốn tiêu biểu cho loại thấu kính thông thường: sự phân đôi ánh sáng, sự quang sai hình cầu. Những thí nghiệm mô phỏng cấu trúc các tinh thể của sao biển được khởi đầu nhằm mục đích tạo ra vi thấu kính có cấu trúc phức tạp.
Những ý tưởng của thiên nhiên không chỉ được vận dụng bởi một thế hệ các nhà khoa học. Các kỹ sư của không lực Hoa Kỳ, NASA và Hãng Boing đã dành mấy năm nghiên cứu con chim và con ong. Và kết quả là họ đã bắt tay vào việc chế tạo loại máy bay phản lực tiêm kích “cánh cụp cánh xòe” để có thể tàng hình trong khi bay và giảm nhẹ trọng lượng của máy bay nhằm tiết kiệm nhiên liệu. Các nhà khoa học của trường Đại học quốc gia Áo đã quan tâm nhiều hơn tới cách bay của con chuồn chuồn: “Mặc dầu có bộ óc rất nhỏ, song loài côn trùng này có khả năng thực hiện những thao tác nhanh chóng và chính xác trong không trung vốn đòi hỏi độ vững chãi và khả năng biết tránh né những sự va chạm”.
Dường như bất cứ một vấn đề nào nảy sinh ở loài người thì đều tìm thấy lời giải đáp trong thiên nhiên. Loài nhuyễn thể hai lá thường bám chặt lấy đáy tàu biển. Một mặt, điều đó là có hại, nhưng mặt khác, đó lại là ý tưởng để tạo ra chất siêu keo: nó giúp cho việc dán lại những tấm kim loại bị ôxy hóa và thậm chí còn thay thế cả những đường khớp phẫu thuật trên cơ thể con người sau khi mổ.
Hiểu được cách thiên nhiên đã tạo ra một điều kỳ diệu này hay một điều kỳ diệu khác như thế nào và tái tạo nó ra sao quả là không đơn giản.
Nhà thực vật học Đức Wilgelm Barlot của Trường đại học Bonn với sự trợ giúp của chiếc kính hiển vi điện tử đã nghiên cứu trong vòng 20 năm cấu tạo bề mặt của hàng nghìn loài thực vật để hiểu rõ tại sao hoa sen trắng sống trong bùn mà vẫn sạch sẽ tinh tươm, “chẳng hôi tanh mùi bùn”. Ông đã phát hiện ra rằng những cánh hoa sen trắng được rải đầy những mũi nhọn bé xíu. Trên các mũi nhọn như vậy các hạt bụi bẩn rất khó trụ vững, và một cơn mưa nhỏ cũng dễ dàng cuốn sạch chúng đi. Những nhà sản xuất sơn ở Đức đã tận dụng “hiệu quả hoa sen” ấy. Những bức tường được phủ lớp sơn như vậy không cần phải cọ rửa trong vòng 5 năm.
Ngành mô phỏng sinh học có sứ mệnh không chỉ thán phục sự hoàn hảo của thiên nhiên mà còn phải học hỏi ở nó để tạo ra những khám phá khoa học mang lại lợi ích cho xã hội loài người.
Lê Sơn [tổng hợp]