Naśladowanie natury w architekturze

Szklarnia na środku Sahary, farma w centrum miasta, wieżowiec wyglądający jak porośnięta mchem góra? Tymi i innymi projektami zajmuje się bionika.

Niedźwiedź polarny został obdarzony funkcjami chroniącymi organizm przed utratą ciepła. Liście kwiatu lotosu, mimo że rosną na mokrych terenach, nigdy nie są brudne. Jak te, a również inne, zjawiska przyrody przenieść do ludzkiego świata? Odpowiedzi na to pytanie poszukuje bionika, dla której inspirację stanowią konstrukcje, kształty i funkcje roślin czy zwierząt. Wykorzystywane przez człowieka pozwalają m.in. na zmniejszenie zużycia energii i wydajne działanie projektowanych obiektów.

Bionika, inaczej mówiąc: biomimetyka, biomimikra, inżynieria bioniczna, jest interdyscyplinarną nauką badającą budowę i zasady funkcjonowania organizmów oraz ich adaptowanie m.in. w budowie urządzeń technicznych czy architekturze. Jeśli ktoś myśli, że biomimikra to dziedzina odkryta w XX czy XXI wieku jest w błędzie – już Leonardo da Vinci starał się wykorzystać w projektach samolotów i okrętów rozwiązania stosowane przez przyrodę.

Budynki inspirowane naturą

Jakie zastosowanie ma bionika w architekturze? Szuka sposobów na budowę konstrukcji wytrzymałych, lekkich, energooszczędnych, a również rozwiązujących problem pozyskiwania m.in. wody. Jednym z najokazalszych wdrożeń zasad biomimikry w architekturze, jest zbudowany w 1972 r. park olimpijski w Monachium. Mimo że stworzony przed kilkudziesięcioma laty, nadal zachwyca swoim kształtem. Słynny na całym świecie szklany „Zeltdach” o powierzchni wynoszącej ok. 75 tys. m kw. rozpięty na pajęczynie stalowych lin, podtrzymywany przez 58 stalowych masztów, wygląda jak bańka mydlana lub misternie utkana przez pająka sieć. Obecnie po dachu można spacerować, wspinać się po nim lub zjeżdżać z niego na linie.

Z kolei słoneczniki natchnęły projektantów z Lava Studio Architects do stworzenia parasoli solarnych umieszczonych w budowanym właśnie Masdar City Center, pierwszym na świecie ekologicznym mieście (w Abu Dhabi). Jego realizacja ma być zakończona w 2020 r. W ciągu dnia parasole otwierają się jak żółte kwiaty, dzięki czemu chronią powierzchnię ziemi przed żarem słońca. Z kolei nocą składają się i ogrzewają otoczenie nagromadzoną wcześniej energią.

Wieżowiec przyszłości – Mountain Band-Aid – zaprojektowany przez chińskich architektów, to przykład dążenia do rozwiązania problemów wynikających z szybkiej industrializacji kraju. Eksploatacja złóż naturalnych skutkuje niszczeniem ekosystemów i pozbawia ludzi miejsc zamieszkania. Projekt wieżowca nawiązuje do stylu budownictwa ludu Hmong, jednego z najbardziej poszkodowanych w wyniku uprzemysławiania. Mountain Band-Aid zaplanowano tak, by składał się z wielu kondygnacji przyczepionych do zbocza góry i dzięki temu zabezpieczał ją przed osuwaniem się. System nawadniający ma stabilizować glebę i pomagać w uprawie roślin. Konstrukcja z zewnątrz przypomina bardziej górę porośniętą drzewami niż budynek mieszkalny. Projekt został w tym roku laureatem II nagrody eVolo 2012 Skyscraper Competition, konkursu organizowanego przez magazyn „eVolo” od 2006 r.

Fot. 1. Mountain Band-Aid

Biomimikra równa się utopia?

Projektowanie budynków naśladujących rozwiązania stosowane przez naturę wydaje się zbawienne dla funkcjonowania świata w przyszłości. Im bardziej ludzkość postara się o imitowanie przyrody, tym łatwiej będzie zachować jej całokształt. W tym celu projektanci starają się o maksymalne wykorzystanie w architekturze konceptów natury. Niektóre z nich powodują, że można zadać sobie pytanie: czy są możliwe do stworzenia?

Utopijny projekt Vincenta Callebauta – Dragonfly w Nowym Jorku, samonośnej konstrukcji farmy miejskiej, zachwyca nie tylko funkcjonalnością, ale i wyglądem. Przypomina bardziej budowlę rodem z filmu fantastycznego, aniżeli realistyczną. Koncepcja szklanego i kolorowego obiektu imituje złożone skrzydła ważki. Jego bryłę ma tworzyć 132 piętra, na których zostanie rozmieszczonych 28 powierzchni rolniczych przeznaczonych do uprawy zbóż, warzyw, owoców, hodowli zwierząt, produkcji mięsa i przetworów mlecznych. W projekcie znalazł się szereg imitujących naturę rozwiązań. Przestrzeń znajdująca się pomiędzy skrzydłami umożliwi stworzenie cieplarni, dzięki wentylowaniu powietrza i parowaniu wilgoci pod wpływem m.in. promieni słonecznych. To pozwoli na utrzymanie stałej temperatury na farmie.

Fot. 2. Dragonfly w Nowym Jorku

Naukowcy i architekci posunęli się dalej – produkcja ekologicznej żywności w jednym budynku to dla nich zdecydowanie za mało. W 2008 r., podczas Future of Science’s Fourth World Conference, przedstawiono plany przemiany upalnej krainy piasków i skał – Sahary – w teren przyjazny człowiekowi. W jaki sposób można do tego doprowadzić? Wystarczy przyjrzeć się żukowi nambijskiemu i rozwiązanie nasuwa się samo. Owad ten, dzięki chropowatej powierzchni, zdolne jest do pozyskiwania wody z mgieł. Na tej zasadzie zaprojektowano szklarnię, która mogłaby zostać umiejscowiona w środku pustyni.

Miasta jak ekosystemy

Wyższy szczebel zastosowania biomimikry to opracowanie projektów całych miast. Wzorując się na naturze, można poradzić sobie z takimi problemami jak erozja, powodzie, pożary, susze, silne wiatry lub pozyskiwanie wody na terenach suchych.

Przykładem miasta działającego jak ekosystem może być istniejący kompleks budynków Eastgate w Harare w Zimbabwe, którego autor, architekt Mick Pearce z Arup Associates, wzorował się na metodach stosowanych przez lokalnych mieszkańców. Ci zaś zainspirowali się systemem budowania kopców przez termity. Ściany wznoszonych przez te małe istoty budowli są porowate, w pobliżu powierzchni znajdują się kanaliki powietrzne, a to umożliwia wentylację wnętrza.

Temperatura w Eastgate, mimo że kompleks nie posiada konwencjonalnej klimatyzacji i ogrzewania, jest regulowana przez cały rok. Oszacowano, że budynki zużywają jedynie 10 proc. energii wykorzystywanej przez inne budowle o zbliżonych do Eastgate rozmiarach.

W 2006 r. w Stanach Zjednoczonych powstało stowarzyszenie The Biomimicry Guild, które pomaga inżynierom i projektantom w zastosowaniu biomimikry, proponuje organizację szkoleń z tego zakresu oraz prowadzi bazę patentów. Przy projektowaniu miast inspirowanych naturą, stowarzyszenie podjęło pracę z HOK – jedną z największych firm architektonicznych na świecie.

Wspólnie opracowano m.in. plany nowej metropolii w Indiach, które borykają się w niektórych porach roku z problemem braku wody. Przeprowadzone badania wykazały, że na terenach mającego powstać miasta, istniał wcześniej las liściasty utrzymujący odpowiednią jakość i wilgotność gleby. Naukowcy z Biomimicry Guild i architekci z HOK wpadli na pomysł, by, podobnie jak drzewa przed setkami laty, fundamenty budynków gromadziły wodę deszczową. Dachy natomiast, za przykładem koron drzew, miałyby za zadanie kontrolować parowanie wody. Ich warstwowy układ zmniejszałby siłę uderzeń kropli deszczu monsunowego, co zapobiegałoby erozji gleby. Z kolei kanaliki w mrowiskach budowane przez tamtejszy gatunek mrówek stały się wzorcem dla stworzenia systemu odprowadzania wody, który zabezpiecza przed podtopieniami w okresie 3-miesięcznych deszczów monsunowych. Projekt miasta został uhonorowany wieloma nagrodami.

Powyższe przykłady – te zrealizowane, a także te pozostające jedynie w sferze planów – pokazują, że ludzie zrozumieli potrzebę wykorzystania praw natury w wielu dziedzinach życia, ponieważ są one niezbędne, by przetrwać i ocalić ekosystemy.