Bionics is an applied science about the application in technical devices and systems of principles of organization, properties, functions and structures of living nature, that is, forms of living things in nature and their industrial analogs. Bionics helps a person create original technical systems and technological processes based on ideas found and borrowed from nature.
Architecture and wildlife are exposed to the same forces of the earth's environment: the gravitational field of the earth, mechanical and chemical factors, etc. As a result, both in architecture and in living nature, there are similar means of interaction with this environment (for example, the similarity of constructive systems).
The structure of the forest is interesting - tree trunks, shrubs in combination with branches, the development of which obeys the laws of the mechanical work of cantilever beams, arches, frames. The principle of constructing such an integrated system was well used by the Leningrad architects S.I. Evdokimov, Pic. 1. «Russian mountains ».
E.V. Travnikov,and Ing. GD Leibovich
in the project of the "Russian
Mountains" roller coasters (Pic. 1).
In the considered law of the cone for vertical systems, it is necessary to note a tendency opposite to the first - a cone of growth, or the formation of a cone with the top down as a result of the growth of a plant seed. The growth cone is also clearly observed in the development of many types of shells. This tendency to cone-shaped growth complicates the shape, makes it more organic, and often masks the first tendency in it (Pic. 2).
Pic. 2. Gravity cone, growth cone. Scheme.
The shape, consisting of the cones of gravity and growth, became the leitmotif in the project-idea of the "Cybernetic City" by the French artist and architect Nicholas Schaeffer (1965). Michel Ragon writes about this and other cities conceived by Schaeffer: “The form of these cities, according to Schaeffer, is based on combinations of horizontal and vertical lines. The constructions of recreation cities designed by him had the most unexpected forms: they are convex, plastic, and sometimes borrowed from living organisms ”. Indeed, the shapes of Schaeffer's structures are similar to those of a pear, coconut shell, pumpkin shell, etc.
Flat and spatially curved ribbed, mesh, cross (spatial lattices) structures are widespread in nature. In these systems, some elements of the structure, for example, a film of a leaf of a tree, reach the minimum cross-section due to others - the ribs. The ribs, performing the main bearing function in the system, follow the lines of the main stresses, thus occupying the most advantageous position from the point of view of statics. The cantilever of a burdock leaf, reaching 60-80 cm in length, has a ratio of the structural height of the sheet film section to this span, equal to 1: 1200 - 1: 1400. In the building of the National Center for Industry and Technology in Paris, which has one of the largest spans in modern design practice, the ratio of the structural height of the pavement (2 m) to the span (215 m) is 1: 100. At the same time, the burdock leaf is in more difficult conditions of mechanical work than the covering of this building, which rests on three support points (of course, there is some convention in this comparison).
A large section of the ecological and climatic part of architectural bionics is the analysis of the autoregulation of forms in living nature, primarily of reversible changes in the shape and position of certain elements in space, depending on the action of solar insolation, temperature and humidity - tropisms.
Pic. 3. Changing of the leaves position.
white acacia according to the change
the height of the sun above the horizon
а — morning; в — evening
Changes in shape are associated here with an immediate response to periodic changes in climatic conditions, for example, a change in the position of leaves of acacia tree depending on the position of the sun above the horizon (Pic. 3).
The use of autoregulation in aerohydrostatic systems is especially promising. So, for example, one could use the properties of gases to expand and change their color depending on temperature changes and solar radiation. The corresponding mixture of gases, enclosed under pressure between two elastic and transparent films of the covering of a greenhouse or a tourist tent, with increasing insolation would increase in volume and change color from warm tones to cold tones, increasing the insulating
Рис. 4..Auto-adjusting aerostatic an architecture firm would acquire system. ability to reversible changes with the time
arch. Yu. S. Lebedev (pic.4)
а — general view of the tourist town
б — scheme for changing the shape of the "tent"
due to changing sunlight
List of the literature :
1.electronic resource URD : http://tehne.com/event/arhivsyachina/lebedev-yu-s-bionika-i-gorod-budushchego-1973
Лебедев Ю. С. Бионика и город будущего. 1973
Бионика — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у Конкурсный эскизный проект территории природы.
парка им. С. М. Кирова в городе Ижевске,
выполненный на основе бионического подхода.
Вид на оранжерею и смотровую башню.
Автор проекта: А. О. Алышева
(ООО «Архитектурное бюро „КУБИКА“»,
Ижевск). 2017
.
Архитектура и живая природа подвергаются воздействию одних и тех же сил земной среды: гравитационного поля земли, механических и химических факторов и т. д. В результате как в архитектуре, так и в живой природе возникают сходные средства заимодействия с этой средой (например, сходство конструктивных систем).
Рис. 1. «Русские горы». Архитекторы С. И. Евдокимов, Е. В. Травников, инж. Г. Д. Лейбович
Интересна структура леса — стволов деревьев, кустарников в сочетании с ветвями, развитие которых подчиняется законам механической работы консольных балок, арок, рам. Принцип построения такой комплексной системы хорошо использовали ленинградские архитекторы С. И. Евдокимов, Е. В. Травников и инж. Г. Д. Лейбович в проекте катальных горок «Русские горы» (рис. 1).
В рассматриваемом законе конуса для вертикальных систем необходимо отметить тенденцию, противоположную первой — конуса роста, или образование конуса вершиной вниз в результате роста семени растения. Наглядно конус роста наблюдается также на примере развития многих видов раковин. Такая тенденция конусообразного роста усложняет форму, делает ее более органичной и часто маскирует в ней первую тенденцию (рис. 2).
Рис. 2. Конус силы тяжести, конус роста. Схема
Форма, состоящая из конусов гравитации и роста, стала лейтмотивом в проекте-идее «Кибернетического города» французского художника и архитектора Николая Шеффера (1965 г.). Мишель Рагон пишет об этом и других городах, задуманных Шеффером: «Форма этих городов, по Шефферу, строится на сочетаниях горизонталей и вертикалей. Запроектированные им сооружения городов отдыха имели самые неожиданные формы: они выпуклые, пластичные, а подчас заимствованы у живых организмов»¹. Действительно, формы сооружений Шеффера похожи на форму груши, скорлупы кокосового ореха, оболочки тыквы и т. д.
Широкое распространение в природе имеют плоские и пространственно-изогнутые ребристые, сетчатые, перекрестные (пространственные решетки) конструкции. В этих системах одни элементы структуры, например пленки листа дерева, достигают минимального сечения за счет других — ребер. Ребра, выполняя основную несущую функцию в системе, следуют линиям главных напряжений, занимая, таким образом, наивыгоднейшее положение с точки зрения статики. Консоль листа лопуха, достигающая 60—80 см длины, имеет соотношение конструктивной высоты сечения пленки листа к этому пролету, равное 1:1200 — 1:1400. В здании Национального центра промышленности и техники в Париже, имеющем один из наибольших пролетов в современной практике конструирования, показатель отношения конструктивной высоты покрытия (2 м) к пролету (215 м) составляет 1:100. При этом лист лопуха находится в более сложных условиях механической работы, чем покрытие этого здания, опирающееся на три точки опоры (конечно, в этом сравнении есть некоторая условность).
Большой раздел эколого-климатической части архитектурной бионики составляет анализ авторегуляции форм в живой природе, в первую очередь обратимых изменений формы и положения тех или иных элементов в пространстве в зависимости от действия солнечной инсоляции, температуры и влажности — тропизмов.
Рис. 3. Изменение положения листьев
белой акации в соответствии с изменением
высоты стояния солнца над горизонтом а — утром; б — днем; в — вечером
Изменения формы связаны здесь с незамедлительной реакцией на периодические перемены климатических условий, например изменение положения листьев белой акации в зависимости от положения солнца над горизонтом (рис. 3).
Особенно перспективно применение авторегуляции в аэрогидростатических системах. Так, например, можно было бы использовать свойства газов расширяться и изменять свой цвет в зависимости от изменения температуры и солнечного облучения. Соответствующая смесь газов, заключенная под давлением между двумя упругими и прозрачными пленками покрытия оранжереи или туристической палатки, с усилением инсоляции увеличивалась бы в объеме и меняла цвет с теплых тонов на холодные,повышая изолирующую
способность покрытия.Одновременно
Рис. 4. Авторегулирующаяся аэростатическая. архитектурная форма приобрела бы
система. Предложение способность к обратимым
арх. Ю. С. Лебедева изменениям во времени(рис.4)
а — общий вид туристического городка;
б — схема изменения формы «палатки»
в связи с изменением солнечного освещения
Список литератры :
1.Электронный ресурс URD : http://tehne.com/event/arhivsyachina/lebedev-yu-s-bionika-i-gorod-budushchego-1973
Comments