Kiến trúc phỏng Sinh học

Tự nhiên là nhà thiết kế tài năng bậc nhất, những công trình kiến trúc siêu bền vững như một tổ kiến nhỏ bé trong góc vườn, hoặc tạo nên những vật liệu cực mảnh chỉ bằng một sợi tơ nhện hay chống nước hiệu quả như lá của hoa sen. Vậy tự nhiên đã làm thiết kế như thế nào? Và con người được gợi ý những gì từ tự nhiên? 

Kiến trúc phỏng Sinh học (6)

 

Thiết kế Phỏng Sinh học (Biomimetic Design) là gì?

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Lấy sinh học là hình mẫu sáng tạo

Kiến trúc phỏng Sinh học (9)
Kiến trúc phỏng Sinh học (2) Kiến trúc phỏng Sinh học (3)

Kiến trúc phỏng Sinh học (7)
Kiến trúc phỏng Sinh học (10)
Kiến trúc phỏng Sinh học (12) Kiến trúc phỏng Sinh học (13) Kiến trúc phỏng Sinh học (14)
Kiến trúc phỏng Sinh học (16)

Thông qua quá trình chọn lọc tự nhiên sinh vật sống hình thành các loại cấu trúc cùng cơ chế hoạt động đa dạng để tăng khả năng thích nghi với môi trường sống . Áp lực tiến hóa buộc hệ thống tự nhiên phải đưa ra những giải pháp phát triển tối ưu nhất. Con người nhìn tự nhiên để tìm kiếm câu trả lời cho những vấn đề tồn tại của mình. Làm thế nào để chúng ta có thể làm việc hiệu quả giống như vậy?

Kiến trúc phỏng Sinh học (17)

Kiến trúc phỏng sinh học là việc con người mô phỏng lại các hình thức hoặc hệ thống sinh học từ tự nhiên, phát triển nên những giải pháp kỹ thuật cho thiết kế và kiến trúc.Tiềm năng áp dụng những nguyên tắc và cơ chế dựa trên phỏng sinh học rất lớn, do sự phức tạp của các cấu trúc sinh học và số lượng lớn các tính năng được tìm thấy trong tự nhiên. Chính vì vậy, kiến trúc phỏng sinh học mở ra cánh cửa của nhiều công nghệ tiên tiến và thiết kế tương lai, lấy cảm hứng sinh học để giải quyết các vấn đề như:  khả năng tự sửa chữa, chống ăn mòn, chống thấm nước, tự lắp ráp, khai thác năng lượng mặt trời…

 Kiến trúc phỏng Sinh học (18)

Thiết kế kiến trúc phỏng sinh học (Biomimetic Design) hay còn có cách gọi khác là thiết kế lấy cảm hứng sinh học (Bio-inspired design) là phương pháp tiếp cận thiết kế dựa trên cảm hứng, thước đo và sự sao chéo ngoại hình hoặc bản chất của một đối tượng sinh học. “Bạn có thể nhìn tự nhiên như một cuốn catalog sản phẩm mà tất cả chúng đều là nguồn lợi từ một giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong vòng 3,8 tỷ năm. Với nguồn tư liệu trình độ này, thật hợp lí để sử dụng nó.” – Michael Pawlyn, Kiến trúc sư, một trong những người đứng đầu về tư tưởng kiến trúc phỏng sinh học.

 Kiến trúc phỏng Sinh học (5)

Chúng ta đã mô phỏng những gì?

Kiến trúc phỏng Sinh học (15)

Hãy khoan bàn đến những thiết kế ứng dụng cơ chế sinh học phức tạp, chỉ riêng hình dáng của sinh vật thôi đã trở thành nguồn cảm hứng rất lớn. Mời độc giả cùng chiêm ngưỡng!

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Ghế Bướm (Butterfly Chair) thiết kế bởi Eduardo Garcia Campos tại cuộc thi A’ Design Award 2012-2013

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Concept thiết kế xe hơi Bionic – Mercedes Benz lấy cảm hứng từ cá nắp hòm

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Hiệu ứng lá sen (lotus effect) được mô phỏng bằng công nghệ nano để tạo ra các vật liệu có khả năng tự làm sạch và siêu kị nước như sơn chống thấm, mái lợp ngói, vải…thuộc tính này cũng đồng thời được tìm thấy trên da cá mập – cảm hứng làm nên bộ đồ bơi của Michael Phelps tại Olympic mùa hè năm 2008. Còn nữa, tính chất khúc xạ ánh sáng của cánh bướm được khai thác trong các cải tiến màn hình Mirasol kỹ thuật số, hiển thị hiệu quả hơn với ít năng lượng bị tiêu thụ hơn. Sản phẩm gốm sứ đạt chất lượng tốt hơn bằng cách sao chép các thuộc tính của vỏ sò và việc bắt chước sự sắp xếp của lá trên cây trồng giúp thu được nhiều hơn năng lượng mặt trời…Thật khó để kể hết với các bạn những thành quả chúng ta đã đạt được nhờ Thiết kế Phỏng Sinh!

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Genesis – mô hình cơ thể xe hơi ứng dụng công nghệ in 3D dựa trên kĩ thuật sinh học cơ thể rùa, trong đó có vỏ bảo vệ và đệm áp dụng cấu trúc khung xương con vật này

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Thiết kế lều với cấu trúc sống lá cây –  Ondrej Vaclavik

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Đền Hoa Sen (The Lotus Temple) –  New Delhi, Ấn Độ

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Cao ốc Chuồn Chuồn (The Dragonfly) – Concept nông trại tương lai tại New York

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Concept Tháp chọc trời Xương Rồng tại Qatar

Dưới đây là dự án BioArch được thiết kế bởi Elnaz Amiri, Hesam Andalib, Roza Atarod và M-amin Mohamadi đến từ Viện Nghệ thuật Isfahan tại Iran. Nhóm thiết kế sử dụng các chiến lược Phỏng Sinh học trên vỏ ốc sa mạc để tòa nhà BioArch có thể tự tránh khỏi ánh sáng mặt trời dữ dội tại một vùng khí hậu khắc nghiệt như sa mạc Iran (với nhiệt độ trung bình là 43 độ C vào ban ngày và nhiệt độ cao nhất có thể lên đến 65 độ C). Các bề mặt tiếp xúc cong giảm thiểu tối đa bức xạ mặt trời, chia thành nhiều vùng lớp để tạo ra khu vực đệm và khu vực thoát nhiệt từ bề mặt cát nóng. Giải pháp này đồng thời cung cấp độ ẩm và lối thông gió tự nhiên.

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Các gò mối Châu Phi có cấu trúc thông khí rất tốt và luôn giữ được nhiệt độ mát ổn định. Không khí nóng bên ngoài luồn qua các lỗ nằm trên mặt đất, kết hợp với mạch nước ngầm tạo thành dòng khí mát tràn vào các khoang, đồng thời đẩy khí nóng khi bị tiếp xúc và trở nên nhẹ hơn thoát ra bên ngoài qua lối thông trên đỉnh. Nhờ nghệ thuật xây dựng này, cao ốc Trung tâm Eastgate (The Eastgate Centre) tại Harare, thủ đô của Zimbabwe có thể điều hòa nhiệt độ quanh năm mà vẫn tiết giảm được 90% nhu cầu năng lượng (tương đương 3.5 triệu USD) so với các tòa nhà cùng quy mô.

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

 

Thiết kế Sinh học (BioDesign) là gì?

 

 Kiến trúc phỏng Sinh học (8)

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

 

“Cây cầu rễ sống” – “Living root bridge”, dạng cầu treo “100% thiên nhiên” được hình thành nhờ vào việc uốn nắn các rễ cây phát triển vươn qua khoảng không (có thể lên đến 30 mét) cho đến khi rễ bén vào đầu bên kia bờ sông. Một kiểu thiết kế cầu treo sinh thái gắn với bảo tồn du lịch tại rừng Meghalaya, Ấn Độ.

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Thiết kế Sinh học (BioDesign) là sự hòa hợp chặt chẽ giữa đời sống sinh vật – biology và thiết kế – design. Thiết kế Sinh học, chính xác hơn, là đưa sinh vật sống vào trong thiết kế. Thiết kế Sinh học công nhận những lợi ích mà sinh vật đem lại, làm cho thiết kế có khả năng tương tác nhiều nhất đến môi trường sinh thái,  đồng thời đạt hiệu suất lâu dài hơn ở đó. 

 Kiến trúc phỏng Sinh học (4)

Thiết kế Sinh học không chỉ đơn thuần là lấy về tín hiệu từ các cấu trúc hữu cơ và hoạt động của chúng. Thiết kế Sinh học chú trọng khai thác bộ máy của thế giới tự nhiên (cách mà tự nhiên lưu trữ và chuyển đổi năng lượng, sản xuất oxy, trung hòa các chất độc, xử lý ô nhiễm…) rồi vận hành những bộ máy đó theo đúng bản chất mà tự nhiên vẫn đang thực hiện để tồn tại.

Kiến trúc phỏng Sinh học (11)

Sự khác biệt giữa Thiết kế Sinh học (BioDesign) và Thiết kế Phỏng Sinh học (Biomimetic Design) về cơ bản nằm ở sự mô phỏng. Thiết kế Sinh học là bước tiến xa hơn của Thiết kế Phỏng sinh, khi trực tiếp dùng các thành phần sinh vật sống như một phần cần thiết trong thiết kế, thay vì chỉ nghiên cứu và chế tạo lại chúng bằng vật liệu của con người. Thiết kế sinh học thành lập nên các mối quan hệ giữa sản phẩm nhân tạo và sinh vật. Thiết kế sinh học cũng nhấn mạnh những thí nghiệm thay thế các công trình công nghiệp và máy móc cơ khí bằng một quá trình sinh học – cách tiếp cận ngày càng trở nên quan trọng hơn dưới áp lực của khủng hoảng khí hậu.  

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

 Bàn Rêu – Moss Table là một concept ứng dụng tiềm năng của công nghệ BPV (Bio-Photo-Voltaic) trong tương lai, hiện đang được nghiên cứu bởi Hội đồng nghiên cứu Kỹ thuật và Khoa học Vật lý (EPSRC) tại Anh. Công nghệ BPV hứa hẹn sẽ có thể tạo ra nguồn điện từ năng lượng ánh sáng, bằng cách khai thác sự quang hợp của các sinh vật sống như vi khuẩn lam, rêu, tảo hay thực vật có mạch. Từ đó tạo ra những thiết bị sinh học điện hóa, có khả năng chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện nhờ vào vật liệu sinh học.

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Quang hợp là một quá trình mà các loài thực vật chuyển đổi carbon dioxide từ không khí thành các hợp chất hữu cơ sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời, sau đó, chúng sử dụng lại các hợp chất hữu cơ này để phát triển. Khi quang hợp, thực vật giải phóng một số chất hữu cơ vào đất, trong đó có chứa vi khuẩn.  Vi khuẩn phân hủy hợp chất hữu cơ thực vật tổng hợp được thành những dạng mà chúng cần để tồn tại (như carbohydrate, protein và chất béo), giải phóng sản phẩm dư thừa bao gồm các electron.

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Moss Table khai thác các electron bị giải phóng của 112 chậu rêu đặt bên dưới mặt bàn, qua các sợi dẫn điện, tạo ra nguồn điện để thắp sáng đèn tự nhiên vào ban đêm. Tuy nhiên, Moss Table hiện tại chỉ có thể cung cấp năng lượng điện cho một thiết bị nhỏ như đồng hồ kỹ thuật số, với khoảng 50 milliwatt trên mỗi mét vuông (mW / m2) rêu, mà chưa đủ để duy trì đèn sáng.

 wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

wiki-designsvn-thiet-ke-sinh-hoc-phong-sinh-hoc-la-gi

Mặc dù vậy, các nhà khoa học dự đoán rằng thiết bị BPV trong tương lai có thể tạo ra đến 3W/m2. Cùng với đó, máy tính xách tay hoặc các sản phẩm tiêu thụ năng lượng thấp đồng thời đang được phát triển (ví dụ chiếc XO-1 của Quanta Computer chẳng hạn) có thể hoạt động ở mức độ tiêu thụ ít nhất là 1W điện. Với kịch bản tương lai này, Moss Table hoàn toàn có thể cung cấp năng lượng cho một sản phẩm điện như vậy trong hơn 12 giờ.

 

Comments

Share
be a pal and share this would ya?
Kiến trúc phỏng Sinh học