Biomimetische Architektur

Die biomimetische Architektur ist eine zeitgenössische Architekturphilosophie, die nach Lösungen für die Nachhaltigkeit in der Natur sucht, nicht durch Nachbildung der natürlichen Formen, sondern durch das Verständnis der Regeln, die für diese Formen gelten. Es handelt sich um einen multidisziplinären Ansatz für nachhaltiges Design, der auf einer Reihe von Prinzipien und nicht auf stilistischen Codes beruht. Es ist Teil einer größeren Bewegung, die als Biomimikry bekannt ist, nämlich die Untersuchung der Natur, ihrer Modelle, Systeme und Prozesse mit dem Ziel, Inspiration zu gewinnen, um von Menschen verursachte Probleme zu lösen.

Geschichte
Die Architektur hat die Natur schon lange als Inspirationsquelle genutzt. Biomorphismus, oder die Einbeziehung von natürlichen, existierenden Elementen als Inspiration im Design, entstand möglicherweise mit dem Beginn von menschengemachten Umgebungen und ist heute noch präsent. Die alten Griechen und Römer integrierten natürliche Motive in Design wie die Baum inspirierten Säulen. Spätantike und byzantinische Arabeskenranken sind stilisierte Versionen der Akanthuspflanze. Varro’s Aviary in Casinum aus dem Jahr 64 v. Chr. Rekonstruierte eine Welt in Miniatur. Ein Teich umgab eine gewölbte Struktur an einem Ende, die eine Vielzahl von Vögeln enthielt. Ein steinernen Säulengang hatte Zwischensäulen von lebenden Bäumen.

Die 1882 begonnene Kirche Sagrada Família von Antoni Gaudi ist ein bekanntes Beispiel dafür, wie die funktionalen Formen der Natur für ein strukturelles Problem eingesetzt werden können. Er verwendete Säulen, die die sich verzweigenden Kronen von Bäumen modellierten, um statische Probleme beim Stützen des Gewölbes zu lösen.

Organische Architektur nutzt von der Natur inspirierte geometrische Formen und versucht, den Menschen mit seiner Umgebung zu verbinden. Kendrick Bangs Kellogg, ein praktizierender organischer Architekt, glaubt, dass „vor allem die organische Architektur uns immer wieder daran erinnern sollte, Mutter Natur nicht als selbstverständlich zu betrachten – arbeite mit ihr und erlaube ihr, dein Leben zu führen.“ Verhindere sie, und die Menschheit wird der Verlierer sein. „Dies entspricht einem anderen Leitprinzip, nämlich dass die Form dem Fluss folgen und nicht gegen die dynamischen Kräfte der Natur arbeiten soll. Der Kommentar des Architekten Daniel Liebermann zur organischen Architektur als Bewegung unterstreicht die Rolle der Natur beim Bauen: „… ein wahreres Verständnis davon, wie wir sehen, ist mit unserem Geist und Auge die Grundlage für alles Organische. Das Auge und das Gehirn des Menschen entwickelten sich über Äonen von Zeit, von denen die meisten innerhalb der riesigen ungehinderten und ungepflegten Landschaft unserer edenischen Biosphäre waren! Wir müssen jetzt für unsere Modelle in die Natur gehen, das ist klar! „Organische Architekten nutzen künstliche Lösungen mit einer von der Natur inspirierten Ästhetik, um ein Bewusstsein für die natürliche Umgebung zu schaffen, anstatt sich auf die Lösungen der Natur zu verlassen.

Metabolistische Architektur, eine Bewegung, die in Japan nach dem Zweiten Weltkrieg präsent war, betonte die Idee der endlosen Veränderung in der biologischen Welt. Metabolisten förderten flexible Architektur und dynamische Städte, die den Bedürfnissen einer sich verändernden städtischen Umwelt gerecht werden konnten. Die Stadt wird mit einem menschlichen Körper verglichen, in dem ihre einzelnen Bestandteile geschaffen werden und veraltet werden, aber das Wesen als Ganzes entwickelt sich weiter. Wie die einzelnen Zellen eines menschlichen Körpers, die wachsen und sterben, obwohl der menschliche Körper weiterhin lebt, befindet sich auch die Stadt in einem kontinuierlichen Zyklus von Wachstum und Veränderung. Die Methodik der Metabolisten sieht die Natur als eine Metapher für den Menschen gemacht. Die Helix-Stadt von Kisho Kurokawa ist der DNA nachempfunden, verwendet sie jedoch eher als strukturelle Metapher als für die ihr zugrundeliegenden Eigenschaften ihres Zwecks der genetischen Kodierung.

Die biomimetische Architektur geht über die Nutzung der Natur als Inspiration für die ästhetischen Komponenten der gebauten Form hinaus, sondern versucht, die Natur zu nutzen, um die Probleme der Gebäudefunktion zu lösen. Biomimicry bedeutet Leben zu imitieren und stammt aus den griechischen Wörtern bios (Leben) und mimesis (imitieren). Die Bewegung ist ein Zweig der neuen Wissenschaft, die von Janine Benyus in ihrem 1997 erschienenen Buch Biomimicry: Innovation Inspired by Nature als einer definiert wurde, der die Natur studiert und dann von seinen Entwürfen und Prozessen zur Lösung menschlicher Probleme imitiert oder inspiriert. Anstatt das Gebäude als eine Maschine zum Leben zu betrachten, fordert die Biomimikry die Architekten dazu auf, ein Gebäude als eine lebende Sache für ein Lebewesen zu betrachten.

Eigenschaften
Biomimetische Architektur nutzt die Natur als Modell, Maßstab und Mentor, um Probleme in der Architektur zu lösen. Es ist nicht dasselbe wie biomorphe Architektur, die natürliche existierende Elemente als Inspirationsquellen für ästhetische Formkomponenten verwendet. Stattdessen betrachtet die biomimetische Architektur die Natur als ein Modell, um von natürlichen Entwürfen und Prozessen zu imitieren oder sich von ihnen inspirieren zu lassen, und wendet sie auf Menschen an. Es nutzt die Natur als Maß, dh die Biomimik verwendet einen ökologischen Standard, um die Effizienz menschlicher Innovationen zu beurteilen. Die Natur als Mentor bedeutet, dass Bionik nicht versucht, die Natur auszunutzen, indem materielle Güter daraus extrahiert werden, sondern die Natur als etwas schätzt, von dem Menschen lernen können.

Architektonische Innovationen, die auf Architektur reagieren, müssen nicht einer Pflanze oder einem Tier ähneln. Wenn Form der Funktion eines Organismus innewohnt, dann kann ein Gebäude, das den Prozessen einer Lebensform nachempfunden ist, auch wie der Organismus aussehen. Architektur kann natürliche Formen, Funktionen und Prozesse nachbilden. Obwohl es ein zeitgenössisches Konzept in einem technologischen Zeitalter ist, beinhaltet die Biomimik nicht die Integration komplexer Technologien in die Architektur. Als Antwort auf frühere architektonische Bewegungen strebt die biomimetische Architektur danach, radikale Steigerungen der Ressourceneffizienz zu erreichen, in einem geschlossenen Regelkreis statt linear zu arbeiten (in einem geschlossenen Kreislauf zu arbeiten, der keine konstante Aufnahme von Ressourcen benötigt) und sich auf Solar zu verlassen Energie statt fossiler Brennstoffe. Der Designansatz kann entweder vom Design zur Natur oder von der Natur zum Design funktionieren. Design to nature bedeutet, ein Designproblem zu identifizieren und ein paralleles Problem in der Natur für eine Lösung zu finden. Ein Beispiel dafür ist das Bionic-Auto von DaimlerChrysler, das auf den Kofferfisch abzielt, um einen aerodynamischen Körper zu bauen. Die Designmethode ist ein lösungsorientiertes, biologisch inspiriertes Design. Designer beginnen mit einer spezifischen biologischen Lösung und wenden sie auf das Design an. Ein Beispiel dafür ist Stos Lotusanstrich, der selbstreinigend ist, eine Idee, die von der Lotusblüte präsentiert wird, die aus den sumpfigen Gewässern reinkommt.

Drei Ebenen der Mimikry
Biomimikry kann auf drei Ebenen arbeiten: dem Organismus, seinen Verhaltensweisen und dem Ökosystem. Gebäude auf der Ebene des Organismus ahmen einen spezifischen Organismus nach. Allein auf dieser Ebene zu arbeiten, ohne nachzuahmen, wie der Organismus an einem größeren Kontext teilnimmt, reicht möglicherweise nicht aus, um ein Gebäude zu schaffen, das sich gut in seine Umgebung integriert, weil ein Organismus immer funktioniert und auf einen größeren Kontext reagiert. Auf der Verhaltensebene ahmen Gebäude nach, wie sich ein Organismus verhält oder sich auf seinen größeren Kontext bezieht. Auf der Ebene des Ökosystems ahmt ein Gebäude den natürlichen Prozess und Zyklus der größeren Umwelt nach. Ökosystemprinzipien folgen, dass Ökosysteme (1) von zeitgenössischem Sonnenlicht abhängig sind; (2) Optimierung des Systems statt seiner Komponenten; (3) sind auf die örtlichen Gegebenheiten abgestimmt und von diesen abhängig; (4) sind vielfältig in Komponenten, Beziehungen und Informationen; (5) Schaffung günstiger Bedingungen für ein nachhaltiges Leben; und (6) Anpassung und Entwicklung auf verschiedenen Ebenen und mit unterschiedlichen Raten. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass eine Reihe von Komponenten und Prozessen ein Ökosystem bilden und dass sie miteinander und nicht gegen einander arbeiten müssen, damit das Ökosystem reibungslos funktioniert. Damit architektonisches Design die Natur auf Ökosystemebene nachahmt, sollte es diesen sechs Prinzipien folgen.

Beispiele für Biomimikry in der Architektur

Organismus-Ebene
Auf der Ebene des Organismus betrachtet die Architektur den Organismus selbst und wendet seine Form und / oder Funktionen auf ein Gebäude an.

Norman Fosters Gherkin Tower (2003) hat eine sechseckige Haut, die vom Venus Flower Basket Sponge inspiriert ist. Dieser Schwamm sitzt in einer Unterwasserumgebung mit starken Wasserströmungen und sein gitterartiges Exoskelett und die runde Form helfen, diese Belastungen auf den Organismus zu verteilen.

Das Eden Project (2001) in Cornwall, England, ist eine Serie von künstlichen Biomen mit Kuppeln, die nach Seifenblasen und Pollenkörnern modelliert sind. Grimshaw Architects schauten auf die Natur um eine effektive Kugelform aufzubauen. Die resultierenden geodätischen hexagonalen Blasen, die mit Luft aufgeblasen wurden, waren aus Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) konstruiert, einem Material, das sowohl leicht als auch stark ist. Der letzte Aufbau wiegt weniger als die enthaltene Luft.

Verhaltensstufe
Auf der Verhaltensebene ahmt das Gebäude nach, wie der Organismus mit seiner Umgebung interagiert, um eine Struktur zu bilden, die auch ohne Widerstand in die Umgebung passt.

Termitenhügel Namibia
Das Eastgate Center, das vom Architekten Mick Pearce in Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von Arup Associates entworfen wurde, ist ein großer Büro- und Einkaufskomplex in Harare, Simbabwe. Um mögliche Kosten für die Regulierung der inneren Temperatur des Gebäudes zu minimieren, schaute Pearce auf die selbstkühlenden Hügel afrikanischer Termiten. Das Gebäude hat keine Klimaanlage oder Heizung, sondern regelt seine Temperatur mit einem passiven Kühlsystem, das von den selbstkühlenden Hügeln afrikanischer Termiten inspiriert ist. Die Struktur muss jedoch nicht wie ein Termitenhügel aussehen, um wie eine zu funktionieren und stattdessen ästhetisch aus indigenen Zimbabwe-Gemäuer ziehen.

Das Qatar Cacti Building, das von den in Bangkok ansässigen Aesthetics Architects für den Minister für kommunale Angelegenheiten und Landwirtschaft entworfen wurde, ist ein geplantes Gebäude, das die Beziehung des Kaktus zu seiner Umgebung als Modell für den Bau in der Wüste nutzt. Die funktionalen Prozesse im Hintergrund sind inspiriert von der Art, wie sich Kakteen in einem trockenen, sengenden Klima erhalten. Sonnenschirme an den Fenstern öffnen und schließen sich als Reaktion auf Hitze, genau so wie der Kaktus in der Nacht und nicht tagsüber Transpiration erfährt, um Wasser zu speichern. Das Projekt erreicht die Ökosystemebene im angrenzenden Botanischen Dom, dessen Abwasser-Management-System wassersparenden Prozessen folgt und minimale Abfallmengen aufweist. Durch die Einbeziehung lebender Organismen in die Abbauphase des Abwassers werden die externen Energiequellen minimiert, die zur Erfüllung dieser Aufgabe benötigt werden. Die Kuppel würde einen klimatisierten und luftkontrollierten Raum schaffen, der für den Anbau einer Nahrungsquelle für die Angestellten genutzt werden kann.

Ökosystem-Ebene
Aufbauend auf der Ökosystem-Ebene wird imitiert, wie die Umgebung vieler Komponenten zusammenarbeitet und tendenziell im urbanen Maßstab oder ein größeres Projekt mit mehreren Elementen statt einer Einzelstruktur ist.

Das von Graham Wiles in Wakefield, Großbritannien, gegründete Projekt Cardboard to Caviar ist ein zyklisch geschlossenes System, das Abfall als Nährstoff nutzt. Das Projekt bezahlt Restaurants für ihre Pappe, zerkleinert sie und verkauft sie an Reitzentren für Pferdeeinstreu. Dann wird die verschmutzte Streu gekauft und in ein Kompostierungssystem gegeben, das viele Würmer produziert. Die Würmer werden an Rogenfische verfüttert, die Kaviar produzieren, der an die Restaurants verkauft wird. Diese Vorstellung von Verschwendung für einen als Nährstoff für einen anderen hat das Potenzial, in ganze Städte übersetzt zu werden.

Das von der Firma Exploration Architecture entworfene Sahara Forest Project ist ein Gewächshaus, das darauf abzielt, allein auf Solarenergie zu setzen, um als Zero-Waste-System zu funktionieren. Das Projekt ist auf der Ökosystem-Ebene, weil seine vielen Komponenten in einem zyklischen System zusammenarbeiten. Nachdem sie herausgefunden hatten, dass die Wüsten früher von Wäldern bedeckt waren, beschloss Exploration, an den Wald- und Wüstengrenzen zu intervenieren, um die Desertifikation umzukehren. Das Projekt ahmt den namibischen Wüstenkäfer nach, um den Klimawandel in einer trockenen Umgebung zu bekämpfen. Es beruht auf der Fähigkeit des Käfers, seine Körpertemperatur zu regulieren, indem es tagsüber Wärme akkumuliert und Wassertropfen sammelt, die sich auf seinen Flügeln bilden. Die Gewächshausstruktur verwendet Salzwasser zur Verdunstungskühlung und Befeuchtung. Die verdampfte Luft kondensiert zu frischem Wasser, so dass das Gewächshaus nachts heiß bleiben kann. Dieses System produziert mehr Wasser, als die Innenpflanzen benötigen, so dass der Überschuss für die umliegenden Pflanzen ausgebracht wird, um zu wachsen. Solarkraftwerke arbeiten von der Idee, dass symbiotische Beziehungen in der Natur wichtig sind, indem sie Sonne sammeln und gleichzeitig Pflanzen Schatten spenden. Das Projekt befindet sich derzeit in der Pilotphase.

Lavasa, Indien ist eine geplante 8000-Morgen-Stadt von HOK (Hellmuth, Obata und Kassabaum) geplant für eine Region von Monsun-Überschwemmungen. Das HOK-Team stellte fest, dass das ursprüngliche Ökosystem des Standortes ein feuchter Laubwald war, bevor es zu einer trockenen Landschaft wurde. Als Reaktion auf die Überschwemmungen in der Saison entwarfen sie die Gebäudegrundlagen, um Wasser wie die früheren Bäume zu speichern. Die Dächer der Stadt ahmen das Banyan-Feigenblatt nach, das zu seinem Tropfspitzensystem schaut, das Wasser ablaufen lässt, während es gleichzeitig seine Oberfläche säubert. Die Strategie, überschüssiges Wasser durch Kanäle zu bewegen, stammt von lokalen Erntemedizinern, die Mehrwegkanäle nutzen, um Wasser von ihren Nestern abzuleiten.

Kritikpunkte
Biomimikry wurde kritisiert, den Menschen von der Natur zu distanzieren, indem er die beiden Begriffe als getrennt und voneinander unterschieden definierte. Die Notwendigkeit, den Menschen im Unterschied zur Natur zu kategorisieren, bestätigt die traditionelle Definition der Natur, nämlich dass diese Dinge oder Systeme unabhängig von der menschlichen Absicht entstehen. Joe Kaplinsky argumentiert weiter, dass das Bionikimage, wenn es sich auf das Design der Natur stützt, die Überlegenheit naturgegebener Lösungen gegenüber dem Menschen voraussetzt. Indem sie die Systeme der Natur verehren und das menschliche Design abwerten, können biomimetische Strukturen nicht mit der vom Menschen verursachten Umwelt und ihren Problemen Schritt halten. Er behauptet, dass die Evolution innerhalb der Menschheit kulturell auf technologischen Innovationen statt auf ökologischer Evolution basiert. Architekten und Ingenieure bauen ihre Entwürfe jedoch nicht streng aus der Natur heraus, sondern verwenden nur Teile davon als Inspiration für architektonische Lösungen. Da das Endprodukt tatsächlich eine Verschmelzung von natürlichem Design mit einer menschlichen Innovation ist, kann Biomimikry tatsächlich so verstanden werden, dass es Mensch und Natur in Einklang bringt.