37
abc specjalisty
warsztat architekta
biomimetyka
Metody projektowe odwzorowujące naturę
Wiele algorytmów symulujących zjawiska występujące w przyro-
dzie jest znana światu nauki od dziesięcioleci. Praktyka architekto-
niczna jako dziedzina złożona poszukuje rozwiązań w pierwszej
kolejności w formie pawilonów, rzeźb czy instalacji. Dopiero
wcześniej zbadane techniki materiałowe czy też projektowe mają
prawo zaistnieć w architekturze skali budynku. Jednym z ekspery-
mentów w dziedzinie architektury, poszukującym rozwiązań czy
też nowych metod projektowych w naturalnych procesach, jest
instalacja The Swarm zrealizowana w 2011 roku na „The Institute
for Emerging Technologies at TU Munich”. Forma stanowi
rezultat interdyscyplinarnej współpracy wydziałów architektury,
inżynierii lądowej i geodezji. W projekcie zdecydowano się na
symulację ruchu ptaków jako całego stada, który w statycznej
formie jest wyrażony poprzez zatrzymanie układu organizmów
w trakcie lotu. Instalację, czy też rzeźbę architektonicznę, jak
została ona nazwana przez autorów, zrealizowano z wykorzy-
staniem cyfrowej fabrykacji. 211 różnych elementów wykonano
techniką konturowania, czyli wycinania obrysu elementów w pła-
skich arkuszach, kompozytu blachy aluminiowej oraz tworzywa
sztucznego. Ciekawym zabiegiem wykorzystanym w projekcie
14-metrowej struktury było wykonanie wszystkich indywidual-
nych trójwymiarowych obiektów jako płaskich elementów, które
w trakcie montażu były zginane we wcześniej wygrawerowanych
krawędziach, ograniczając liczbę części, a co za tym idzie – przy-
spieszając proces budowy. Rzeźba nie stanowi dowodu na racjo-
nalne zastosowanie biomimetyki w dziedzinie budownictwa, jest
jednak próbą wykorzystania naturalnych procesów w dziedzinie
projektowania bazującego na cyfrowych narzędziach oraz meto-
dach fabrykacji wykorzystywanych przez architektów.
Powyżej opisany algorytm stada nie jest jedyną metodą poszu-
kiwania rozwiązań opartych na zachowaniu populacji prostych
organizmów tworzących zaawansowane żywe systemy. Drugim
z algorytmów emergencji, który znalazł zastosowanie w dzie-
dzinie projektowania, jest zaproponowany przez Marco Dorigo
w 1992 roku algorytm mrówkowy. W naturalnym środowisku
mrówki, poruszając się w losowy sposób, poszukują pożywienia,
a jako organizm stadny po jego znalezieniu komunikują się z pozo-
stałymi poprzez pozostawienie śladu w postaci feromonu. Kiedy
kolejne jednostki znajdują się w jego pobliżu, zmieniają kierunek
poruszania się, ponownie wzmacniając wcześniej pozostawioną
ścieżkę. Metoda pozwala na wyeliminowanie ścieżek, które nie
służą spełnieniu określonego celu, optymalizując przemieszczanie
się obiektów w celu poprawy wydajności stada. Ta koncepcja jest
Współczesne narzędzie projektowe – algorytm
Rozwój cyfrowych narzędzi – komputerów – pozwala projektan-
tom na przeprowadzanie skomplikowanych obliczeń, wcześniej
zarezerwowanych jedynie dla dużych ośrodków naukowych.
Współczesna architektura w coraz większym stopniu opiera się
na programowaniu, algorytmicznym poszukiwaniu rozwiązań,
a komputer przestaje stanowić jedynie zaawansowaną deskę
kreślarską, stając się laboratorium mającym na celu poszukiwanie
najlepszych rozwiązań. Biomimetyka w dziedzinie projektowania
architektonicznego nie jest współczesnym wynalazkiem, jednak
dzięki rozwojowi metod algorytmicznych możliwe jest kompu-
terowe symulowanie procesów, ocena rozwiązań oraz wsparcie
często skomplikowanych metod wytwarzania cyfrową fabrykacją.
Obecnie w projektowaniu architektonicznym korzysta się już
z wielu algorytmów na wzór naturalnych procesów, takich jak
optymalizacja ewolucyjna czy proces samoorganizacji, jednak
jednym z bardziej inspirujących i najrzadziej wykorzystywa-
nych w architekturze jest emergencja – zjawisko tworzenia
skomplikowanych form poprzez wiele małych jednostek dzia-
łających w oparciu o zestaw prostych reguł. Dobrym przykła-
dem ułatwiającym zrozumienie działania emergencji jest ludzki
mózg, który jako zaawansowany układ jest zbudowany z sieci
100 miliardów neuronów, czyli prostych komórek, mających
na celu wyłącznie przetwarzanie oraz przewodzenie sygnału
elektrycznego.
Jednym z procesów emergencji znajdującym przykłady zasto-
sowania w dziedzinie architektury, jest algorytm stada (
boids
),
który został opisany w 1987 roku przez Craiga Raynoldsa.
Przedstawia on metodę symulacji poruszania się stad obiektów
jedynie na podstawie prostych zasad pojedynczych organi-
zmów, które indywidualnie podejmują decyzje dotyczące
kierunku przemieszczania na podstawie trzech prostych kry-
teriów: rozdzielności (uniknięcie kolizji), spójności (zachowania
maksymalnej dopuszczalnej odległości od stada) oraz wyrów-
nania (dostosowania kierunku ruchu względem otaczających
organizmów grupy). Z pozoru proste zasady pozwalają na
realistyczne, zbiorowe symulowanie ruchu zespołu obiektów
takich jak stada, ławice czy roje. Powyższa metoda może
wydawać się abstrakcyjna w kontekście projektowania architek-
tonicznego, jednak dzięki zastosowaniu opisanego algorytmu
wykonywane są symulacje ewakuacji osób w budynkach, które
już na etapie koncepcyjnym pozwalają na znalezienie prze-
strzeni mogących potencjalnie utrudnić przewidziane zadania
oraz wprowadzenie odpowiednich zmian w projekcie.
