Bioarchitectuur – nl

Samenvatting

We realiseren ons dat de aarde niet meer in alles oneindig is. Ruimte, lucht, water, energie en grondstoffen zijn beperkt. Het is noodzakelijk en absoluut onontkoombaar meer duurzaam en cyclisch te bouwen. Naast het besef van deze mondiale ontwikkeling is er een locale ontwikkeling gaande, waarin burgers – wonend in de grote planologische woon- en leefgebieden – hun gevoel van eigenheid hebben verloren. Zij zoeken naar zelfredzaamheid. Er is meer burgerinitiatief, en collectief particulier opdrachtgeverschap dat kleinschalige bouwprojecten oplevert met locale aannemers en uit de omgeving betrokken materialen. Het verminderen van globale planning leidt tot zelforganisatie met een enorme diversiteit aan vormen in de woon- en leefruimte.

De natuur kent geen afval. Output voor de één is input voor de andere. Organismen maken materialen uit grondstoffen uit hun directe omgeving en leven samen in verfijnde en complexe organisaties waarin elk organisme een eigen rol speelt en andere eigenschappen bezit. De verscheidenheid aan vormen is enorm. Kleinschaligheid, lokaliteit, diversiteit en cyclische processen: de natuur is opnieuw een bron van inspiratie. Biomimicry is bijvoorbeeld een nieuw onderzoeksgebied dat zich bezig houdt met het bestuderen van mogelijkheden om biologische oplossingen toe te passen in moderne techniek en organisatievormen.

Naast de vele voorbeelden van cycli laat de natuur ons ook zien hoe biologische processen op elk schaalniveau  (bijv. chemische processen in bacteriën, de structuur van botten, de klimatologische werking van termietenheuvels, sociaal gedrag in bijen- en mierenkolonies etc.) erg efficiënt en adaptief kunnen zijn. Natuurlijke selectie dwingt soorten om adequaat op hun omgeving aan te passen en hebben daardoor een groter voordeel op overleven. Naast dit darwinistische principe werken er ook twee andere principes die efficiëntie en adaptatie van biologische processen vergroten. Deze spreken de evolutietheorie overigens niet tegen, maar liggen juist in haar verlengde.

In On Growth and form schrijft D’Arcy Wentworth Thompson over de ontwikkeling van vorm van organismen en de transformatie van vorm.  Hij laat zien dat exoskeletten van algen opvallend vaak gelijkenissen vertonen met gekristalliseerde zeepbellen. Zeepbellen zijn energetische minimaaloppervlakten die hun vorm ontlenen aan een puur fysische krachtenspel. Een aantal architecten hebben zich hiermee bezig gehouden. In de jaren 70 en 80 vorige eeuw bestudeerde Frei Otto (bekend van het Olympisch stadion in München) de architectonische mogelijkheden van minimaaloppervlakten.  In 2008 namen PTW architects en Arup voor het Beijing National Aquatics center  geclusterde zeepbellen in de vorm van een Weaire-Phelan structuur als voorbeeld. Vormvinding is een omvattende term waarmee men het ontstaan van vorm uit een (fysisch) krachtenspel aangeeft. Parametrisch ontwerpen is in deze zin ook een vorm van vormvinding. De ontwikkeling van dit gebied wordt versneld door de komst van steeds goedkopere en snellere 3d printers, waarmee digitale objecten reëel kunnen worden gemaakt en daardoor beter kunnen worden bestudeerd en beoordeeld.

Een tweede principe komt voort uit  onderzoek naar het gedrag van niet-lineaire systemen. In de loop van de jaren 90 van de vorige eeuw  verschijnen publicaties over orde, chaos, emergente eigenschappen en complexiteit. Tegenwoordig spreekt men over complexe adaptieve systemen (CAS). Deze systemen zijn uitermate interessant. Relatief naïeve agents kunnen, slechts met een klein aantal gedragsregels en zonder dat er een blauwdruk of globale kennis aan ten grondslag ligt, op systeemniveau bijzondere eigenschappen vertonen. Deze zogenoemde emergente eigenschappen hebben vaak betrekking op een efficiënte strategie, gedrag of vorm. Zij hebben op hun beurt – en dat is wezenlijk voor een CAS – een regulerende invloed op de interacterende agents. Men spreekt dan over zelforganisatie. Het vinden van de kortste weg naar een voedselbron door mieren en de ontwikkeling van leervermogen door machines en dieren zijn voorbeelden van emergente eigenschappen. De emergente eigenschappen die betrekking hebben op vorm, zijn bijvoorbeeld de klimatologische efficiënte termietenheuvels en de groepsvormen van zwermen vogels, wielrenners en scholen vissen. Emergente vormen uit CAS worden door architecten nog nauwelijks onderzocht. In Nederland is de vakgroep Hyperbody o.l.v. Kas Oosterhuis aan de TU Delft bezig met deze materie.

In deze paper schrijf ik over de beginselen van dit te ontginnen terrein en doe ik een aantal suggesties voor complex adaptieve systemen waaruit architecturale vormen zouden kunnen ontstaan. Tot slot ga ik na wat nodig is om deze vormen om te zetten in echte bouwwerken en of zij wel aan de verwachtingen kunnen voldoen.

januari 2015

1.0 Inleiding

2.0 Architectuur – het bouwproces – tendensen

Mondiale noodzaak: duurzaam en cyclisch bouwen.

Het verlies van eigenheid van een plek: burgerinitiatief, kleinschalige bouwprojecten, zelfredzaamheid, lokaliteit van materialen en economie.

Diversiteit en zelforganisatie

3.0 Biologie

Natuur als inspiratiebron: vormvinding

Complexe adaptieve systemen (CAS)

Zelforganisatie en autopoeise

4.0 Bioarchitectuur

Het bouwproces als een CAS

 Zelforganisatie en architectuur

5.0 Slot