NUO EKO-DIZAINO KULTŪROS
IKI MEDŽIAGŲ STRUKTŪROS
Dr. Inga Valentinienė

3. Ekologiškų dizaino objektų projektavimas: KŪRIMAS

Biomimikrijos metodas

Gyvieji organizmai per natūralią atranką sukūrė gerai pritaikytas struktūras ir medžiagas. Žmonės per visą mūsų egzistavimo laikotarpį į savo sukurtas problemas atsakymų ieškojo gamtoje. Tai padėjo savimonei, savigydai ir atsparumui, aplinkos toleravimui, gebėjimui panaudoti natūralius medžiagų bei energijų šaltinius.

Kai gamtoje vykstančius reiškinius ir funkcionuojančius mechanizmus pradėjo analizuoti biologai, inžinieriai, konstruotojai, dizaineriai, technikos specialistai, tai pavadinta tarpdisciplininiu mokslu – bionika (iš graikų k.: βίος (bios) – gyvenimas)^[1]. Dabar vis dažniau šis mokslas vadinamas biomimikrija arba biomimetika^[2] (iš graikų k.: βίος (bios) – gyvenimas ir μίμησις (mīmēsis), imitacija, μιμεῖσθαι (mīmeisthai) – mėgdžioti, μῖμος (mimos) – aktorius).^[3]

Paprastai aiškinant, šio mokslo paskirtis yra inžineriškai atkartoti (imituoti) gamtos modelius, sistemas ir elementus naujų produktų kūrime, visų sričių technologijose, architektūroje ir infrastruktūroje.

Dėl plataus pritaikomumo spektro, biomimikrija praktiškai ir filosofiškai prisideda prie daugelio ekologinio projektavimo paradigmų, įskaitant eko-dizaino principus ir iš lopšio į lopšį metodą.

Gamtos dėsniai, kaip įkvėpimo šaltiniai, gali būti taikomi visais projektavimo etapais – nuo pradžios taško apibrėžimo iki objekto konstrukcijos projekto parengimo.

Biomimikrijos šalininkų įkvepėjai yra šios planetos bakterijos, grybeliai, augalai, gyvūnai ir kiti organizmai, kurie formuoja kraštovaizdį, cirkuliuoja maistines medžiagas, valo orą, vandenį ir netgi sukuria dirvožemį iš uolienų (iš neorganinio į organinį). Tai būtybės, kurios gali skristi aplink pasaulį be variklio, nardyti vandenyje be deguonies baliono ar sočiai atsigaivinti rūko šlakeliais. Jie tūno savo buveinėse, išnaudodami visas galimybes teritorijoje ir gerbdami tai, kas yra už jų teritorijos ribų. Jie gyvena panaudodami natūralias priemones paprastais prigimtiniais principais, nors žmonijai visa tai atrodo tikrais technologiniais stebuklais.

Tiriant organizmų veikimo būdus ir valdomus instrumentus, kelia nuostabą surinktų žaliavų asortimento paprastumas kuriamoms medžiagoms ir jų gamybos būdas, panaudojant tik vandenį, kūno temperatūrą bei masę. Dažnai vienų organizmų rūšių panaudotos medžiagos, perdirbamos ir pakartotinai sureguliuojamos kitų rūšių, vėl ir vėl panaudojant tik savą, vandens ir saulės energiją. Nenutrūkstama bendruomenių aplinkos priežiūra ne tik nuolat kuria, bet ir gydo bei gerina savo teritorijas. Tokia glaudi miškų, girių, pievų ir vandens telkinių sąveika yra geriausias pavyzdys siekiantiems pasaulį paversti švaria, tvaria ir gyvybinga planeta.

Atliekami tyrimai atskleidžia dešimtis įkvepiančių modelių, brėžinių, cheminių formulių ir procesų. Šias gyvybiškas sisteminas galima panaudoti projektuojant viską – pradedant smulkiais buitiniais reikmenimis ir baigiant miestais.

Emuliacija, tai pagrindinis metodo taikymo principas, kai visa sistema arba jos dalis imituojama kitos sistemos priemonėmis, neprarandant imituojamosios sistemos funkcinių galimybių. Tai reiškia, jog biomimikrijos metodo taikymas nepasireiškia per aklą organizmo formos kopijavimą arba veiksmų mėgdžiojimą. Pavyzdžiui, tiriant voro gebėjimus bei kuriamą aplinką, reikėtų išsiaiškinti jo gyvenimo visumą – šilko verpimo, tinklo mezgimo, pluošto sukibimo ir įtempimo bei kitus principus^[4].

Paprastai faunoje ar floroje yra trys biologiniai lygiai, kuriuos galima modeliuoti^[5]:
• pirmasis lygis yra natūralios formos imitavimas. Tai pats populiariausias biomimikrijos principas projektuojant naujus dizaino objektus. Nukopijuoti vaizdą yra lengviausia ir dažnai tai turi prasmės, pavyzdžiui, baldų srityje – kokono, kriaušės ir kiaušinio formos taikymas krėslams, ankšties forma hamakams, medžio kamieno ir šakų forma kabykloms, burbulo ar lašo forma šviestuvams ir pan.

3.7 pav. Bazelio Dizaino instituto I kurso studentų eskiziniai biomimikrijos projektai, 2018. Šveicarija

Dizaineriai nelinkę aklai kopijuoti formų, jas stilizuoja, išryškindami pasirinkto gyvio charakterį, kūno sudėtį, jo gyvenamosios aplinkos struktūrą ir kitus identiteto elementus (3.7 pav.). Tačiau vien charakteringų gamtos formų imitavimo nepakanka. Tikroji biomimikrijos ideologija įprasminama tuomet, kai suprojektuotas dizaino objektas savo išvaizda primena gyvą pirmavaizdį, gaminamas iš biologinės kilmės, lengvai perdirbamų, vienarūšių medžiagų ir yra funkcionalus – bioninės dalys funkcionuoja pagal gaminio paskirtį ir nėra tik dekoro elementai.

Įgyvendinti biomimikrijos metodo reikalavimus itin sunku. Interjero dizaino objektų gamybai dar vis trūksta ekologiškų konstrukcinių medžiagų. Joms keliami platesnio spektro reikalavimai nei, pavyzdžiui, statybų medžiagoms, kurias galima paslėpti po storu apdailos sluoksniu ir kurios gali būti masyvios bei sunkios. Baldų ar kitos interjero įrangos medžiagos turi būti organinės kilmės, homogeninės, atsparios atmosferos ir mechaniniam poveikiui, lengvos ir pasižyminčios išskirtinėmis standumo arba elastingumo ir tvirtumo savybėmis.

Kaip vieną iš sėkmingų biomimikrijos metodu sukurtų objektų, galima paminėti korinę plokštę. Korys, pagamintas iš kartono ir skirtas baldinių plokščių svorio lengvinimui. Tokių plokščių gamybos ir transportavimo kaštai mažesni, taupomos medienos žaliavos, korio gamybai nenaudojami klijai, plokštę lengviau perdirbti ir utilizuoti. Nors kartoninis korys pagal pirminę paskirtį skirtas plokščių užpildui, dizaineriai šią konstrukcinę medžiagą išradingai panaudoja įvairiems eko-dizaino objektams kurti (3.8 pav.).

3.8 pav. Sėdimieji baldai, pagaminti iš kartoninio korio. Flexiblelove, JAV
<http://www.flexiblelove.com/?html=design>

Korys – vienas iš populiariausių gamtos formų, naudojamų baldų pramonėje. Tokią formą lengva konstruoti ir gaminti, ji puikiai tinka modulinių baldų transformavimui. Dėl išgaunamų šešiakampių formų derinių dekoratyvumo, koriukas naudojamas ir kaip puošybinis elementas (3.9 pav.).

3.9 pav. Dekoratyvus, stilizuoto korio konstrukcijos stalas iš natūralios medienos. T-nut
<http://luxurytravelhotel.blogspot.com/2012/01/artistic-wooden-table-design.html>

Tokia korio imitacija vizualiai atpažįstama, stalo vaizdas estetiškas, neįprastas ir unikalus, tad patrauklus, tačiau šis objektas nėra sukurtas pagal biomimikrijos metodą. Stalo konstrukcija pagaminta naudojant mozaikos arba marketri techniką, smulkūs elementai, greičiausiai, sujungti klijais. Toks kūrinys reikalauja ypatingo tikslumo, imlumo laikui, energijai ir kaštams, o visumoje atlieka tokią pačią funkciją, kaip standartinės konstrukcijos stalas. Objektai, kurių dizainas grindžiamas tik gražumu, dažnai neatitinka ekologiško gaminio reikalavimų.

• Antras lygis, tai yra gyvų organizmų struktūrų imitavimas. Išskirtinėmis mechaninėmis savybėmis pasižyminčių medžiagų gamtoje sandara gana sudėtinga. Biologinių medžiagų susidarymo principų ir konstrukcinių struktūrų imitavimas lemia technologijų efektyvumą ir pažangą. Kaulai, dantys, perlamutras, krevečių kiautas yra puikūs pažeidimams atsparių medžiagų pavyzdžiai. Išskirtinis atsparumas atsiranda dėl sudėtingų procesų, vykstančių gyvuose organizmuose, siekiančių prisitaikyti prie specifinių konkurencijos ir išgyvenimo sąlygų. Grūdinimosi mechanizmai veikia įvairiose kūno dalyse – nuo molekulinių nano dalelių iki fiziologinių makro darinių (kiautų, ragų, odos, kailio, nagų ir pan.).

Projektuojant baldus galima taikyti įvairias struktūrines imitacijas: sąnarių struktūrą lankstumui, griaučių konstrukcijas stabilumui, kaulų atsparumą gniuždymo, lenkimo, tempimo ir kitoms jėgoms, augalų ir gyvūnų odos paviršių struktūrą ir cheminius junginius apsaugai nuo vandens bei ultravioletinių saulės spindulių ir t.t.

3.10 pav. Skaitmeninių ir rankų darbo gaminių hibridai. Shiran Magrisso, Moran Mizrahi ir Amit Zoran, 2017. JAV
<https://amitz.co/digitaljoints.html>

Hibridiniai dizaino gaminiai taip pat gali turėti ekologinių privalumų. Pavyzdžiui, (3.10 pav.) kėdutės kojų kryžminius susijungimo mazgus būtų sunku atlikti įprastais įrankiais ar įrengimais, o 3D spausdintuvu pagamintos jungtys, imituojančios grybų, augalų ir kaulų korėtąją struktūrą, jungia įvairiomis kryptimis nukreiptus elementus ir veikia kaip amortizuojantys kojaryšiai. Dėl jungčių paprastumo, konstrukcinius elementus lengva išrūšiuoti, perdirbti ar utilizuoti.

Vienas geriausių biomimikrijos metodo pritaikymų, imituojant konstrukcines struktūras, pavyzdys yra dizainerės Lilian van Daal's suprojektuotas naujo tipo minkštas krėslas (3.11 pav.).

3.11 pav. 3D spausdintuvu pagamintas minkštas krėslas, konstrukcinė struktūra sukurta imituojant augalų ląstelių struktūrą.
Lilian van Daal's, 2014. Nyderlandai
<https://www.youtube.com/watch?v=QyX6ZGuFgkc>

Šį homogeninį, 3D spausdintuvu pagamintą krėslą, galima 100 % perdirbti ir vėl gaminti naujus objektus. Vienarūšė ir monolitinė konstrukcija pakeičia įprastinių baldų mišrias konstrukcijas, kurias sudaro net keli skirtingų medžiagų sluoksniai: apdailinis gobelenas, minkštinančios medžiagos – porolonas, lateksas arba spyruoklės, sintetinis vatinas, neaustinės medžiagos, medinis karkasas, medienos smulkinių plokščių, tvirtinimo elementai ir kt. Jie sunkūs ir masyvūs, juos sunku išardyti ir išrūšiuoti. Dėl to suplyšę sofos ir foteliai dažnai ilgai riogso prie konteinerių, apleistų pastatų ir, kartais, net miškuose.

3D spausdintuvais galima gaminti sudėtingų formų ir struktūrų elementus. Sugadinus juos nesunku kompiuterizuotai atkurti ir pagaminti iš naujo. Tokie baldai ilgaamžiai ir lengvai prižiūrimi. Spausdinimo technologijos trūkumas yra tai, kad prototipams gaminti vis dar naudojamos sintetinės termoplastinės medžiagos. Pakeisti jas į bioplastiką – yra pagrindinis šių dienų uždavinys. Atliekama daugybė bandymų gaminti jį iš pluoštinių augalų sėklų aliejaus, augalinės celiuliozės, netgi krevečių kiautų ir vorų šilko baltymų mišinio^[6]. Gamintojai ir kiti informacijos šaltiniai teigia, jog šiuo metu pats populiariausias ir lengviausiai gaunamas bioplastikas – polilaktidas (PLA)^[7]. Iš šios medžiagos sukurti prototipai suteikia vilties, jog ne tik interjero dizaino objektai, bet ir buities reikmenys, įrenginiai, netgi drabužiai bus spausdinami būtent iš lengvai perdirbamo, gamtoje natūraliai suyrančio bioplastiko.

• Trečiajame lygyje imituojami natūralūs ekosistemų ir organizmo veikimo principai.

Didžioji dauguma baldų yra statiški dizaino objektai, todėl dinamiškas gamtos būtybių elgesys ar jų organizmų veikimo principai, šiai sričiai, mažiau aktualūs. Tačiau verta pagalvoti apie inovatyvius bioninės kilmės baldus jaunuoliams, kurie kartu galėtų augti arba biuro baldus, kai tenkinant ergonominius poreikius baldo pozicija turėtų kisti kelis kartus per darbo dieną. Tokių super baldų rinkoje jau yra, tačiau jų konstrukcija sudėtinga, gamybai naudojamos mišrios medžiagos ir yra brangūs (3.12 pav.).

3.12 pav. Ergonomiška, vis kitose pozicijose prie kūno formų prisitaikanti kėdė, 2019
<https://officechairjudge.com/most-comfortable-office-chair>

Tai naujas laukas baldų dizaineriams, ieškantiems bioninių sprendimų, kaip krėslus ir stalus paversti žmogaus kūno priedais, gerinančiais kasdienę darbo ir poilsio kokybę. Tai jau atsitiko su batais, kuprinėmis, medicininiais priedais, tai greitu laiku gali atsitikti ir su baldais, ypač skirtais sėdėjimui (3.13 pav.).

3.13 pav. Bioninė kėdė – kelnės. Noonee, 2019. Vokietija
<https://blog.123.design/robotics/exoskeleton-chair-that-is-almost-invisible>

Šiame lygyje taip pat reikia prisiminti žiedinės ekonomikos veikimo principus, objektus kurti kuo paprastesnės konstrukcijos ir gaminti iš vietinių atsinaujinančių žaliavų. Jeigu biomimikrijos metodu sukurti objektai bus gaminami išnaudojant darbuotojus ar parduodami prabangiose parduotuvėse, kurių išlaikymas pareikalaus didelių išteklių ir kaštų, arba tūkstančiais kilometrų gaminiai bus gabenami taršiais sunkvežimiais, tai jau nebus darnos su gamtos ir žmonijos ekosistema.

Biomimikrija nėra naujas išradimas, pagal gamtos principus žmogus gyveno tūkstančius metų, tiesiog, jos principų taikymas anksčiau buvo (galbūt) primityvus. Atsiradus civilizacijai ir atitrūkus nuo gamtos, ryšys nutrūko ir visa tai pasimiršo. Toks autistiškas požiūris gyvam pasauliui, išsivystė pajautus, jog materijas ir energiją iš gamtos galima pasiimti dykai ir, tarsi, jokios kitos pagalbos iš jos daugiau ir nebereikia. Tačiau iš naujo įtraukus natūralių sistemų įvairovę į kasdienį gyvenimą, per nuolatinį atsinaujinimą pavyktų išsaugoti darnią visumą. Cikliniuose procesuose naudojamos lengvai prieinamos gamtinės medžiagos ir energijos suvartojimo grįžtamasis ryšys sukuria bendradarbiavimą, lemiantį gerovę kiekvienai šiame procese dalyvaujančiai gyvybės rūšiai. Svarbu suvokti skirtumą, tarp biomimikrijos metodo panaudojimo ir, tiesiog, objekto gamybos iš ekologiškų, tokių kaip mediena, pluoštinės žaliavos, oda ar ragai, medžiagų. Emuliacijai svarbu gamtą pasirinkti kaip modelį, kaip mato vienetą ir kaip patarėją^[8].

Žmogus, kaip didesnės sistemos dalis, privalo prisidėti prie Žemės sveikos būsenos. Ir dizaineris šioje vietoje atlieka vieną iš pagrindinių vaidmenų, nes dizaino sprendimai, atitinkantys tvarius prigimtinius etalonus, prisideda prie žmonijos išgyvenimo tolimoje perspektyvoje^[9].

^[1] Terminą „bionika“ 1958 m. sukūrė amerikiečių medicinos specialistas Jack E. Steele. Tuomet, kaip fantastikos ir inovacijų viršūnė buvo įsivaizduojamos biologinių kūnų ir elektronikos kombinacijos. Jo įkvėptas rašytojas Martin Caidin sukūrė romaną „Kiborgas“, sukurta daugybė fantastinių kino filmų su herojais, kuriems elektromechaniniai implantai suteikė viršžmogiškas galias.

^[2] Terminas “biomimetika” dažniausiai vartojamas kalbant apie chemines reakcijas, kurios gamtoje yra susijusios su biologinėmis makromolekulėmis (pvz., fermentais, nukleorūgštimis ir pan.).

^[3] Benyus, J. A Biomimicry Primer. [interaktyvus]. Biomimicry 3.8 [žiūrėta 2019 spalio 10 d.]. Prieiga per internetą: <https://biomimicry.net/the-buzz/resources/a-biomimicry-primer>

^[4] Rusmadiah, A., Mahamood, M., Zain D'zul, H.Md., Kamal. M., Aziz. A., Hasdinor, H.O., Zainal. A.Sh. Proceedings of the Art and Design International Conference. Šveicarija: AnDIC, Springer, 2016.

^[5] Baumester, D. Biomimicry Resource Handbook. A Seed Bank of Best Practices // Biomimicry 3.8. USA: Missoula, Montana, 2014.

^[6] A fully degradable bioplastic derived from shrimp shells and silk protein [interaktyvus]. Wyss Institute [žiūrėta 2019 spalio 02 d.]. Prieiga per internetą: <https://wyss.harvard.edu/technology/chitosan-bioplastic>

^[7] PLA – populiariausias plastikas 3D spausdinimui, tai vienas iš labiausiai pritaikytu plastikų šiai technologijai.
Tai ekologiškas biopolimeras, kuris gali būti gaminamas iš kukurūzų, bulvių ar cukrinių runkelių, todėl spausdinant neskleidžia kenksmingų dūmų. Natūraliai PLA yra skaidrus ir lengvai dažomas įvairiomis spalvomis bei skaidrumo laipsniais. Atspausdinti objektai yra blizgūs ir jų paviršių galima šlifuoti švitriniu popieriumi. Daugelis vertina augalinę PLA plastiko kilmę ir teikia pirmenybę jo pusiau saldžiam kvapui, išsiskiriančiam spausdinimo metu. Lyginant su kitomis 3D spausdinimo medžiagomis, naudojant PLA galima pasiekti maksimalius spausdinimo greičius, mažesnius sluoksnių storius, aiškesnes gaminio paviršiaus detales. Dėl žemos lydimosi temperatūros reikia įvertinti PLA naudojimo aplinką, nes jau esant 65°C medžiaga pradeda minkštėti. Spausdinimo temperatūros ribos yra 210-240°C.
Plačiau: Kas yra PLA plastikas? [interaktyvus]. 3D gamyba [žiūrėta 2019 m. gegužės 11 d.]. Prieiga per internetą: <http://3dgamyba.lt/kas-yra-pla-plastikas>

^[8] Plačiau apie gamtą, kaip modelį, mato vienetą ir patarėją:
1. Biomimicry in the Built World: Consulting Nature as Model, Measure, and Mentor [interaktyvus]. Youtube [žiūrėta 2019 m. gegužės 11 d.]. Prieiga per internetą: <https://www.youtube.com/watch?v=yVHtAjQoWmg>
2. Design at the Intersection of Technology and Biology [interaktyvus]. Neri Oxman | TED Talks. Youtube [žiūrėta 2019 m. gegužės 11 d.]. Prieiga per internetą: <https://www.youtube.com/watch?v=CVa_IZVzUoc>

^[9] Plačiau apie biomimikrijos metodus: Chakrabarti, A., Research into Design for a Connected World. Šveicarija: Proceedings of ICoRD, Springer, 2019.