18

Тема 3. Основи біонічних досліджень

1. Біоморфологічні та біомеханічні особливості живих організмів.

2. Біотектонічні форми та структури у дизайні.

3. Колористика природних утворень.

4. Органолептичні особливості живих організмів.

1. Біоморфологічні та біомеханічні особливості живих організмів

У природі функція і форма тісно переплетені. У структурно-функціональній організації предметного сере­довища, створенні біотехнічних систем особливе місце від­водиться використанню біоморфологічних ,біомеханічних особливостей живих організмів та природних структур. Як показує практика, це доцільно у тому разі, коли в результаті формотворення об'єкт розробки та об'єкт-прототип виконують однакові або подібні завдання.

Освоєння природних аналогів у біодизайні вирішується зіставленням штучних і природних систем. Єдність і подібність матеріального світу обох систем уможливлює зовнішню імітацію, асоціативно-образну інтерпретацію природних форм та обґрунтування проблеми моделювання біоформ на основі природних аналогів.

Морфологічні особливості зовнішніх форм та структур живих організмів

Біоморфологія – напрямок у біодизайні, що досліджує форми природних організмів та їх використання у формотворенні.

Одне з головних понять, яке використовують у практиці предметного дизайну, – поняття форми. Головне завдання біодизайну – втілення морфологічного образу предмета у матеріалі

Об'ємно-просторова форма предмета містить такі аспекти, як матеріалізованість і привнесені характеристики виразу соціально-культурних, ціннісно-орієнтаційних та естетичних смислів. Різнобічність, властивості й зв'язки предмета зі світом виступають спочатку як суть яка пізнається і виявляється проектувальником, а потім як матеріал. який він організовує і якому надає предметної форми. Категорія форми стосовно змісту виступає на перший план на рівні встановлення зв'язків між уже сформованими предметами. Коли предмет склався і набув чітких обрисів, категорія фор­ми трансформується у специфічне предмет­не поняття і категорію цієї діяльності.

Біоморфізм – напрямок у дизайні, який ґрунтується на використанні у процесі проек­тування елементів біологічних форм та запози­ченні принципів їх конструктивної побудови.

Антропоморфізм – центральне становище людини у системі проектування як всеосяжна мета проектної діяльності, яка спрямована на уподібнення людині або перенесення її влас­тивостей на об'єкти живої і неживої природи та явища навколишнього світу.

Живі структури, тобто структури, властиві рослинам і тваринам, як стверджують Хельмке і Ф. Отто, часто настільки ідентичні до техніч­них структур, що випливає висновок про спіль­ність законів побудови цих структур. Ле Ріколе вивчав ці структури, досліджуючи скелет людини, структуру радіолярій (мікроскопіч­них планктонних організмів) і краплини води. Зокрема, про радіолярії він писав, що вони "...здатні утворювати найрізноманітніші ком­бінації, які значно перевищують можливос­ті сучасної технології". Що стосується будо­ви кістки, то він зазначає, що "...жорсткість внутрішньої будови кістки перевищує найдо­сконаліші сталеві конструкції. Кістка люди­ни, працюючи на стиск, витримує вагу, що в 10 разів перевищує її власну".

Особливе місце у сфері дизайну відво­диться складовим біоморфізму та особли­востям їх використання у формоутворенні предметного світу.

У практиці дизайнерського проектування предметного світу можуть широко викорис­товуватись принципи утворення природних форм і характерні функціональні пристосу­вання біологічних об'єктів. Це особливо до­цільно у тому випадку, коли і предмет роз­робки, і об'єкт-прототип виконують однакові або подібні завдання.

Біомеханіка – наукова дисципліна, що вивчає механічні властивості живих тканин, органів та організмів людини і тварин, а також механічні явища, які відбуваються в них.

Біомеханічний дизайн – напрямок у дизайні, що ґрунтується на використанні у процесі проектування сукупності взаємопов’язаних і взаємозумовлених біологічних і технічних об’єктів чи систем, що функціонують як єдине ціле.

Біотехнічна система – сукупність взаємопов’язаних і взаємозумовлених біологічних і технічних систем чи об’єктів, що функціонують як єдине ціле.

Біомеханічний аспект у дизайні передбачає використання особливостей розподілу мас, руху, положення тіла живих організмів, його окремих частин у просторі з оптимізацією виконання різних механічних функцій.

У структурно-функціональній організації предметного середовища, формотворенні обладнання можливе використання біотехнічного напрямку – принципу функції, способів і результатів функціонування. Це доцільно у тому випадку, коли в результаті формотворення об’єкт розробки та об’єкт-прототип виконують однакові або подібні завдання. У дизайнерській практиці цей принцип ґрунтується на використанні відповідності форм і функцій, рівномірного розподілу навантаження, раціональної структури форми об’єктів.

Наявність аналогів у способах організації природних форм і формотворенні предметного середовища на основі принципу відповідності форми і функцій знаходиться точка пошуку структури нових раціональних форм. Більшість природних форм, які складаються з невеликої кількості уніфікованих структурно-однорідних елементів, їх гармонійна доско­налість цінні для дизайнерів з погляду стан­дартизації елементів і варіантності компози­ційних співвідношень. До того ж однотипні елементи дають багато різноманітних струк­тур.

Присутність у структурі біологічних об'єктів уніфікованих елементів можна спо­стерігати у бджолиних стільниках, ягодах ма­лини, ожини, у лусочках риб, у шишках. Кла­сичний приклад такої уніфікації – бджолині стільники-шестигранники. Шестигранна фор­ма зустрічається у природі дуже часто: у перетині рослинних судин, скелетах дея­ких морських організмів, у лусочках змій і в панцирах-черепах. Це свідчить про вели­ку раціональність і економічність такої фор­ми. Тенденція структури біологічних об'єктів до уніфікації та варіабельності її компонентів відповідає сучасному принципу комбінатор­ного проектування. Невеликою кількістю еле­ментів за різного компонування можна досяг­ти різного естетичного ефекту.

Заслуговують на увагу ґратчасті структу­ри скелетів морських організмів, які відрізня­ються геометричною правильністю конструк­тивних елементів. На основі цих конструкцій можна запроектувати цікаві корпусні меблі, а також стелажі для викладки експозиції то­варів підприємств торгівлі та інших громад­ських будівель. Для цих же виробів можна за­стосовувати й інший природний принцип по­будови просторових структур дірчастих кон­струкцій. Його винайдено під час вивчення структури кістки.

Однотипні функції можуть породжувати однотипні форми. Як відомо, перший патент у сфері біоніки отримав австрійський ботанік і мікробіолог Р.-Г. Франс, який у 1920 р. роз­робив сільничку, зроблену за зразком мако­вої голівки.

За зразком будови колючок реп'яхів швейцарський інженер Д. де Местраль зробив знамените запозичення. Гуляючи зтсобакою, він зауважив, що до його шерсті постійно прилипають якісь не­зрозумілі рослини. Інженер вирішив з'ясувати причину, через яку бур'яни прилипають до шерсті. Дослідивши феномен, де Местраль визначив, що він можливий завдяки малень­ким гачкам на плодах реп'яхів. Використову­ючи цей принцип він запатентував зручну ли­пучку, яка сьогодні широко використо­вується під час виготовлення одягу.

Форма квіток дзвіночків дуже добре захи­щає тичинки квітки від дощу і вітру. Подібну функцію виконують садово-паркові меблі, зокрема тенти-парасольки. Цілком природ­не застосування перевіреної природою фор­ми дзвіночка для меблевого виробу.

Заслуговують на уважне вивчення струк­тура і форма пташиних гнізд. Із твердих гіло­чок птах створює міцну, гігієнічну, функціо­нальну конструкцію. Принцип створення пта­шиних гнізд за всебічного вивчення можна застосовувати у дизайні двоповерхових ди­тячих ліжок, меблів для відпочинку дорослих, де також потрібна безпека, міц­ність, гігієнічність, зручність.

Функції живих організмів використовують у засобах транспорту, технічних устаткуван­нях. Цікавою для біоніки є шкіра акули. Завдя­ки особливій лусці багатотонна риба ков­зає по воді, фактично не відчуваючи опору. За аналогом акулячої шкіри були створені плавальні костюми, вкриті тисячами дрібних синтетичних лусочок. У лабораторіях компаній такі костюми були вдосконалені за допомогою комп'ютерної моделі, на якій були знайдені зони максимального тиску води на тіло плавців та відповідно найбільшого гальмування. Ди­зайнери використали у таких зонах особливо гладенький матеріал. Так був створений костюм, який тепер вважається "найшвидшим" у світі.

Використання принципів, методів і механізмів трансформації природних об'єктів

У структурно-функціональній організації нових систем, формотворенні можливе викорис­тання принципів, методів і механізмів трансформації природних об'єктів, які властиві живим біологічним організмам.

Трансформація форм у живій природі здійснюється згідно з принципами зворотності і не­зворотності руху у вигляді часткової або повної зміни форми. У живій природі ці принципи переважно реалізуються як необхідна умова пристосування організму до навколишнього середовища. Відомо багато прикладів, коли рослини тимчасово змінюють свою форму і положення у просторі.

Видозміна форми організмів і елементів може відбуватися під дією температурних, світло­вих, часових та інших чинників. Під дією світла розкриваються пелюстки квітів, і вони закри­ваються з настанням темряви. За зниження температури стискаються листки багатьох рослин, наприклад, конюшини.

Проектуючи об'єкти з трансформацією їх форми за зразком різних рослин, потрібно звер­тати увагу на деякі особливості їх будови і функціонування, характер зміни форм. Форма різних кві­ток трансформується: шляхом переміщення пелюсток до поздовжньої осі квітки без істотної зміни їх форми (квітка латаття); із зміною форми пелюстки під час повороту її навколо попе­речної і поздовжньої власних осей або стосовно першої і другої одночасно (тюльпан, троянда, хризантема), тобто із зміною форми і положення пелюстки у просторі.

Принцип трансформації природних сис­тем, біологічних організмів становить для пред­метного дизайну великий інтерес. Його мож­на успішно застосувати під час проектування трансформованих побутових меблів для сидін­ня і відпочинку, різних видів садових і садово-паркових меблів. Пошук природних анало­гів можна вести у плані використовування різ­них видів і способів обертових рухів, здійсню­ваних живими організмами. Можливі різні ва­ріанти, наприклад, використання принципу обо­ротних рухів пелюсток квітки. Тоді проектова­ні вироби складатимуться із сукупності сегмен­тів, які можна розмістити горизонтально (меблі для відпочинку) або за необхідності фіксувати окремі з них у вертикальному чи похилому по­ложенні (меблі для сидіння).

У предметному дизайні заслуговують на увагу принципи пересування і перетворення, а також трансформація структур та зовніш­нього вигляду. Часто застосову­ється принцип пересування плазунів – вужів та змій. Відомо, що гнучка конструкція хреб­та цих тварин дає їм можливість набувати найрізноманітніших положень. Системи ме­блів для відпочинку, які складаються з гнуч­ких, з'єднаних сегментів, можуть стати уні­версальним вихідним матеріалом для різних комбінацій. Елементи м'яких меблів у вигля­ді площини циліндричного перекрою за до­помогою фіксаторів складають "змійкою" го­ризонтально (меблі для відпочинку), або роз­вертають і отримують меблі для сидіння, які забезпечують оптимальні умови для діяль­ності людини. Можливі також й інші варіан­ти їх використання.

Зростання технічного оснащення дасть змогу у найближчому майбутньому обладнати трансформовані садово-паркові меблі пристроєм, який реагуватиме на світло і температу­ру повітря, щоб вони за принципом обертового руху соняшника, повертались за сонцем, або навпаки, шукали затінку.

У предметному дизайні можна використовувати і принцип поведінки їжака, який під час не­безпеки, згортається у клубок. Меблі м'якого масиву за тим самим принципом трансформу­ються у невелику кулясту банкетку.

Особливості руху водних тварин використовуються під час створення пристосувань для байдарок та спортивних човнів. Адже тварини у воді коливаються усім тілом, і хвостом най­більше, неначе по тілу біжить хвиля. Учені визначили, що хвилеподібний рух економічно вигід­ний, оскільки з мінімальною затратою енергії досягається велика швидкість.

Особливості переміщення членистоногих, зокрема павуків, які можуть змінювати висо­ту, а також утримувати тіло у горизонтальному положенні (знаходячись на похилій площині) за рахунок зміни кута згину кінцівок приводять до думки про застосування такого самого принципу під час проектування меблів для сидіння і столів з можливістю їх регулювання по висоті.

Внутрішньоклітинний тиск (тургор) – джерело певної зміни зовнішнього вигляду орга­нізму. Під дією несприятливих чинників, під час посухи рослина відчуває нестачу вологи у клітинах, внаслідок чого внутріклітинний тиск падає, клітини стискаються і рослина в'яне, тобто змінює свою форму. Приплив вологи відновлює внутріклітинний тиск у структурі росли­ни, і вона випрямляється. Тому принцип тургору можна також використовувати під час проек­тування трансформованих багатофункціональних меблів.

У предметному дизайні особливе місце посідає принцип рівномірного розподілу наванта­ження. Встановлено, що міцність біологічної конструкції скелета полягає у відповідному роз­міщенні у матеріалі не площин, а пустот обрамлення отворів, які з'єднуються по-різному. У ди­зайні меблів, призначених для зберігання предметів, можна використати принцип диферен­ціації структур, який полягає у рівномірному розподілі навантаження, закладеного у структурі дерева. Гілки дерева ростуть рівномірно в різні боки від осі стовбура, забезпечуючи тим самим плавну, рівномірну передачу навантаження від крони на стовбур і кореневу систему та підви­щуючи стійкість усього дерева.

Цьому принципу відповідає спорудження одного з визначних проектів сучасності – шан­хайського "Міста-башти". Приблизно до 2023 р. в Шанхаї має бути споруджена "башта", що містить усі об'єкти міської інфраструктури, населення якої становитиме не менше 100 тисяч осіб. "Місто-башта" набуде форми кипариса заввишки більше 1200 м на 300 поверхів, основи завширшки 133 на 100 метрів. Ретельно продумана конструкція аналогічна до будови гілок і усієї крони кипариса. Стійкість верхніх повер­хів до впливу вітру буде забезпечена тим, що повітря проходитиме крізь конструкцію башти, не зустрічаючи опору.