Mimetyzm, czyli upodabnianie się do otoczenia lub naśladowanie innych gatunków roślin i zwierząt, jest zjawiskiem szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie. Pozwala na efektywniejsze gospodarowanie dostępnymi zasobami, komunikację między osobnikami, czasem nawet na przeżycie. Pierwszy gatunek, który przychodzi na myśl w tym kontekście, to oczywiście kameleon. Jego najbardziej znaną cechą jest umiejętność zmiany ubarwienia. Właściwość ta pomaga zwierzęciu skuteczniej polować, chronić się przed agresorami czy komunikować. Jednakże już tylko osoby bardziej zainteresowane tymi zwierzętami mogły słyszeć o pustynnych jaszczurkach Namaqua (Chamaeleo namaquensis), wyposażonych w system zarządzania własną termiką porównywalny ze współczesnymi, zaawansowanymi systemami elewacyjnymi. W trakcie zimnych poranków wspomniane kameleony stają się czarne, aby absorbować jak najwięcej energii słonecznej. Wraz ze wzrostem temperatury ich kolor blednie, przechodząc w jasnoszary, a skóra zamiast absorbować, zaczyna odbijać promienie słoneczne.
Gigantyczny egzoszkielet
Ludzie, podobnie jak rośliny i zwierzęta, wykorzystują obserwacje przyrody w celach pragmatycznych. Robią to jeszcze z innej przyczyny – by stworzyć formy i dekoracje zadziwiające innych. Inspiracją dla formy oraz konstrukcji zlokalizowanego w szwedzkim Malmö 190-metrowego wysokościowca Turning Torso była rzeźba Twisting Torso, przedstawiająca człowieka wykonującego skręt ciała. Sugestywny obraz został zapisany w białym marmurze przez Santiago Calatravę, światowej sławy hiszpańskiego architekta, konstruktora i rzeźbiarza. Praca wywarła na tyle duże wrażenie na dyrektorze zarządzającym firmą deweloperską ze Szwecji, że zdecydował się zlecić architektowi realizację projektu jednego z najwyższych i najdroższych apartamentowców w Europie. Konstrukcja budynku przybrała formę gigantycznego stalowego egzoszkieletu o łącznej wadze 820 ton. Zasadniczym elementem szkieletu jest stalowa, skręcona kolumna główna, stanowiąca swego rodzaju kręgosłup. Z kręgosłupa wyprowadzono żebra podtrzymujące dziewięć pięciopiętrowych segmentów, mieszczących łącznie 147 luksusowych apartamentów, i 10 pięter biurowych. Każde z pięter jest obrócone względem znajdującego się pod nim poziomu o 1,6˚, a wszystkie tworzą charakterystyczną geometrię budynku. Wspominany obrót każdej kondygnacji sprawia, że ostatnie piętro, z fantastycznymi widokami na Malmö, a poprzez cieśninę również na Kopenhagę, jest obrócone w stosunku do parteru o 90˚. W celu zachowania jednorodności formy zdecydowano się na realizację trudnej w wykonaniu fasady o podwójnej krzywiźnie. Elewacja składa się z 2 313 paneli, z których każdy jest gięty tak, aby jak najbardziej dostosować go do krzywizn. W tak wykonanej elewacji osadzono 2 368 okien, które w zależności od umiejscowienia, nachyleniem podążają za krzywizną fasady. Obiekt od razu stał się symbolem Malmö oraz swego rodzaju bramą do Szwecji, zamykającą most łączący ten kraj z Danią. Co ciekawe, w sierpniu 2006 roku słynny Austriak, Felix Baumgartner, na kilka lat przed skokiem ze stratosfery, wykonał również skok z ostatniego, 54 piętra Turning Torso.
Pionowe miasto
Bionic Tower to pionowe bioniczne miasto, którego koncepcję opracował zespół projektantów skupionych wokół hiszpańskiej firmy Cervera and Pioz oraz architekta Eloya Celaya. Ideą stojącą za pomysłem realizacji Bionic Tower jest dążenie do przywrócenia naturze jak największej powierzchni planety oraz ograniczenie procesu przekształcania środowiska Ziemi, determinowanego przede wszystkim przez stale rosnącą liczbę ludności. Projekt przewiduje budowę trzystupiętrowej struktury o wysokości 1228 metrów, która mogłaby pomieścić do 100 tysięcy mieszkańców. Obiekt, którego eliptyczne poziomy łącznie tworzą 2 mln m2 powierzchni, miałby być wyposażony w 368 wind, przemieszczających się w pionie oraz poziomie. Większość składowych struktury, zarówno w zakresie konstrukcji, jak i utrzymania wewnętrznego mikroklimatu, jest rozwijana w oparciu o wnikliwą obserwację żywych organizmów. Drobnowymiarowe elementy konstrukcyjne, zrealizowane z betonu o wysokiej wytrzymałości, o strukturze zbliżonej do pneumatycznych ptasich kości, mają zapewnić niespotykaną lekkość oraz sztywność struktury. Założono, że dzięki osiągniętej sztywności najwyższy poziom tej ogromnej budowli będzie odchylał się od pionu jedynie o 2,45 m. Inspiracją do rozwiązania problemu wiatru, które stwarza ogromne zagrożenie dla stateczności wysokich budynków, była obserwacja zachowania się cyprysów. Zaowocowało to ideą zapewnienia swobodnego przepływu powietrza przez Bionic Tower. Pomyślano również o zagrożeniach sejsmicznych. Projekt zakłada realizację fundamentów o układzie zbliżonym do systemu korzeniowego dużych drzew, który z powodzeniem zapewnia roślinom stabilność oraz chroni przed wpływem ruchów sejsmicznych. Jedną z istotnych zalet bionicznego miasta ma być również możliwość dostosowania tempa jego rozwoju do aktualnych potrzeb. Zakłada się zasiedlanie najniższych poziomów oraz stopniowej budowy wyższych bez powodowania dyskomfortu dla mieszkańców już mieszkających w Bionic Tower. Zainteresowanie projektem wyraziły miasta azjatyckie, borykające się z problemami niekorzystnego stosunku powierzchni dostępnej pod zabudowę oraz liczby ludności (m.in. Szanghaj i Hongkong). Wstępnie oszacowany koszt realizacji inwestycji to nie mniej niż 16 mld dolarów amerykańskich. Wobec wielu trudności związanych z aspektami technicznymi, socjologicznymi i finansowymi (koszt Bionic Tower w przeliczeniu na jednego mieszkańca wynosi ok. 0,5 mln zł), na razie nie zdecydowano się na przystąpienie do realizacji pionowego miasta. Jednakże możliwość wykonania podobnej budowli, szczególnie jeśli chodzi o liczbę mieszkańców, jest stale analizowana przez biura projektowe na całym świecie.
Rajski ptak w architekturze
W zaawansowaną, biomimetyczną elewację zaopatrzono budynek Pawilonu Tematycznego One Ocean, zbudowanego w mieście Yeosu, w południowej Korei. Inspiracją dla rozwiązania nazwanego Flectofin jest kinetyka płatków południowoafrykańskiego kwiatu Sterlizji królewskiej (znanej też pod nazwą Rajski ptak). Chodzi o ruchy poszczególnych części kwiatu, związane są z procesem zapylania, którego w tym przypadku dokonują przeważnie małe ptaki. Fragment elewacji budynku składający się ze 108 pionowych, wykonanych z plastiku lamelek, dodatkowo wzmocniono szklanym włóknem. Otwiera się on lub zamyka w płynny sposób, tworząc zmienną i interesującą choreografię. Lamelki nie są zaopatrzone w zawiasy, trzpienie lub inne elementy powodujące obrót bądź ruch żaluzji. 216 małych silników elektrycznych, sterowanych za pomocą inteligentnych systemów budynkowych, wywiera nacisk na oba końce lamelki. Właściwości materiału powodują, że pod wpływem nacisku ulega ona kontrolowanemu odkształceniu, odsłaniając znajdujące się za nią przeszklenie. Często zdarza się, że górny i dolny silnik pracują przeciwstawnie, to znaczy górny wywiera nacisk, a dolny go hamuje. Skutkuje to wytworzeniem energii elektrycznej, która powraca do systemu, co z kolei wpływa korzystnie na zużycie prądu. Grupa projektantów, pracująca pod kierownictwem architektów z austriackiego biura Soma architecture, przewidziała rozwiązania również na wypadek wystąpienia zdarzeń o charakterze ekstremalnym, np. tajfunów. Geometria elewacji oraz zastosowanie serwomechanizmów zabezpiecza lamelki przed zniszczeniem. Warto dodać, że rozwiązanie Flectofin otrzymało nagrodę Bionic-Award 2012, przyznawaną przez fundację Schauenburg.
Homar źródłem inspiracji
Spektakularny wizualnie jest eksperymentalny obiekt zbudowany pod kierunkiem działającego w Niemczech architekta Achima Mengesa. Celem eksperymentu była próba odzwierciedlenia naturalnych struktur opartych na włóknach i stworzenie technologii umożliwiającej realizację całkowicie nowych form przestrzennych w architekturze. Inspiracją dla projektu była analiza egzoszkieletu homara (Homarus americanus). Budulcem, który wykorzystano do wykonania struktury o średnicy ok. 8 m i wysokości 3,5 m, była kombinacja włókien szklanych i węglowych. Główna praca przy budowie została wykonana przez zaawansowanego robota przemysłowego, pracującego w sześciu płaszczyznach. Robot łącznie nawinął 30 km włókna na tymczasową konstrukcję stalową, usuniętą po zakończeniu procesu realizacji struktury. Ostatecznie udało się wykonać formę o rozpiętości konstrukcyjnej równej 8 m, przy grubości powłoki nieprzekraczającej 4 mm. Warto dodać, że standardowa grubość elementów konstrukcyjnych stosowanych powszechnie przy tego typu rozpiętościach wynosi przeważnie nie mniej niż 40 cm, czyli sto razy więcej.
Biomimetyczny materiał
Dziedziną, która z całą pewnością odmieni architekturę, jest biomimetyczna inżyniera materiałowa. Wielu badaczy na całym świecie prowadzi prace zmierzające do wytworzenia inteligentnego, wielowątkowego materiału elewacyjnego, który w zakresie swoich funkcji można porównać np. do skóry organizmów żywych. Taki nowy materiał ma reagować na zmieniające się warunki atmosferyczne, w tym chronić przed nadmiernym przegrzaniem lub wyziębieniem pomieszczenia, dostarczać lub blokować dostęp światła słonecznego, zapewniać wentylację o parametrach dostosowanych do potrzeb. Wśród osób prowadzących prace badawcze można wymienić biologa i architekta Doris Kim Sung, eksperymentującą z powłoką o roboczej nazwie Thermo-bimetal. Kim Sung stworzyła kompozyt składający się z dwóch metali o różnej rozszerzalności cieplnej. Pod wpływem temperatury łuski powłoki zwijają się, tworząc powierzchnię zacieniającą oraz otwory umożliwiające naturalną wentylację budynku. Wszystko to odbywa się bez udziału energii elektrycznej czy też skomplikowanych systemów zarządzających zasobami obiektu. Z kolei Kieran Timberlake opracował materiał o nazwie SmartWrap™. W powłokę o grubości zaledwie 3 mm zatopione są organiczne ogniwa fotowoltaiczne, mające za zadanie wytworzenie energii elektrycznej, oraz organiczne, emitujące światło diody. Materiał ten – w zamierzeniu jego wynalazcy – ma zastąpić tradycyjne szkło stosowane w oknach i na elewacjach. Innym interesującym materiałem nowej generacji jest szkło nazwane X-glass. Dzięki swojej wewnętrznej strukturze umożliwia magazynowanie energii słonecznej w ciągu dnia i oddawanie jej do wnętrza budynku w nocy. Zdolność magazynowania ciepła pozwala w lecie na obniżenie temperatury wewnątrz budynku w klimatach umiarkowanych do 4–6˚C, a w klimatach ciepłych nawet do 12˚C. Wszystko to bez udziału systemów klimatyzacyjnych. Dzięki zastosowaniu tego materiału można ograniczyć roczne wydatki na ogrzewanie/chłodzenie pomieszczeń od 30 do 50%. Co ciekawe, taka szyba w zimie nie tylko nie powoduje utraty ciepła w pomieszczeniach, lecz wręcz je dogrzewa.
Pamiętajcie o ogrodach!
W wielu miejscach na świecie można obejrzeć biomimetyczne pionowe ogrody elewacyjne. Prekursor takiego rozwiązania, francuski botanik Patrick Blanc, podczas swoich licznych podróży zaobserwował, że istnieje duża grupa roślin, które potrafią egzystować w trudnych warunkach, przy małej dostępności wody i składników odżywczych oraz praktycznie bez podłoża w postaci ziemi. Efektem jego badań było stworzenie technologii, która z powodzeniem została najpierw wykorzystana we wnętrzach budynków, by potem zostać przeniesiona również na zewnątrz. W przypadku ciepłych klimatów konstrukcja ściany jest dość prosta, sprawa komplikuje się w lokalizacjach charakteryzujących się dużymi wahaniami temperatur. Konieczna jest bowiem ochrona korzeni źle reagujących na mroźne zimy. Wegetację roślin wspomaga system monitorowania i podtrzymywania życia. Na system składają się sensory badające temperaturę i wilgotność w różnych miejscach elewacji oraz automatyczny układ nawadniający i odżywiający, sterowany za pomocą komputera. Przeprowadzone badania dowiodły, że ściana w postaci pionowego ogrodu jest świetnym izolatorem termicznym, który zmniejsza zapotrzebowanie energetyczne budynku, ociepla go w sezonie zimowym i chłodzi w sezonie letnim. Dodatkowo elewacja wiąże zanieczyszczenia powietrza, a mikroorganizmy w niej bytujące, z uwagi na ich dużą ilość, powoli przetwarzają i mineralizują te zanieczyszczenia, zamieniając je w nawóz dla roślin. Do najbardziej znanych obiektów w Europie, w których zastosowano technologię pionowego ogrodu, należy znajdujące się w Paryżu muzeum Quai Branly zaprojektowane przez Jeana Nouvela oraz centrum sztuki Caiaxaforum w Madrycie autorstwa szwajcarskiego biura Herzog&de Mouron. Pierwsze w Polsce biomimetyczne elewacje zostaną zamontowane na budynku powstającej obecnie w Warszawie siedziby Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Autorami projektu obiektu jest warszawskie biuro FAAB Architektura. Równolegle z realizacją budowy rozwijane są dwie technologie, które mają zapewnić właściwą wegetację roślinom i zabezpieczyć je przed zmiennością temperaturową, szczególnie w okresie zimowym. Pierwsza z technologii opiera się na istniejących rozwiązaniach holenderskich. Druga, opracowywana w całości w Polsce, mająca charakter eksperymentalny, wykorzystuje substraty glebowe o właściwościach termoizolacyjnych oraz zaawansowane rozwiązania materiałowe stosowane m.in. przez amerykańską armię. W przypadku realizacji budowy bez opóźnień blisko 300 m² elewacji biomimetycznej będzie można oglądać już w 2013 roku na warszawskim Mokotowie.