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30 marzo 2014

Biomímesis y arquitectura - Aprendiendo de la naturaleza







Si la arquitectura se esforzó durante el siglo XX para alejarse de los mandatos y preceptos de la naturaleza, en un ejercicio de control racional del entorno, el siglo XXI empieza con propuestas de diseño arquitectónico y planificación urbanística que imitan los complejos sistemas y relaciones de la naturaleza para obtener sus beneficios.

Es posible planificar y edificar casas, edificios, barrios y ciudades a partir de principios de diseño sostenible, aunque no es tarea de un día y requiere, en parte, desandar lo andado y sustituir con valentía aquellos modelos y materiales que se han probado nocivos para las personas y el medio ambiente.

El diseño basado en principios ecológicos y biológicos usa patrones que ocurren en la naturaleza y reportan beneficios tan poco probables en el diseño humano del siglo XX como la huella ecológica neutra en el consumo energético, la ventilación natural o el refuerzo de la comunidad.

La biomimética, o imitación de los modelos de la naturaleza, asimismo, supone también recuperar conceptos ya empleados en la edificación tradicional de culturas como la mediterránea.

No se trata sólo de aplicar avances tecnológicos, sino recuperar los mejores sistemas, aunque hayan sido usados durante siglos o milenios. Hay métodos ancestrales de aislamiento, orientación de las estancias, emplazamiento, uso de materiales, etcétera.

El sistema de refrigeración, cultivo de alimentos y planificación de un equilibrio con los recursos al alcance que usan organizaciones del mundo animal, como varias especies de termitas de la sabana africana y el África tropical, capaces de erigir enormes montículos que protegen del calor, ofrecen refugio y generan alimento, además de fertilizar sus alrededores, es un modelo atractivo que puede inspirar los diseños humanos.

Los nidos construidos por estas especies de termitas han sido estudiados con interés para experimentar técnicas de termorregulación en edificios, ya que estas construcciones son capaces de regular su temperatura como si se tratara de animales homeotermos -aquellos con capacidad para regular su propia temperatura, en función de la temperatura ambiente y las necesidades de cada momento-.

Los mayores expertos humanos en fractales son indígenas africanos.



 


Del mismo modo, los propios diseños humanos ancestrales se basan a menudo en modelos aparentemente sencillos, pero que responden a complejos patrones en términos matemáticos, tales como los diseños fractales, objetos semigeométricos cuya estructura básica se repite a diferentes escalas, existentes en el brécol romanescu y el diseño de las hojas de los árboles, pero también en los copos de nieve, las montañas o las nubes.

Por ejemplo, Ron Eglash se define como un etno-matemático y ha comprobado cómo los diseños de distintos pueblos humanos de África responden a una estructura fractal, cuyos atributos geométricos son idénticos tanto cuando son vistos al detalle como si son observados a una escala cambiante cada vez mayor, como si empleáramos la herramienta que contrae el zoom en una aplicación como Google Earth.


 




Eglash, especializado en estudiar las similitudes entre las matemáticas, las culturas humanas y la naturaleza, ha demostrado cómo varios aspectos del diseño africano -arquitectura, arte, peinados tradicionales a base de complejos trenzados- están fundamentados en precisos patrones fractales.

Hay poblados africanos que, sin habérselo planteado conscientemente, se organizan como las fractales de la naturaleza y los modelos matemáticos creados a su semejanza; sorprendentemente, este mismo modelo, usado por la estructura de los poblados de tribus tradicionales, es seguido en las ciudades de adobe. Al ser preguntados acerca de los diseños usados, los lugareños explican, según Ron Eglash, que simplemente se trata del diseño con el mayor sentido común y que ha demostrado quizá una utilidad mayor a lo largo de las generaciones.

No muy lejos de los lugares visitados por Ron Eglash para escribir su libro African Fractals, los insectos sociales capaces de crear lugares de cobijo, las termitas africanas, erigen complejos nidos epigeos o catedrales, montículos que pueden llegar a medir 8 metros de altura y orientados al norte (ambas características para regular la temperatura), erigidos con una mezcla de saliva, tierra y excrementos.

Algunos termiteros, que se mantienen siempre frescos y ventilados en el interior pese a que la temperatura exterior sea bochornosa, consiguen una solidez tal que, en ocasiones, se han utilizado explosivos para derruirlas.

Entender el cerebro y el sistema nervioso de los ecosistemas



 


Lejos de la sabana africana, en la Costa Oeste de Estados Unidos, el micólogo Paul Stamets ha dedicado su vida a estudiar los micelios, la parte "oculta" de los hongos, colchones conformados por marañas de filamentos interconectados que se extienden cientos de kilómetros en el equivalente a un pie cuadrado, cuya complejidad sólo es comparable al diseño de los sistemas neuronales o a los astrocitos, las principales células del sistema nervioso en los organismos más evolucionados.

Si las estructuras nerviosas y neuronales permiten el pensamiento y la acción de los seres vivos más complejos, los micelios son el "cerebro" de la tierra y ayudan no sólo a transportar y filtrar los nutrientes en el manto del bosque, sino que actúan como un sistema de "interconexión" entre los distintos elementos de un ecosistema.

Descifrar el complejo poder biorremediador de los micelios abriría las puertas a diseños humanos que se acercaran a la perfección de sistemas nerviosos complejos: ciudades que "sienten" y se adaptan a cualquier impulso, sistemas de gestión energética que se comportan como un todo "vivo", etcétera.

Actuar como un árbol (que a su vez forma parte de un jardín)

Imitar la naturaleza supone crear modelos de movilidad y urbanidad no sólo que reduzcan su impacto negativo, sino que aporten beneficios al sistema, del mismo modo que un árbol produce sombra, frutos, cobijo, fertiliza el suelo y subsuelo y crea interdependencias con el resto de animales y plantas de su alrededor, además de alimentarse de dióxido de carbono y emitir oxígeno.

Las casas y los vehículos pueden aprender mucho de un árbol. Algunas corrientes de diseño industrial trabajan para que todos los productos creados por el ser humano se comporten con la responsabilidad mostrada por diseños de la naturaleza como el árbol o las termitas, desde la permacultura hasta el diseño "de la cuna a la cuna" (Cradle to Cradle, C2C).

Los árboles muestran un principio que interesa especialmente a los diseños eco-efectivos promovidos por el paradigma "de la cuna a la cuna": el gasto equivale a alimento. Nada se pierde, sino que se transforma. En un cerezo, los frutos que no han sido aprovechados por las aves o el campesino, caen en el suelo, contribuyendo a aportar nutrientes a la turba del sotobosque que, a su vez, repercutirá sobre la fertilidad del suelo e, indirectamente sobre el beneficio común de las distintas capas del sistema "bosque".



 


De mayor a menor, la permacultura identifica hasta 7 capas en este sistema de interacción natural: dosel vegetal o canopea, árboles frutales (tamaño intermedio), arbustos, herbáceas, rizosfera (raíces superficiales), suelo y capa vertical (enredaderas y trepadoras).

El "gasto" generado por cualquiera de estas capas se convierte en "alimento" que repercute sobre la salud del conjunto, que interacciona con la ayuda de insectos y otros animales.

Estudiar no sólo una parte, sino el conjunto

La naturaleza puede ser usada como la herramienta de diseño más rica y compleja conocida por el hombre, como el ser humano ha intuido a través no sólo de la arquitectura, desde los poblados fractales africanos hasta los edificios trufados de formas biomiméticas del aquitecto catalán Antoni Gaudí, pasando por las mezquitas de adobe erigidas y mantenidas en Tombuctú desde los inicios del medievo, que se asemejan a termiteros a escala humana.

De hecho, siguen muchos de sus preceptos, incluidos la naturaleza del propio adobe o la estructura en forma de chimenea debidamente orientada y ventilada de norte a sur, una muestra de termorregulación que imita la sabiduría de los termiteros y otros sistemas presentes en la naturaleza.

Hay disciplinas, como la permacultura y la arquitectura bioclimática, que invitan a diseñar estudiando un proyecto como si se tratara de un sistema o problema complejo, plagado de interrelaciones que deben ser deshojadas y entendidas hasta donde sea posible, aunque en ocasiones se trate de una intuición y una técnica de ensayo-error mejorada durante generaciones.

Una vez tenemos en cuenta la existencia del sistema complejo, el siguiente paso para lograr un diseño exitoso, capaz de mimetizarse con el entorno y convertirse en beneficioso para el conjunto, es necesario observar cómo se relacionan las distintas partes del sistema y qué patrones existen. De este modo, es posible curar sistemas "enfermos", ya que conocer las conexiones entre las partes con mayor peso del conjunto permite desgranar qué elementos actúan de un modo "asíncrono".

Aprender a hablar con lenguajes de patrones

El uso de patrones en la naturaleza puede ser aplicado a disciplinas como la arquitectura y la planificación urbanística o la obra civil, pero también para el diseño industrial o tecnológico. El radar debe mucho al murciélago; los aviones y otros utensilios de vuelo, diseñados e imaginados desde Leonardo da Vinci, si no antes, toman varios principios de las aves; tristemente, las ciudades y megalópolis actuales no han mostrado un interés especial por el biomimetismo y han obviado las ventajas de algunos diseños usados por sociedades animales tan complejas como las de hormigas y termitas.



 

Arquitectos como Christopher Alexander han entendido la importancia en la detección, uso y reutilización de patrones presentes en la naturaleza para el diseño humano complejo, se trate de un edificio, de una ciudad o de una sociedad entera: los legendarios planificadores urbanísticos de la Antigua Roma tomaron una pobre decisión al convertir el poblado arameo de Palmira en una ciudad estratégica, ya que la escasez del suministro de agua y su posterior interrupción condenaron a la ciudad a una lenta pérdida de importancia que culminó con su total abandono.

Alexander reconoció la importancia de tener en cuenta un lenguaje de patrones: todas las cosas, incluso el viento, el oleaje y la rotación de la tierra, así como su movimiento en torno al sol y la relación con otros planetas y la luna, forman patrones. El diseño humano debe tener en cuenta el lenguaje de patrones y ser consciente de los modelos de la naturaleza y cómo pueden ser aplicados para satisfacer necesidades humanas específicas.

Lecciones naturales desde el interior de un termitero

El académico e inventor Otto Schmitt definió las técnicas de biomimesis como "el estudio de la formación, estructura, o función de sustancias y materiales producidos biológicamente (como las encimas o la seda) y mecanismos y procesos biológicos (como la síntesis de proteínas o la fotosíntesis) con el propósito específico de sintetizar productos similares a través de mecanismos artificiales que puedan emular a los naturales". Una aspiración tan llena de sentido común como compleja. Pero no imposible.

Si, para crear algunos de los tejidos artificiales más tupidos y resistentes que existen, hay empresas que han estudiado cómo las arañas tejen sus telas, hasta el punto de utilizar las estructuras sintéticas conseguidas para chalecos antibalas, el reto de la arquitectura bioclimática y la planificación urbanística es introducir y mejorar técnicas que imiten los sistemas más útiles de la naturaleza para crear diseños más apropiados.

Entender las relaciones naturales y aplicar estos sistemas a problemas humanos no es una tarea tan sencilla como su formulación. Las soluciones procedentes de la naturaleza son una amalgama de principios biológicos y materiales que interaccionan con seres vivos, tras procesos evolutivos y de aclimatación a entornos concretos desarrollados desde siempre.

Investigadores en el campo de la biomimética estudian, por ejemplo, la habilidad de las termitas para mantener la temperatura y humedad de sus termiteros virtualmente constante en el África subsahariana, donde la temperatura exterior puede variar entre 3 y 42 grados centígrados (entre 35 y 104 grados Fahrenheit).

La preciada recompensa obtenida por las termitas es la posibilidad de cultivar un hongo que sólo se reproduce con éxito si el interior no cambia de temperatura. El proyecto Termes escaneó un termitero y creó un modelo tridimensional de su estructura, lo que reveló técnicas de construcción susceptibles de ser usadas en edificios humanos.

The New Scientist describía así la conveniencia de estudiar a fondo los secretos de una estructura tan efectiva con la regulación de la temperatura y la acomodación de sus moradores como estos termiteros: "en el corazón de la sabana africana hay una ciudad modélica para el desarrollo sostenible. Sus sólidas torres son construidas con materiales íntegramente naturales y biodegradables. Sus habitantes viven y trabajan en lugares que disponen de aire acondicionado y humedad reguladas, sin consumir un solo vatio de electricidad. El agua proviene de pozos que se hunden profundamente en la tierra y los alimentos son cultivados de manera autosuficiente en ricos jardines interiores. Esta metrópolis no sólo es respetuosa con el medio ambiente: con sus muros curvados y elegantes arcos, es igualmente grácil".

Philip Ball, autor del artículo, que constituye un alegato sobre por qué los arquitectos podrían aprender conceptos decisivos de las termitas, finaliza la contundente frase recordando que esta ciudad modélica ha sido creada por insectos, para luego explicar las ventajas de su concepción, estructura, mantenimiento y relación con los alrededores.

Distintos modelos y patrones, un mismo objetivo (¿un "sistema" universal?)


 



Ya hay al menos un edificio de grandes dimensiones diseñado a partir de preceptos biomiméticos, tomando como modelo los termiteros africanos. Se trata del Eastgate Centre de Harare, Zimbabue, del arquitecto Mick Pearce. Usa sólo el 10% de la energía empleada por edificios con un tamaño similar, al haber copiado las estrategias de diseño empleadas por sistemas naturales.

Pearce recordó la estrategia de las termitas, consistente en abrir y cerrar constantemente pequeños orificios, orientar debidamente la construcción y crear una corriente a través de una forma cónica, para mantener la temperatura interior constante y, así, poder cultivar su preciado hongo.

En el diseño del Eastgate Centre, el "hongo" o recompensa era conseguir una temperatura fresca y constante para evitar el uso de aire acondicionado, lo que permitió ahorrar 3,5 millones de dólares de un coste total de 36 millones, debido a que no fue necesario importar una planta de aire acondicionado.

Descifrar los patrones naturales y diseñar para que edificios y objetos se acoplen a su entorno, se beneficien de él y a su vez aporten un valor al conjunto, es un reto de la arquitectura, el urbanismo y el diseño industrial. Ya se trate de micelios o de cerebros y sistemas nerviosos; de un cerezo o de productos diseñados a partir de los principios "de la cuna a la cuna"; de aldeas africanas o de modelos fractales matemáticos; de edificios con ventilación natural, mezquitas de Tombuctú o termiteros de la sabana africana.

Al fin y al cabo, estamos hablando de lo mismo.




   
   

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