10
NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ,
1994
Biònica i disseny: testimoniatges de l'evolució d'aquest acostamentLes recerques
d'història natural, fins i tot les que no semblen més que fruit d'una pura i
vana curiositat, poden tenir utilitats ben reals...
René-Antoine Ferchault de Réaumur Història de les vespes (1719) La biònica és una ciència relativament recent que no va ser definida fins al 1960 per Jack E. Steele, de les forces aèries dels Estats Units, després del congrés celebrat a Dayton, Ohio: La biònica és la ciència dels sistemes
que tenen un funcionament copiat del dels sistemes naturals, o bé que presenten
les característiques específiques dels sistemes naturals, o bé que els són
anàlegs (citat a GÉRARDIN, 1968).
En unes altres paraules, la biònica és la ciència que cerca entre els éssers vius, animals i vegetals, uns models de sistemes en previsió de realitzacions tècniques. És una preocupació molt pròxima a la del dissenyador. Tanmateix, la biònica ja va ésser
practicada força abans de la seva definició oficial. Hom podria extreure tota
una sèrie d'exemples de la història de l'art i de la tècnica que testimonien
l'interès de l'home en els models naturals des de la més llunyana antiguitat.
Alguns, com ara Dèdal i Icar, a qui s'atribueixen la construcció de robots i la
invenció de dispositius de vol inspirats en els ocells, no ens han arribat sinó
a través dels mites.
Disseny del Renaixement i renaixement del
disseny
És incontestable que el testimoniatge més concret —i també el més colpidor— és el de Leonardo da Vinci, que considera alhora la biònica i el disseny. L'exemple d'aquest geni del
Renaixement pot semblar massa antic. Però, en realitat, és d'una gran
actualitat perquè Leonardo va dur a terme l'elaboració de la seva obra des de
la font d'inspiració —la natura— fins a la realització material definitiva.
Feia, alhora i successivament, de dibuixant, pintor, enginyer, arquitecte,
escultor, anatomista i naturalista en el sentit ampli de la paraula. Era
«dissenyador», és a dir, «dibuixant» en el sentit literal del mot, i feia tant
els dibuixos d'anàlisi com els de síntesi dels seus projectes.
La biònica sembla haver estat per a
Leonardo da Vinci una pràctica creativa evident. Analitzava i observava les
estructures naturals i se n'emparava amb ull tècnic; en feia innombrables
dibuixos anatomies i arribava a una transposició dels principis gràcies a
realitzacions a escala diferent i amb uns altres materials. Les seves feines
testimonien el pas natural que va de la comprensió a la creació, de l'anàlisi a
la síntesi, de la hipòtesi a l'experimentació.
Hom constata que, durant el darrer
decenni, l'ofici de dissenyador, considerablement augmentat, ha esdevingut una
activitat generalista, globalitzant, més que mai «universal», semblant en aquest
sentit al paper exercit per l'artista-tècnic del Renaixement.
Sembla evident, doncs, que la biònica
hauria d'aportar al dissenyador d'avui dia aquest mètode de creativitat, de
verificació de la validesa de noves construccions, una diversificació de les
formes destinades a unes funcions precises.
Desenvolupament dels conceptes de la biònica
Quan hom considera els diversos intents de copiar la natura d'ençà de la fi del segle passat, tindria la temptació de reconèixer una successió de força períodes afavoridors del pas de la inspiració artística a l'anàlisi tècnica per acabar concloent-ne tot de desenvolupaments teòrics. «Kunstformen der Natur»
(formes artístiques a la natura)
Aquest recull, publicat pel biòleg alemany E. Haeckel el 1893, va tenir una gran influència sobre els artistes i els enginyers de l'època. Al costat de les seves activitats com a zoòleg, sentia com li cridava l'atenció la remarcable diversitat de formes que ofereix la natura. A l'època de les primeres expedicions
oceanogràfiques, va iniciar, entre d'altres, el catàleg de les formes microscòpiques
del plàncton fent ell mateix uns dibuixos d'una gran precisió i d'una estranya
elegància.
«On Growth and Form»
(sobre la creixença i la forma)
L'obra de Sir D'Arcy Thompson On Growth and Form (1917) va ser, a la seva època, un veritable best-seller perquè resumia, ajuntava i feia accessibles els documents sobre el tema. Mostrava que la forma en les seves proporcions i el seu comportament mecànic no podien ser compresos si no se'n coneixia abans la gènesi. «Evolutionsstrategie»
(estratègia de l'evolució)
A més de la imitació dels principis físics dels sistemes naturals, hom deu a Ingo Rechenberg l'inici dels estudis sobre un domini de reflexió original: l'aplicació del «mètode d'innovació» de la natura. L'augment de les mutacions duu a terme un veritable brainstorming en què el garbellament de la selecció natural representa l'«anàlisi de valor». Potser caldria recordar que el brainstorming procedeix de l'enunciat de totes les idees, sense censura prèvia ni jerarquització. Rechenberg modifica aleatòriament els paràmetres dels sistemes que experimenta i no reté sinó els que li aporten un millorament al sistema. Aquests principis estan consignats als seus treballs de 1973, el títol dels quals és ben explícit: Estratègia de l'evolució. Optimització dels sistemes tècnics segons els principis de l'evolució biològica. Rechenberg és el fundador d'un dels escassos instituts de biònica: Biònica i Tècnica de l'Evolució, que constitueix un departament de la Universitat Tècnica de Berlín. Forma i funció
La relació forma-funció és, sense cap dubte, l'aspecte de la biònica que toca més particularment el dissenyador. I ens volem referir al fet que uns altres aspectes com ara els principis psicoquímics del funcionament d'alguns òrgans sensorials no els toca tan de prop. Contràriament, una multitud de
treballs de biologia tracten del doble aspecte de la relació forma-funció. És
el domini de la morfologia funcional.
A causa de les seves solucions, sovint
inesperades, la natura amaga riqueses que els dissenyadors estarien ben
temptats de pouar.
Els models poden oferir unes solucions
semblants amb vista a un problema concret ja que els éssers vius mantenen un
parentiu estret. Els biòlegs parlen de paral·lelisme.
D'aquesta manera, els peixos presenten
dues menes principals d'aletes caudals: les dels nedadors lents i les dels
nedadors ràpids. Per a la nedada lenta, l'aleta és ampla i flexible (carpa
xinesa). Al contrari, la que té forma de falç caracteritza els nedadors ràpids
com ara la tonyina o el verat.
Succeeix igualment que éssers vius
sense parentiu adopten una mateixa solució davant un problema important. Els
biòlegs parlen en aquesr cas de convergència.
L'adopció d'un mateix sistema d'aleta
caudal per a la propulsió dins l'aigua pels mamífers (dofins, balenes) i pels
peixos és una mostra de convergència.
L'aleta caudal: propulsió per baiona
 Figura 1: La natura no coneix el moviment de rotació entorn d'un eix. La propulsió per oscil·lació d'una aleta, tal com la practiquen els peixos i les balenes, presenta l'inconvenient de l'aturada del moviment en cada batuda. Tanmateix, la tècnica ha retingut alguna de les solucions dins el domini de la forma general de l'aleta i la seva flexibilitat igual que del principi de propulsió per oscil·lacions i en l'efecte de «bombar». a) Radiografia d'una aleta de truita i, col·locada damunt del seu model, baiona flexible per a la propulsió d'un vaixell (Ingo Rechenberg i Werner Voss, 1982). b) Aleta de rorqual blau (vista en escorç) i prototip de
monopalma (FFNS, França, 1985).
c) Bomba amb superfície oscil·lant rígida
(Klaus Affeld i Heinrich Hertel, 1973).
Sigui el que sigui —tant si es tracta d'un fenomen de paral·lelisme com de convergència—, la selecció d'una mateixa forma per a una mateixa funció subratlla l'interès del sistema retingut per la natura. La forma en fus s'ha imposat en tots
els nedadors ràpids. Però cal fer atenció al fet que la natura ha anat enllà
dels simples avantatges de la forma: posseeix nombrosos sistemes que milloren
el lliscament sota l'aigua, entre els quals n'hi ha tres que han donat lloc a
tres aplicacions biòniques (figs. 2 i 3):
- La pell esmorteïdora visco-elàstica del dofí: revestiment Laminflo (per a cascos de vaixell i de submarins). -
El mucus dels peixos ràpids, com ara la barracuda: el polyox (òxid
de polietilè) per a submarins, «lubrificant» afegit al líquid dels extintors.
-
Les microestructures superficials de les escates dels taurons veloços: revestiments
de microsolcs de 3M/Minnesota (per a vaixells i avions).
Els límits de la relació forma/funció Els biòlegs avisen del perill d'una
interpretació massa reduïda que consisteix a atribuir una forma a una sola
funció, perquè tothom sap que un organisme ha de satisfer múltiples funcions
les exigències de les quals són, de vegades, contradictòries.
Agafem un exemple dels peixos: un
nedador veloç com la truita no pot oferir una forma hidrodinàmica ideal que
doni lloc a un flux quasi laminar que li permeti de lliscar sota l'aigua sense
provocar turbulències. Per a assegurar aquesta propulsió, la truita ha de
posseir en primer lloc unes aletes, però també ha de tenir la possibilitat
d'alimentar-se, de respirar, de veure-hi... Les aletes, la boca, les ganyes,
els ulls, aporten tants de relleus que dificulten el lliscament... I vet aquí
que la truita s'aguanta aparentment immòbil, amb el corrent en contra i sense
ni tan sols esbossar un moviment.
El físic d'origen romanès Henri
Coanda, tot interrogant-se sobre aquest curiós fenomen, va formular la hipòtesi
del famós «efecte Coanda»: l'aigua entra per la boca i surt per la clivella de
les ganyes tot engendrant entorn del cos del peix un lliscament perfectament
laminar que provoca un efecte d'aspiració que li assegura la nedada sense
moure's. De fet, encara no coneixem cap verificació d'aquesta hipòtesi pels
biòlegs, però Coanda va poder desenvolupar-ne unes aplicacions basades en
l'anomenat «efecte Coanda» al seu primer avió turbopropulsat (1910) i en el
control «fluídic» (fig. 4).
Eis tubs d'escapament dels autobusos
de Londres tenen, d'altra banda, un disseny amb «efecte Coanda» que assegura
una combustió gairebé total i evita un augment de la contaminació d'aquesta
ciutat (cf. P. J. Grillo,
1960).
L'observació de la natura, doncs, amb
un esperit despert pot plantejar qüestions i conduir a una innovació tècnica.
Si hem triat d'il·lustrar aquest
capítol sobre les relacions forma-funció amb uns exemples manllevats als
problemes de propulsió dins l'aigua, és perquè ens semblen fortament simbòlics
de la competició, en el sentit que la competició condueix a la selecció de
sistemes més competitius, els que ofereixen la millor relació
«qualitat-preu».
El peix veloç: fuselatge hidrodinàmic
 Figura 2: a) Els peixos veloços, com aquest verat Loo, presenten uns perfils biconvexos característics d'una bona penetració dins l'aigua. b) La mateixa forma pot aplicar-se
igualment a un altre «fluid» com l'aire. L'avió Aérotorpille dels enginyers V.
Tatin i L. Paulhan, de 1911, posseeix un fuselatge que recorda la forma d'un
peix i és propulsat per una hèlix muntada «a la cua».
c) Peix pilot mecànic per a guiar els
navilis, patentat el 1905 pel noruec Cornelius Lie.
El dofí: un fuselatge hidrodinàmic
 Figura 3: a) Avió clàssic de fuselatge cilíndric, un DC8. b) Maqueta de silteona d'un dofí per a
estudis d'hidrodinàmica.
c) Projecte d'avió amb perfil anomenat laminar, inspirat en el del dofí (H.
Hertel, P. Thiède, K. Affeld, G. Clauss, de l'Institut d'Aeronàutica de Berlín,
ILTUB, 1966-1969).
d) Una depressió sota la protuberància de la cabina de
pilotatge d'un avió pot corregir la pertorbació del fregament causat per
l'element sortint, en relleu. Projecte de Heinrich Hertel posterior a les seves
observacions sobre la forma del meló i l'airejament del dofí (1969).
La truita immòbil contra el corrent: un
«efecte Coanda»?
 Figura 4: El primer avió turbopropulsat de la història de l'aviació, construït per Henri Coanda, exposat al Saló de l'Aeronàutica de París el 1910. Segons l'amic de l'enginyer, el dissenyador Jacques-Paul Grillo, es tractaria d'una invenció biònica. Coanda hauria formulat la teoria de l'efecte que porta el seu nom tot observant peixos ràpids a alta mar i truites als rius i reflexionant el paper hidrodinàmic de la clivella de les ganyes. Paral·lelament als nostres propòsits,
no podem deixar d'aportar el testimoniatge d'autors que han donat anomenada al
camp del disseny i de la biònica.
De la utilitat de la recerca en història
natural
[...] Les recerques d'història
natural, fins i tot les que no semblen fruit d'una pura i vana curiositat,
poden tenir utilitats ben reals que bastarien per a justificar-les davant els
qui voldrien investigar tan sols coses útils. Abans de blasmar-les, caldria la
paciència d'esperar que el temps ensenyi les utilitats que se'n puguin extreure
[...] (René-Antoine Ferchault de Réaumur, Història de les vespes [1719]).
Devem a Réaumur la reinvenció del
paper a base de fibra de fusta —tècnica practicada des de fa més de mil
cinc-cenrs anys a la Xina,
però desconeguda a Europa. L'observació de les vespes tot fabricant pasta de
fusta per a la construcció dels seus nius va inspirar a Réaumur la idea de
substituir les teles per unes matèries vegetals més barates. Tanmateix, tan
sols 135 anys després de la seva proposició va ser fabricat el primer desfibrador
de fusta (Gottlieb Keller, a Alemanya).
El «disseny» del món viu
Des de temps immemorials, l'home ha acostumat a explicar els fenòmens del món viu mitjançant la «causa final", el concepte teleològic del fi, del propòsit o del "disseny", en alguna de les seves múltiples formes (perquè les seves disposicions són nombroses). [...] el camí del físic és cercar no tan
sols els fins, sinó més aviat els antecedents; troba les «causes» en allò que
ha après a reconèixer com a propietats fonamentals o concomitants inseparables
o lleis invariables de la matèria i l'energia (D'Arcy
Thompson, 1917:1,5-6).
La bardana, un sistema d'enganxament
 Figura 5: La bardana, Arctium lappa, fotografiada
a la tardor (a). El suís Georges de Mestral va patentar el 1951 la cinta
Velcro (velours «vellut» + crochets «ganxets») després
d'inspirar-se en el sistema d'enganxament de les fructificacions d'aquesta
planta. Una part de la cinta porta uns rínxols seccionats que fan el paper dels
ganxets, semblants als ganxets flexibles de la planta; l'altra part està dotada
amb rínxols fins semblants als de la folradura de pell d'un animal, en la qual
els ganxets poden enganxar-se. Adoptat en primer lloc per la NASA, aquesta invenció
biònica ha conquerit a poc a poc tots els sectors de la nostra vida quotidiana;
el sistema no necessita cap instal·lació especial (b).
Rèmiges angulades: «reactor» a l'extrem de
l'ala
 Figura 6: Molí de vent «Berwian», d'Ingo Rechenberg. Explota l'efecte de remolí compost. Els extrems de l'ala actius són girats cap al centre, on hi ha col·locada la turbina. El molí de vent va ser optimitzar pel mètode de l'«estratègia de l'evolució» a diferents nivells (nombre i posició de pales, perfils, etc).  Figura 7: Ingo Rechenherg, de l'Institut de Biònica de Berlín, ha demostrat que les rèmiges, plomes grans situades a l'extremitat de les ales d'ocells grossos com ara els rapaços, redueixen les pèrdues d'energia. Llur disposició en cascada condueix a
la formació de remolins marginals que s'organitzen tots sols fent una mena de
trena helicoïdal a l'interior de la qual la columna d'aire axial està
accelerada. Se'n segueix un efecte de reactor a l'extrem de l'ala.
a) Còndor dels Andes. b) «La Cigonya», planador experimental d'Otto Lilienthal
(1894).
c) Remolí marginal simple en un extrem
d'ala truncat que provoca una gran pèrdua d'energia.
d) Remolí compost que mostra el paper
dels «winglets» múltiples, anàlegs a les plomes rèmiges dels ocells.
Principis físics del vol
L'home ha fet milers de temptatives
per a imitar els ocells. El gènere humà ha fabricat i ha posat a prova un
nombre infinit d'ales i les ha rebutjades ràpidament. Tot, tot ha estat debades
i sense utilitat a l'hora d'aconseguir aquesta fita tan ardorosament esperada.
El vol lliure de veritat ha estat, com
fa milers d'anys i fins avui dia, tot un problema per a la humanitat.
No resta sinó renunciar del tot als
mitjans de sustentació per mitjà de gasos lleugers: hem de renunciar a l'ús de
globus i explotar aquests efectes grandiosos del vol del món animal. Només ens
resta servir-nos d'un mètode de vol en què no es facin servir sinó ales poc
gruixudes, que ofereixin molt poca resistència a l'hora de penetrar a l'aire en
direcció horitzontal.
Els animals voladors són capaços
d'enlairar-se i d'efectuar una propulsió ràpida a través de l'aire. Si volem,
doncs, aprofitar també els avantatges d'aquest principi, convindrà trobar
l'explicació correcta d'aquest efecte de vol. La reducció d'un efecte com
aquest a la seva causa primera es fa mitjançant el coneixement just del seu procés
mecànic. I la mecànica, la ciència dels efectes de les forces, és el que ens
dóna els mitjans d'explicació d'aquests mecanismes.
L'art del vol és, doncs, un problema
el tractament científic del qual depèn essencialment dels coneixements de la
mecànica. Les reflexions que hi calen són, tanmateix, de mena relativament
simple, i només per això ja val la pena de donar un cop d'ull a les relacions
entre l'art de volar i la mecànica [Lilenthal,
1889 : 6-7).
Principis de morfologia
Quan sentim dir a un biòleg per
primera vegada i en un llenguatge entenedor que, darrera la forma d'un animal,
cal veure-hi sempre una funció; o fins quan insisteix d'una manera precisa en
la relació que lliga la forma del cos i la seva activitat funcional, acostumem
a sentir-nos desorientats per la multiplicitat d'imatges que evoquem tot d'una.
Fixem-nos-hi: esquelets, moviments de
rodament, ones líquides, gravetat, vent, tensió superficial, guerxesa,
dilatació o retractació paral·lela, creixements diversos, remolins, pressions,
etc. Cadascuna de les formes que hem vist té associat, efectivament, quelcom
que funciona, un funcionament [...].
Amb les cadenetes tenim la gravetat, és a dir, un règim de forces constants i paral·leles; i amb la vela inflada, que té també un perfil de cadeneta, tenim igualment un règim de forces constants i paral·leles, el del vent regular [...]. Amb les espirals logarítmiques i
les superfícies espirals tenim un fenomen que es renova, sempre semblant
a ell mateix.
D'on surt aquest segon punt: quan dues
o més formes són de la mateixa espècie, pot haver-hi quelcom de
comú amb els funcionaments respectius corresponents
[...]
En realitat, qualsevol pronòstic és
impossible. I és indispensable, en presència de dos funcionaments que tenen
alguna cosa en comú, precisar aquesta «alguna cosa», si existeix, i
determinar-ne rigorosament els límits.
Segons el que acabem de dir, dubtem de fins a quin punt la simple «semblança- pot ser encara més perillosa (Monod-Herzen, 1956 : 144-145. Vegeu fig. 8, que il·lustra alguns exemples citats). Analogies entre fenòmens físics o
realitzacions tècniques i organismes
 Figura 8: (a-b) Hidromedusa, Polycanna
germanica (Haeckel) i evolució d'un remolí en un líquid (K. Mack).
(c-d) Sistema de geodèsiques
encreuades sobre les parets d'una vorticel·la, animal aquàtic unicel·lular
microscòpic (Shaefer), i sobre una cistelleria japonesa.
Figures extretes de l'obra d'É.
Monod-Herzen (1956).
De la riquesa de les formes naturals
L'observació de les formes naturals
ofereix un suport meravellós: hi distingim una font inexhaurible de
combinacions al servei de la vida. A l'admirable obra Growth and Form, de D'Arcy Thompson, hom
descobreix una riquesa extraordinària de formes naturals i l'estudi de llur
creixement. Com no hem d'esmentar també els treballs de Monod-Herzen, que va
ser el primer d'assenyalar els problemes plantejats per aquests delicats i
estranys organismes anomenats radiolaris?
Cap arquitecte no pot ignorar el
treball del zoòleg Ernst Haeckel, un repertori prodigiós de formes i de temes
constructius, des de les arborescències múltiples fins als reticles més
complicats. Tinc la convicció que el futur de les estructures es troba reclòs
en aquestes misterioses propostes.
La natura ens ofereix un ventall de
secrets que no seran revelats si no és amb molta paciència i estimació [...] (Le Ricolais, 1935-1969).
La fulla d'un nenúfar gegant: arquitectura de
nervadura
 Figura 9: Vista interior del Crystal Palace de
Londres, construït per Paxton el 1851 per a albergar-hi l'Exposició Universal.
Remarquem-ne els suports múltiples, que es corresponen igualment amb el
principi estàtic de la fulla flotant de la Victòria amazònica, en què aquesta construcció
s'inspira: la fulla no és pas una estructura voladissa sobre la seva tija, sinó
que tota la nervadura de la superfície es repenja sobre l'aigua.
 Figura 10: a) La fulla flotant del nenúfar gegant Victòria
amazònica pot assolir un diàmetre de dos metres. La seva rigidesa és deguda
a les nervadures radials i a les nervadures concèntriques de la cara inferior,
com també a la vora cargolada cap amunt.
b) Nenúfar fotografiat en un hivernacle
del cèlebre jardí botànic de Kew, prop de Londres.
c) Hivernacle de teulada fent plecs, tot
vidriat, construït pel jardiner i arquitecte afeccionat Sir Joseph Paxton a Chatsworth,
el 1849. Aquest hivernacle, els principis de construcció del qual s'inspiren en
la fulla de la Victòrica
amazònica, obria la
via a la industrialització en matèria de construccions lleugeres i va
constituir el precedent del Crystal Palace de Londres.
Carcassa ossosa: ordenament òptim de la matèria
 Figura 11: a) Representació esquemàtica de la distribució de la matèria
ossosa a l'interior d'un fèmur humà.
b) Secció d'un fèmur. S'hi fan aparèixer
les fines fibres o làmines denominades trabècules, de l'os esporífer.
c) Capaç de reaccionar a les contraccions
mecàniques reals (pes del cos que hi incideix obliquament, tracció dels
músculs, etc), aquesta matèria es distribueix constantment orientant els
elements de la seva carcassa tot al llarg de les línies mitjanes de les forces
(per dipòsit, per reducció de matèria...).
d) Traçat de les nervadures dites isostàtiques d'un
plafó de ciment armat, a l'Auditori de Biologia de la Universitat de
Freiburg im Breisgau, a Alemanya. El principi estàtic reprèn una tècnica que
aplica aquest principi de la distribució «natural» de la matèria que va ser
patentat per l'arquitecte italià Pier Luigi Nervi el 1950.
e) La torre Eiffel (1889) de París deu el seu «disseny» a un
alumne de Culmann, l'enginyer alsacià Maurice Koechlin. Una distribució ideal
de la matèria garanteix l'eficàcia de la mecànica de la torre, de 300 metres d'alçària:
les seves 7.000 tones d'acer es podrien entaforar dins un cub que mesurés tan
sols 10 x 10 x 10 metres!
Mínim i màxim, òptim
La noció «estructura» envaeix el camp
dels nostres coneixements. De fet, més que l'estructura en si mateixa, importa
molt més, si em permeteu el pleonasme, l'Estructura de les Estructures. Veiem
dibuixar-se una mena d'evolució intel·lectual en què la qualitat preval
damunt la quantitat, amb
el sorgiment de la noció matemàtica de la variació.
Ha estat justament remarcat que la
naturalesa mateixa dels objectes que prenem en consideració importa menys que
llurs arranjaments. I, més enllà de qualsevol analogia poètica, les formes, les
substàncies, la vida mateixa, no són més que els resultats d'aquests
arranjaments...
Els canvis són una constant del nostre
univers. L'única esperança de com prendre-la és estudiar el que roman
invariable en el decurs d'aquests canvis. A través de les èpoques, el desig del
constructor és sempre el mateix: franquejar llums immenses amb materials
imponderables, és a dir, de poc pes (Le Ricolais,
1935-1969. En unes altres ocasions —«El desig del constructor»— s'ha
expressat d'una manera encara més punyent: espais infinits, pes nul).
[...] els autors Stefan Hildebrandt i
Anthony Tromba ens donen una reflexió sobre la simetria i la regularitat de les
formes de la natura. Encara que sovint es veuen amb facilitat, aquestes formes
i aquests models no sempre es poden explicar fàcilment. Hi ha lleis universals
simples que ens permetin comprendre'ls? [...]
És la història del desenvolupament de
la branca de les matemàtiques que s'anomena càlcul de variacions, que tracta de
qüestions d'optimització —trobar formes o models que maximitzen o minimitzen
una quantitat particular. És l'iglú la forma òptima de casa que dóna el mínim
de pèrdua d'escalfor cap a l'exterior? És veritat que les abelles empren la
quantitat mínima possible per a la construcció de les seves cèl·lules
hexagonals? Encara més; existeix un principi subjacent que descriu la varietat
infinita de les formes del nostre món?
Aquestes preguntes no tenen respostes
finals, però els científics continuen explorant la idea que la natuta es regeix
pel principi de l'economia de mitjans —que la natura va fent de la manera més
senzilla, més eficaç [...] (Hildebrandt
& Tromba, 1985. Text
introductori de la coberta).
Os helicoïdal de la serp pitó i juntura
tronc-branca d'un arbre: perfils elàstics molt resistents
 Figura 12: a-c) Els dissenyadors danesos Rud Thygesen
i Johnny Sørensen van saber donar a aquest seient de fusta lleugeresa, solidesa
i sobrietat econòmiques tot tenint cura particularment del punt d'inserció del
peu-mascle del respatller a l'anell horitzontal del seient. Van imitar la
juntura d'una branca i un tronc d'arbre, on «la natura resol aquest problema
gràcies a l'astuta disposició de les fibres i unes proposicions justes» (1981,
dins J. Bernsen, 1983).
d) L'os del pterigoide, al darrere de la
mandíbula superior de la pitó, constitueix, amb el seu os quadrat, una
articulació doble molt patticulat que permet a la serp d'ingerir preses d'un
volum considerable en un sol tros.
e) Pla geomètric del perfil helicoïdal de
tres branques.
f) Projecte de cadires de fibra de vidre
i poliester, per Fabrice Vanden Broeck (1984). Alguns detalls, sobretot pel que
fa referència a les juntures peu-seient i peu-seient-respatller, s'inspiren en
l'os del pterigoide, on s'exerceixen unes contraccions semblants.
El niu d'abelles: mínim de matèria, òptima
resistència mecànica
 Figura 13: Prototip de feix alveolat per al
sistema de refrigeració d'una central tèrmica (1989). El dissenyador Norbert
Linke, de General Electric Plastics, dels Països Baixos, acabava d'assistir a una
conferència on un de nosaltres (B. Kresling) havia fet la demostració de
l'evolució soferta per l'art de construir de les abelles, des de les cel·les
juxtaposades de les abelles solitàries fins a les cel·les agrupades de les
abelles socials.
 Figura 14: a) Principi d'agrupament dels alvèols de
les abelles socials. El fons comú és gofrat. Aquesta solució garanteix una
excel·lent relació «economia de matèria - estabilitat del conjunt».
b) Estructura sandvitx tècnica amb
paraments plans.
c) Estructura sandvitx d'un esquí nàutic
amb intercalacions en niu d'abella (Reflex,
Grup Zodiac, França).
L'ala del rat-penat: vol batut o vol planat?
 Figura 15: Malgrat els problemes d'estabilitat de
vol que plantejava aquest enginy, el «rat-penat» (avió núm. 3) de Clement Ader
(1893-1897) és una obra mestra d'enginyositat. Construït amb uns «ossos» buits,
fusta i suro, l'avió no pesava sinó 450 kg tot i la seva envergadura imposant de 15 metres.
La perfecció de les closques
 Figura 16:
Les closques més antigues de l'univers
són les crostes dels estels que es refreden [...]. Poden ser comparades a la
closca d'un ou: es formen a la superfície de gotes líquides en moviment. En la
més llunyana prehistòria, fa uns 400 milions d'anys, la natura viva va
aprofitar el fet que una estructura corba és de 50 a 100 vegades més resistent
que una estructura plana del mateix gruix. Això significa que l'embolcall
protector dels microorganismes fràgils tant pot reduir la despesa de material i
de pes com obtenir un grau superior de protecció. Això ha comportat una
veritable explosió de la difusió de les estructures en closca [...]. En
concret, estructures així constitueixen força cadenes muntanyoses de la Terra. Els llits
sedimenraris poden assolir 3.000
metres de gruix i estendre's al llarg de centenars de
quilòmetres.
Les closques són omnipresents a totes
les natures vives: la closca d'ou, les cuirasses quitinoses dels coleòpters i
d'uns altres insectes, la cavitat craniana en volta, les cuirasses protectores
de les tortugues, els becs dels ocells i la major part dels ossos són
estructures tubulars; per tant, doncs, de closca igual que les canyes del blat,
del blat de moro o del bambú. Els grans de les llavors es protegeixen amb
càpsules de parets menudes, les nous són embolcallades per closques coriàcies
i, com diu el proverbi, «té la closca dura com la nou».
L'observació més sorprenent que vaig
poder fer era que pràcticament tots els pètals o calzes de flors eren unes
closques. Sigui el simple pètal d'una flor de cirerer, la campana d'una didalera,
el calze d'un lliri, d'una tulipa o d'un jonquill de bosc, la forma complexa
d'unes sabates de Venus o d'uns botons de gos o totes les variants de les
meravelloses orquídies, totes aquestes flors són closques de parets menudes amb
doble curvatura. Des d'un punt de vista de l'estàtica, són molt refinades i capaces
d'aguantar vents molts forts amb una despesa mínima de matèria. A més, no tenen
més que un sol punt de suport, cosa que encara no sap imitar la tècnica dels
nostres enginyers. Llur disseny mostra un aixecament o un abaixament del límit
de la closca, el mitjà més simple de reforçar-ne la vora (i d'evitar posar-hi
una biga pesant).
Em penso que les flors —les plantes
vivaces o llenyoses— no presenten solament la mena de closca més habitual, sinó
que són també les de bellesa més gran. Ofereixen una perfecció suplementària:
Són estructures cinètiques. Segons
la necessitat, poden variar llur forma a fi d'obrir o de tancar la flor, o a fi
d'ajudar el procés de poltinització. D'aquesta manera podem observar que, quan
un insecte penetra dins una flor com ara la boca de conill, hi desencadena tot
un mecanisme pel simple fet del canvi de curvatura de la profunditat de la
corol·la. Aquesta idea tampoc no ha trobar cap aplicació en el camp de la
construcció. Però la possibilitat és ben real i la transformació de la forma
podria fer-se sense danys o pèrdues: només caldria desplaçar els punts de
suport. Força innovacions interessants ens esperen [...] (Isler, 1989: 135-136).
La petxina pelegrina: ondulacions superposades
 Figura 17: a) Dibuix de l'enginyer francès Robert Le
Ricolais de la petxina pelegrina, Pecten jacobeus. A les ondulacions de la valva, corba, s'hi superposen
unes canaletes fines que van augmentant amb el creixement de la petxina.
b-c) Le Ricolais va aplicar el principi
estàtic d'aquesta petxina —corbes oposades i ondulacions encreuades— a unes
formes cilíndriques com els arbres de les naus o els plafons compostos (1935).
El plafó Isoflex, un sistema de xapes ondulades encreuades i ajuntades per soldadura,
és set vegades més resistent a la torsió que una xapa ondulada plana.
L'ordinador a l'escola de la natura
Avui dia, qui vol desenvolupar un nou
model d'automòbil no intenta penetrar d'antuvi tots els secrets del disseny de
les calesses de correus per tal de refer tot seguit dins el seu cap tots els
models essencials de la història de l'automòbil i trobar, a la fi, que arriba
amb un retard considerable al problema pròpiament dit. Haurà d'examinar, més
aviat, els models millors oferts pel mercat i treballarà per trobar-hi on pot
millorar-los; millora que introduirà en el seu propi model, portador de
l'esperança. Partirà, doncs, del més bon disseny conegut i en compararà les
prestacions amb el seu projecte.
És encara més sorprenent que s'hagi
invertit —fins no fa gaires anys— amb tant de dubte el money and man-power en
l'estudi del disseny de la natura, al qual no es pot aportar gairebé cap
millorament. Evidentment, qui desitja obtenir, per exemple, un filaberquí
òptim, ultralleuger, durador, pot escorcollar força estona piles d'ossos o
elements arboris abans d'obtenir —si mai arriba a trobar-la— alguna cosa vàlida
per a emportar-se a casa.
Ara bé, el dubte sobre si les funcions
a les quals està adaptat actualment l'element biològic es corresponen amb les
condicions a què serà sotmès el filaberquí en el seu ús habitual, tal com està
previst, enfosquirà els pensaments de l'optimista més notable i el posarà
neguitós. El problema és, doncs, que un element constructiu singular (biològic)
no pot ser copiat ni és cap mena de prêt-à-porter. Partint d'aquí, el problema es planteja de tota una altra
manera: es tracta de crear un mètode susceptible de fornir uns components de
lleugeresa i durabilitat comparables als del disseny biològic. Amb el mètode
esmentat no cal anar a parar per força al fèmur d'un gos, a les grapes d'un
tigre o a l'ala d'un ocell, però ens ajudarà a dissenyar un filaberquí que
ofereixi totes les qualitats característiques d'un disseny biològic. Aquest
problema va ser resolt al KfK (Centre de Recerques Nuclears de Karlsruhe) amb
el desenvolupament del mètode CAO (Computer Aided Optimization). Per tal
d'oferir la prova que aquest mètode establia realment el punt òptim d'una
configuració biològica per mitjà d'una construcció per ordinador, va ser verificat
aplicant-lo a nombrosos exemples biològics. Hom va demostrar que, mitjançant el
CAO, es podien simular perfectament tant la cicatriu deixada per una branca al
tronc d'un arbre com la configuració d'unes arrels determinades o la de les
insercions de les branques en un arbre. S'hi poden simular també perfectament
la forma d'una urpa de tigre o d'ós, les formes de les espines d'una planta i
el procés de guariment de fractures d'os, etc. Per això podem afirmar que el
mètode CAO és apte per a fer desenvolupar uns components determinats de les
màquines vers una optimització biològica (MATTHECK, 1992 : 14).
Arbres: models per a la indústria
 Figura 1 8:
a) Formació accidental d'un encanyissat
en un castanyer per mitjà d'una branca que en posa en contacte les dues
branques principals.
b-d) El físic Claus Mattheck ha imposat com
a «deure» al mètode CAO d'optimitzar un detall semblant en què dos cilindres
són ajuntats per un travesser i als quals es demanen les mateixes prestacions
mecàniques que l'arbre en la natura. Les zones d'expansió dels anells de
creixement corresponen a un dispositiu que impedeix l'aparició de contraccions
excessives. L'acumulació de matèria al cap dels anys no és sensible sinó a les
zones lliures dels troncs i a la mateixa juntura. El sistema CAO, havent après
dels arbres a optimitzar estructures, pot preveure, doncs, els fenòmens en uns
altres casos: l'eficàcia del mètode CAO es demostra i l'esguard del dissenyador
s'afina...
e-i) Optimització d'una anella de cadena
pel mètode CAO (C. Mattheck, 1992,
FEM: Susanne Burkhardt, Juergen Shaefer).
 Figura 19:
El «biodisseny» de l'Art Nouveau introdueix
formes «vegetals» en la producció indústrial a partir de la preocupació per
voler donar elegància i aparença de lleugeresa. Des del punt de vista tècnic,
les construccions com ara els edicles de les estacions del metro de París
(1900) o els mobles d'Hector Guimard són de la mena «pal i nus». Gràcies a les
juntures acurades i a una triangulació sistemàtica dels elements, aquestes
estructures són millors que les dissenyades amb el compàs. Però les formes no
tradueixen exactament les de les plantes, que no coneixen una triangulació si
no és per atzar o accident (la foto mostra la branca d'un gran plataner, a
l'avinguda de Foch de París). Sens dubte, el detall de la palangana de l'emú
s'acosta encara més a les estructures metàl·liques de Guinard. La imitació
d'aquestes formes biològiques no es justifica, tanmateix, sinó en la mesura que
s'hagi tingut en compte l'entorn mecànic de l'estructura natural (músculs,
punts de suport...). El mètode CAO pot intervenir en aquestes aproximacions.
|
Sobre l'autor
YVES COINEAU
Zoòleg. Director del Laboratori de
Zoologia del Museu Nacional d'Història Natural de París. Autor de Les invencions
de la Natura i
la Biònica. President de l'Associació per a la Promoció de la Biònica.
BIRUTA KRESLING
Arquitecte. Col·laboradora enterna del
«Working Group Nachtigall» de la
Universitat de Saarbrücken i del Museu Nacional d'Història
Natural de Paris. 1.’
premi ex-aequo «Pantone-Colours» de Disseny Industrial, Londres, 1991.
Relacionat 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 HERMANN HAKEN Sinergia: quins són els principis bàsics de l'autoorganització a la natura? 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 CARMELO DI BARTOLO Un diàleg entre materials i ambient. Dissenyar la protecció: observació, models, solucions en la tasca del Centre de Recerques de l'Institut Europeu de Disseny 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 W. HENNICKE JÜRGEN Lleuger i ampli. Aspectes sobre el disseny i la construcció d'àmplies estructures lleugeres 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 SILVIA PIZZOCARO Una metàfora darwiniana. Objectes, sistemes artificials i mutacions tecnològiques en una perspectiva evolutiva 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 ENZIO MANZINI Physis i disseny. Interaccions entre natura i cultura 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 GILLO DORFLES El disseny entre l'objecte natural i l'objecte artificial 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 EDUARDO SESTI DE AZEVEDO Disseny i ambient, estratègia i projecció 16 DISSENY, TECNOLOGIA, COMUNICACIÓ, CULTURA, 2000 JORDI FARRÉ, ENRIC SAPERAS La televisió: una finestra oberta al món? 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 GABRIEL SONGEL Natura, disseny i innovació: proposta metodològica 10 NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ, 1994 WERNER NACHTIGALL Creació de forma i biònica: disseny biològic |