10
NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ,
1994
Creació de forma i biònica: disseny biològicIntroducció
En
aquesta primera exposició es mostrarà fins a quin punt el concepte de «disseny
biològic» fa un paper important en la biologia i en la tècnica fixada pel
disseny i, a més, intentarem d'establir les interrelacions existents entre el
món de la biologia i el de la tècnica. Exposarem deu tesis amb exemples
complementaris.
1. El concepte de
disseny pot ser anàleg al concepte de disseny tècnic en biologia
El
mot «disseny» prové del verb llatí designare (designar). Per disseny es
poden entendre conceptes com ara projecte, mostra, pla, model, o la cooperació
de l'artista en la creació d'una forma. Però potser la formulació més encertada
és, segons el meu criteri, «la creació del producte en el camp d'una estètica
pràctica», trobada per l'Escola Superior de Disseny d'Ulm.
D'acord
amb això, el disseny es realitza amb la projecció i la creació d'un producte, i
els aspectes pràctics i estètics hi tenen un paper molt important.
Quant
als productes de la biologia, no tenim cap dissenyador conegut, però, tot i
això, correspon a l'evolució (desenvolupament de la tribu o grup) i a l'ontogènesi
(desenvolupament individual) donar forma als animals i a les plantes i
donar-los un concepte de disseny. Per això podem parlar també de disseny
biològic i dir que el seu concepte de disseny pot ser anàleg al concepte de
disseny. Però l'aspecte estètic representaria una excepció: la biologia pot fer
afirmacions envers conceptes de les ciències naturals com ara forma o funció,
però no pot fer-ne quan es tracta de conceptes fora d'aquest camp, com podria
ser l'estètica.
Feta
la introducció, definirem què és la biologia en si. Per disseny biològic
s'entén la creació orgànica de la forma en el camp d'acció de les diverses
exigències funcionals en la filogènesi i l'ontogènesi.
És
molt important que tots els processos de formació que marquen les formes
orgàniques puguin ésser també influïts pels requisits funcionals, i que aquests
siguin a la vegada diferents i sovint contraposats o contraris. Per aquesta
raó, una forma biològica sempre descriurà un «disseny de compromís» i no es pot
permetre una finalitat en si o una autointerpretació «exuberant». Naturalment,
sovint percebem el disseny biològic com a «maco». Aquesta qualitat estètica
apareix en l'espectador com a conseqüència secundària del procés de
reconeixement. Aquesta no pot, però, ésser més que un paràmetre aclaridor. Les
ciències naturals poden intentar explicar la forma per mitjà de la coordinació
d'uns requisits funcionals fàcilment reconeguts. D'això es poden establir les
interrelacions entre el món de la tècnica i el món de les formes animades. De
quin tipus són?
2. La biologia
tècnica i la biònica es complementen com
la imatge i el seu reflex
La
biologia tècnica intenta entendre i descriure millor les construccions i els
tipus de procediments del món animat mitjançant l'aportació del saber físic i
tècnic. La biònica es basa en els criteris de la biologia tècnica. Intenta
prendre-la com a suggeriment per a unes altres creacions tècniques pròpies. Les
creacions pròpies hauran d'acomplir unes lleis, però, d'acord amb el tipus de
procediment acreditat de l'enginyeria. Una còpia natural pura seria un engany
no científic.
Exemple:
la pell de serp i la capa per a l'esquí de fons.
Les
escames abdominals del grup de serps sud-americanes Leimadorphys (els
membres de les quals s'arrosseguen pel terra de boscs humits mitjançant el
moviment peristàltic cap endavant i cap enrera de la seva pell d'escames) tenen
una estructura d'escames en un dels seus costats peculiarment parabòlica.
Mitjançant el saber bàsic tècnic i físic (biologia tècnica) dels efectes de la
fricció, podem aclarir l'estructura de les escames i donar una funció a la seva
morfologia: les escames són «generadors de fricció dependents de la direcció».
La serp s'hi arrossega perfectament cap endavant, però no pas cap enrera. El
trasllat d'aquest principi a la tècnica (biònica) ens ha fet pensar en la capa
de l'esquí de fons, tot i que és tècnicament més senzilla. Aquesta no dificulta
de lliscar cap endavant, però estalvia a l'esquiador de fons haver de
retrocedir en els pendents (fig. 1).
 1. Exemple del procediment de treball de la tecnica biològica i la biònica.
3. L'organisme forma un tot funcional Forma
i funció s'acoblen de manera inseparable en un organisme. L'un condiciona
l'altre. Poques vegades es pot dir quin és el que ha tingut més força a l'hora
de donar la forma; si la forma s'ha creat com a resposta a uns requisits
funcionals o si l'organisme és qui ha començat a utilitzar una forma ja donada
per a una funció convenient.
Exemple:
la panerola.
El
crustaci Armadillium vulgare sembla una panerola normal quan
s'arrossega. En cas de perill pot cargolar-se com una petita bola —de la mida d'un
pèsol— impenetrable. L'adaptació és tan detallada i precisa que l'abdomen i les
antenes de l'animal troben el lloc ja previst. D'aquesta manera l'animal és
inabastable; davant un enemic sempre s'enrotlla. En situacions normals, però,
les diverses parts que poden cargolar-se i transfigurar l'animal en una
bola-closca tenen unes funcions «normals» i diverses (fig. 2). La part del cap
del tèrmit Paracryptocercus actua d'una manera semblant. Amb els caps,
els «soldats» d'aquesta família tanquen des de dins l'entrada construïda.
 2. Panerola rodona, Armadillium, vista de davant. Soldat tèrmit Paracryptocercus. 4. Les construccions biològiques segueixen el principi del tipus de construcció altament integradora Contràriament
a la tècnica, la biologia poques vegades construeix a partir de parts
individuals, acabades individualment i combinades posteriorment. Molt sovint,
gairebé coma regla, els elements constituents de la forma es creen per
l'adaptació i l'ajustament i es fonen a poc a poc en un tot integrat. En trobem
exemples molt interessants en el món dels insectes i també en l'ordre de les
xinxes.
Exemple:
bomba secretora de la xinxa Dolycoris.
Les
xinxes piquen les preses i els injecten una secreció amb la punxada. Aquesta
substància impedeix la coagulació del líquid xuclat en la punxada i evita així
l'obstrucció del canal d'absorció. Per a això fan servir una diminuta (2/10 mm)
però eficaç bomba secretora, la qual disposa de tots els elements «tècnicament
necessaris» per al seu funcionament com ara l'espàdix, el cilindre o els
ventiladors. Però els elements no es poden delimitar entre ells totalment. En
una configuració en què els elements estiguin totalment integrats, la bomba
secretora crea un disseny funcional en un tipus de construcció altament
integradora (fig. 3).
 3. Bomba de secreció de la xinxa Dolycoris baccarum. 5. L'organisme compensa les càrregues perjudicials Les
forces interiors i exteriors influeixen en cada organisme. Algunes forces són
«desitjades» i, en conseqüència, emprades. Com a exemple tenim l'ús de les
diverses forces de fricció de la serp Leimadorphys quan s'arrossega.
Unes altres forces són «no desitjades» i poden sobrecarregar les propietats de
suport de l'organisme. En cas que l'organisme no se'n desprengui, intenta
recompensar-ne les repercussions negatives.
Exemple:
trencament de la copa d'un arbre i minva de la tensió del tronc mitjançant el
creixement compensador.
Imaginem
que un arbre perd la copa a causa d'un llamp i tan sols hi resta viva una
branca lateral massissa. Mitjançant el centre de gravetat de la branca, la
massa de gravetat G produeix una important força de flexió B = M · I a la
branca. Aquesta força no pot ser compensada mitjançant les forces contràries de
l'arbre (com ho era abans de ser ferit pel llamp) i significa una forta càrrega
per al tronc. L'arbre regula aquesta manca de compensació de forces i provoca
que, amb el pas del temps, la branca creixi torta per damunt de les restes del
tronc. Si el centre de gravetat està situat per damunt del tronc, llavors la
distància I i, per tant, la força de flexió resulten iguals a zero (fig. 4); la
càrrega excèntrica i perjudicial desapareix.
 4. Una càrrega excèntrica després d'un «accident» en un arbre torna al seu ordre normal. 6. La mida absoluta d'un organisme en determina
el disseny estàtic
La
mida de l'animal és important per a la configuració exterior —i encara més per
a la interior (pes, esquelet). Els animals grossos, observats estadísticament,
tenen més problemes que no els petits. La gran mida de la seva closca ha
d'augmentar molt més que la seva llargària. D'aquesta manera l'esquelet de l'animal
és més dur i resistent. En el cas dels animals de grans dimensions, el seu
aspecte repercuteix visiblement en la seva forma exterior i en la impressió que
en tindrà l'observador. Per les forces de gravetat de la Terra, no hi podrien
sobreviure mai animals més grossos que els coneguts dinosaures. Tot i els seus
grans esquelets, el seu sistema desapareixeria sota la influència del propi
pes.
Exemple:
les proporcions de l'esquelet.
En
un clàssic de la literatura biològica de Hesse i Doflein, publicat per primera
vegada l'any 1919, trobem el dibuix d'un hipopòtam i d'un conill de Noruega de
la mateixa mida (fig. 5). A primer cop d'ull hi podem veure que l'hipopòtam és
molt més pesant que el conill de Noruega. Això és així perquè el diàmetre (D)
d'un ós no augmenta segons la longitud del cos (L) o amb la mateixa longitud de
l'ós (D L). Ho fa segons la relació entre DLLL1,50. S'ha pogut arribar a
aquesta conclusió després de moltes proves. Dins la família dels antílops,
l'exponent trobat empíricament per a l'os de l'avantbraç assoleix l'1,52.
 5. Diversos graus de massa de l'esquelet en animals grossos i petits, dibuixats a una escala similar. 7. L'organisme entra en contacte amb el medi ambient El
medi ambient marca el disseny de l'organisme, i el disseny és d'allò més
important encara que no s'esdevé d'una manera directa. Les propietats de
l'organisme guanyades a l'hàbitat no es transmeten (lamarckisme). L'evolució depèn més d'àmplies
paletes de canvis petits i espontanis, i per això davant canvis en les
condicions del medi ambient sempre hi haurà éssers que, per les seves òptimes
condicions físiques, tindran més possibilitats de sobreviure i de reproduir-se.
D'aquesta manera s'omplen els «nínxols ecològics».
Els
nínxols ecològics són també físics. Les condicions de l'entorn també són
determinades per les lleis físiques. Es té la sensació igualment que la configuració
utilitzaria els «nínxols físics»: la forma física adequada respectivament es
confon.
Exemple:
formes de les ales dels insectes.
Ja
hem explicat abans que els animals petits, en comparació dels grossos, són
sotmesos a uns altres condicionants estàtics. De la mateixa manera podem dir
que l'aire ofereix unes altres condicions de fermesa en els animals petits. Com
més petit és un insecte i més lentament
vola, troba més resistència de l'aire. Els insectes més petits «remen» per
l'aire com «puces d'aigua» de resistències diferents.
La forma de les ales s'adapta a les
propietats de l'estat de l'aire. Es parla de la seva dependència amb el nombre
de Reynolds (RE) de la forma biològica. El nombre de Reynolds correspon a la
longitud del cos (L) i la velocitat (V), com també la capacitat de l'aire i la
seva resistència cinètica. La relació és: RE = VLV. El nombre més petit de
Reynolds serà característic dels animals més petits i més lents.
En nombres elevats de RE, les ales perfilades
i tornejades són físicament apropiades (ales d'ocells). En nombres mitjans de
RE són més apropiades les ales no tan tornejades, sinó més aviat les formades
per capes més planes i allargades: les ales de libèl·lules i mosques. Els
insectes més petits, d'ales d'una llargària tan sols d'uns quants mil·límetres
(escarabats o mosquits grossos i inofensius, amb una llargària d'ales no
superior a dècimes de mil·límetre), que no disposen dels dos tipus d'ales
mencionats anteriorment, fan ús de les ales de cerra.
La natura s'adapta perfectament i amb molta
precisió a les condicions ambientals, en les quals es desenvoluparà el disseny
de l'ala (en el cas que estudiem, dins l'àmbit de mesurament de Reynolds) (fig.
6).
 6. En valors petits de nombres de Reynolds, trobem ales perfilades i tornejades (ocells) i ales de cerra (i altres insectes petits). Cada disseny d'ala treballa en el seu camp de valor de Reynolds (quadre negre) segons el que sigui més convenient.
8. La forma ha de satisfer unes exigències múltiples Ja hem definit el disseny biològic com una
configuració orgànica que s'ajusta al camp de força dels diversos requisits
funcionals. Hi ha requisits múltiples i diversos, i poden actuar tant d'una
manera negativa com positiva. Sovint són contraposats. Així, en un porc senglar
la cerra ha de ser llarga, com a «aparell de lluita», i alhora flexible. Una
cerra llarga és més forta per a la lluita, però una de curta és més flexible.
En algun lloc trobarem un compromís que provocarà la configuració de la imatge.
Cadascun dels dissenys biològics és, finalment, una mena de compromís en el
terreny de força de dotzenes d'aquestes condicions de l'hàbitat.
Exemple:
les closques dels ous de la mosca blava.
Les closques dels ous de les cries de mosca
han de ser lleugeres perquè en un mateix ús de material molts ous puguin ser
produïts. Han de ser elàstiques i, així, suportar formes diferents. També han
de fer possible l'intercanvi de gasos, de la mateixa manera que ho fa qualsevol
altra textura, per a deixar passar l'oxigen de l’aire exterior i el diòxid de
carboni produït a l'interior. I, finalment, han de ser impermeables a les gotes
d'aigua i fer possible l'intercanvi de vapor d'aigua. Podríem formular molts
més condicionants de la closca de l'ou d'una mosca.
En el camp d'acció d'aquestes condicions, diverses i de
vegades contradictòries (lleugeresa de construcció, estabilitat, resistència
als gasos, impermeabilitat, etc), l'evolució hi ha donat suport mitjançant una
substància de quitina formada per uns tentacles múltiples i una closca que, per
mitjà dels efectes de les seves estructures, fa desviar l'aigua cap a les
cantonades (fig. 7a). D'aquesta manera tan complexa el porc senglar
combina la lleugeresa i l'estabilitat (fig. 7b).
 7. Closques d'ous de la mosca blava Calliphora spp. Mostren el «disseny de compromís» amb les meravelloses estructures de quitina, les quals, sovint contradictòries, arriben a harmonitzar. 9. L'organisme entra en contacte amb uns altres organismes Aquí disseny xoca amb disseny, ja que les
formacions constructives participen perfectament en el conjunt pel que fa a la
seva tasca funcional, i també quan aquest contacte apareix tan sols una vegada
en la vida de dos organismes. Els exemples més representatius es troben als
òrgans de fecundació o en uns altres òrgans similars, els quals fan un paper
molt important en el camp de l'actitud de fecundació. N'hem tret l'exemple
d'aquest darrer cas.
Exemple:
l'impediment del moviment de les tenalles en la copulació de les aranyes.
Les aranyes mascles perillen molt en la
copulació. Les aranyes femelles (normalment molt més grosses) sovint els veuen
com un objecte d'atac i els envesteixen amb les tenalles. En aquest cas, els
mascles han d'evitar l'atac de les femelles fins que la parella de la copulació
esdevingui dòcil gràcies a unes quantes tècniques emprades. Una possibilitat de
defensa molt útil és la immobilització de les eines d'atac de la femella.
Les aranyes mascles del tipus Pachygnatha
clerckii tenen un disseny especialitzat de les tenalles, les quals encaixen
en una configuració geomètrica i posseeixen grapes a la part inferior de la
pota que són molt allargades i articulables en les terminacions. En
l'aproximació, el mascle ataca greument les tenalles de la femella, les
agafa entremig dels seus membres fent-ne servir les terminacions i així la
immobilitza i l'atrapa (fig. 8).
Hi
ha una gran quantitat de mecanismes de copulació dins el regne animal.
 8. Abans de la copulació, el mascle de I'aranya Pachygnata clerckii immobilitza les tenalles de la femella fent servir les seves. Aquí detallem els dissenys d'ambdues tenalles. 10. L'organisme viu sotmès al dilema energètic. Pertot arreu ha d'estalviar energia Podem
dir que, quan un organisme no té cura de l'energia que hi ha al seu voltant,
tampoc no és capaç de viure o sobreviure. L'energia disponible és limitada.
També podem dir que el rendiment a aportar (energia per temps, mesurada en
joules per segon = vat) és limitat. Si un ocell femella ha d'invertir un gran
rendiment de vol per a alimentar-se en un dia normal de primavera (potser
perquè les seves ales no tenen una forma aerodinàmica òptima), aleshores
resulta que en aquest interval de temps disposa de menys energia per a la
síntesi dels ous, i això repercuteix negativament en llur reproducció.
Tots
els processos biològics són optimitzats energèticament fins al mínim detall.
(Les civilitzacions humanes podrien prendre exemple de l'estratègia natural en
cada procés biològic: estalviar tanta energia com sigui possible.)
Amb
això, totes les adaptacions discutides fins ara significarien la suma d'un
balanç positiu d'energia. També un disseny biològic participa en l'ús de
l'energia partint de la base del fet d'estalviar.
Exemple:
una configuració ideal estalvia energia de moviment.
Els
cavalls i uns altres mamífers ràpids com ara la gasela tenen la zona pèlvica
molt desenvolupada i, contràriament, la configuració de les seves cames és tan
delicada que de vegades tenim la sensació que les potes són fetes d'ós i de
pell.
La
majoria dels músculs de moviment estan situats a la part de dalt, propers al
punt de rotació, i traslladen els punts de fixació del moviment de força (atac)
als seus tendons, els quals són més llargs a la part inferior per augmentar
així la seva potència.
Com
més desenvolupada és la massa muscular de la cama, s'ha d'emprar més energia en
cada pas quan, des de la postura de descans, s'ha de tornar a accelerar. Un equivalent
d'aquest ús de l'energia seria el moment de trasllat del pes de la cama
respecte a l'eix del gir (es calcula com la suma de tots els productes de les
unitats de massa [M¡]
i de les potències de les distàncies de rotació [r¡2]). Si els músculs estiguessin
repartits per tota la cama, el moment de pes de la cama seria molt gran ja que
els valors de r¡2 són molt elevats. Però així el moment
de massa de la cama es manté baix, ja que la disposició dels músculs propers a
l'eix de gir manté baixos els valors de r¡2. Aleshores la
capacitat d'acceleració disminueix, i, amb això, la capacitat de moviment en
general. D'aquesta manera, per cada unitat de temps, hi haurà un major excedent
d'energia, disponible per a uns altres processos biològics.
Els
elements de construcció necessaris per a dur a terme aquesta tàctica, és a dir,
el tendó allargat, lleuger i resistent, han estat desenvolupats per la natura
d'una manera ideal. Per a la configuració de la pota del cavall també s'aplica
el principi, ja esmentat, del tendó. Així, doncs, es disposa d'un altre
avantatge: es pot emmagatzemar energia en tendons estirats. D'aquesta manera,
una bona part de l'energia aplicada a la pota del cavall en moviment pot ser
emmagatzemada al tendó i restar disponible per a la fase següent del moviment.
Aquest «truc» també estalvia energia (fig. 9).
 9. El principi dels tendons possibilita l'acumulació de massa dels músculs d'impuls prop del punt giratori. Mitjançant la minva del moment de càrrega de pes, s'estalvia energia per a l'impuls. Conclusions Hem
intentat desenvolupar, a partir de la redacció de deu tesis i la seva
complementació per mitjà d'exemples, la definició del concepte de disseny en un
àmbit empíric tenint en compte les formes biològiques.
El «disseny»
és un concepte definit tècnicament i artísticament; és a dir, no és un concepte
biològic. Per a la descripció de les formes des del punt de vista filogenètic i
ontogenètic, els biòlegs s'ajuden de disciplines clàssiques com ara la
morfologia o la morfologia funcional.
Des
d'aquesta perspectiva, l'aplicació del concepte de disseny al món animat de la
biologia no hi aporta un valor especialment innovador.
El
concepte de disseny es pot aplicar anàlogament al món de la tècnica. D'aquesta
manera s'intentarà que les disciplines tècniques, artístiques i artesanes
segueixin l'exemple i vagin més enllà del seu propi camp.
Així
s'hi poden distingir punts en comú. Definitivament, podem aprendre cada dia
molt més encara del cànon de formes de la natura, sobretot en el món pràctic
del disseny.
Ningú
no copiarà mai la natura d'una manera subjugada. Partint de la base d'una biònica i una tècnica ben enteses, la
natura és una gran font d'inspiració. Aquesta orientació farà que la tècnica de
la humanitat es converteixi en una tècnica per a la humanitat.
L'estudi de les «construccions de la vida» i
de la «fantasia de la creació» pot ser, en termes generals, molt significatiu
per a un exercici de creativitat biònica i conduir així a una actitud anímica
que permeti, d'una banda, la contemplació de la vida i, de l'altra, reconduir
l'actitud interna de la humanitat envers l'hàbitat, biològic o no.
|
Sobre l'autor
WERNER NACHTIGALL
Doctor en Biologia. Director de
l'Institut Zoològic de la
Universitat de Saarland i de la Societat per a la Biologia Tècnica
i Biònica de Saarbrucken.
Relacionat 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 YVES COINEAU, BIRUTA KRESLING Biònica i disseny: testimoniatges de l'evolució d'aquest acostament 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 HERMANN HAKEN Sinergia: quins són els principis bàsics de l'autoorganització a la natura? |