Біонічні аспекти проектування

Реферат

ТЕМА:

"Біонічні аспекти проектування"

Загальні відомості про біоніку

Біоніка в дизайні - це окрема, відносно нова частина біонічної науки. Слід підкреслити, що біоніка не передбачає сліпого копіювання форм природи, а спрямована на глибокий логічний аналіз принципів структурно-функціональної організації живих систем із метою використання законів і принципів їх, формотворення для ефективних композиційних і конструктивних вирішень меблів.

Використання природних принципів формотворення дає можливість дизайнерам урізноманітнювати форми меблів, вводити нові конструктивні рішення, підвищувати їх раціональність і економічність, що в кінцевому підсумку підвищує якість і асортимент меблів, дає змогу більш повно задовольняти споживчі потреби.

Природні форми в процесі еволюції і природного добору змінювались у бік більшої раціональності й економічності. Наприклад, дослідження свідчать, що шестигранна форма комірки бджолиного стільника - найекономніша з точки зору заповнення площини, тобто - це форма, яка дає змогу визначеній площині максимально її використовувати, що неможливо здійснити, застосовуючи п'яти - чи восьмигранники.

У природі фактори середовища і конструктивні форми живих організмів гранично узгоджені. Збільшення створюваних людиною виробів із природними формами зумовлено тим, що конструктор, особливо останнім часом, розв'язує ті ж завдання, що й «конструктор» - природа, а саме: отримати максимальну несучу спроможність при мінімальній власній масі конструкції і знайти таку форму, яка б сприяла збільшенню її міцності й надійності.

Обидва завдання успішно розв'язуються в природних конструкціях. Природа не визнає двовимірності. Усі біологічні конструкції працюють у трьох вимірах поза просторовою залежністю від об'єкта. Наприклад, раковина молюска, павутина або скелет. У природі рідко трапляються елементи, які працюють на згин. В основному біологічні конструкції працюють на стиск і розтяг. Використовуючи ці раціональні принципи, природа створює безпомилкові, практичні, економічні форми.

Незважаючи на старанне вивчення природних конструкцій і відтворення принципів їх роботи за допомогою найновіших досягнень науки й техніки, між біологічними об'єктами і створеними людськими руками все ж існує велика різниця. Причина цього полягає, по-перше, в різноманітних фізичних і хімічних якостях конструктивного матеріалу, по-друге, у великій різниці розмірів конструкції. Проте найголовніше в тім, що технічні конструкції залишаються для людини лише допоміжним засобом організації конкретного простору, тоді як у біології організм ототожнюється з конструкцією, що становить його невід'ємну частину.

Можна говорити швидше про зовнішню подібність творінь людини і живої природи, зумовлену тим, що штучні конструкції служать людині для тих самих цілей, що й біологічні їх господарям - організмам.

Тому переносити природну форму «один до одного», без змін, не можна, адже меблі повинні перш за все відповідати цільовому призначенню й процесу експлуатації. У кожному конкретному випадку дизайнер зобов'язаний творчо підійти до використання природної форми, тобто, застосовуючи ті ж принципи формотворення, запропонувати свою нову форму, яка відповідала б функціональним і експлуатаційним вимогам.

Підбираючи аналоги з числа біологічних об'єктів, слід приділяти увагу в основному тим із них, які хоча б побічно виконують функцію (таку ж чи подібну), потрібну в проектуванні конструкції. Вибравши відповідний природний аналог, визначають те суттєве в його формі та конструкції, що забезпечує виконання поставлених перед дизайнером завдань.

Дизайнер повинен бачити й розуміти логіку природних форм, аналізувати їх, виділяти найсуттєвіше і потім моделювати на цій основі нові об'єкти та структури. Тому важливо ознайомлюватись із проблемами біоніки і вивчати можливості застосування принципів природного формотворення в проектуванні меблів, яке у творчому процесі відбувається у таких напрямах:

вивчення тектоніки біологічних конструкцій;

вивчення способів і механізмів трансформування форм у живій природі;

вивчення можливостей використання різних властивостей і форм природних об'єктів.

Використання тектоніки біологічних конструкцій

Найуніверсальніші принципи тектоніки біологічних конструкцій, які використовують у проектуванні меблів, такі: підсилення конструкцій по лініях головних напруг; робота конструкції на розтяг; явище тургору; опір по формі; структури у вигляді «конуса гравітації» і «конуса росту».

У природі можна знайти багато прикладів набуття живими формами стійкості та міцності завдяки раціональній конструкції й формі.

Великий інтерес викликає принцип побудови листка рослини, зумовлений закономірністю підсилення конструкції по лініях головних напруг. Міцності листку надають прожилки, які пронизують усю його поверхню. Завдяки такій структурі листок водяної рослини Вікторії регії, діаметром близько 2 м, не тільки сам зберігає стійкість, але й здатний витримати масу до 50 кг. Принцип жилкування листка може бути застосований при проектуванні столів та меблів для сидіння, а також для конструкції тентів-парасоль у садово-паркових меблях.

У творчості дизайнерів знаходять застосування також і вантові конструкції, тобто поєднання тросів, шнурів або смуг, які приймають основне навантаження і працюють на розтяг, із тонким ненапруженим матеріалом, що заповнює прорізи. При цьому проявляються певні геометричні закономірності структури природних конструкцій, виражені в характері їх контуру й вигляду, способі плетення мережі і т.д.

Сітка павутини - одна з найдосконаліших інженерних конструкцій живої природи. Характер переплетіння ниток павутини, її структура забезпечують надійність і ефективність роботи основних несучих елементів-ниток. Поділ сітки на різні ділянки, які працюють відносно самостійно, забезпечує при руйнуванні однієї її частини локалізацію цієї пошкодженої області. При цьому зусилля в несучих елементах рівномірно перерозподіляються, завдяки чому система завжди перебуває в напруженому стані і руйнується при виході з ладу значної кількості елементів. Природні аналоги вантової конструкції - це перетинчасті лапи водоплавних птахів, плавці риб та ін. Найдавнішою типовою вантовою конструкцією серед меблів є садовий гамак.

У меблях широко застосовують розповсюджене в природі явище тургору, тобто напруги клітинних оболонок, зумовленої внутріклітинним тиском. Завдяки тургору рослини набувають пружності. Особливо важлива його роль у формотворенні тих організмів, у яких відсутня арматурна тканина, наприклад, у гусені, медуз. Його використовують у надувних меблевих виробах. Надувні м'які меблі відкривають великі можливості для трансформації. Їх можна легко пристосувати до конкретних умов, видозмінювати залежно від потреб і смаку власника, легко переносити, а у випадку необхідності вони можуть на деякий час «зникнути» із кімнати, залишаючи вільний простір для інших функцій. Водночас вони мають хорошу несучу здатність, еластичні та зручні в експлуатації.

Розроблювані форми пневматичних конструкцій мають бути максимально стійкі, відповідати характерним динамічним факторам і умовам функціонування середовища, для якого вони призначені. У живій природі значне поширення мають також комбіновані природні системи, у яких конструкції, що працюють на розтяг, органічно пов'язані з опорними жорсткими елементами. Використовуючи цей принцип, отримуємо стержнево-вантові, пневмовантові та інші конструктивні системи із широким використанням міцних характеристик матеріалу.

Фахівців зацікавила ще одна властивість природних організмів, особливо рослин, - підвищення опору конструкції завдяки особливостям її форми. Ця властивість виявляється в складчастості листків, згортанні пелюсток квіток у трубочку, закручуванні в спіраль, тобто в досягненні більшої стійкості та міцності без додаткових затрат конструктивного матеріалу, а виключно за рахунок зміни просторової форми. Той же ж принцип покладено в основу природної конструкції раковини морського молюска, «хатки» слимака, оболонок пташиних яєць та горіхів. Переважно поширені оболонки з геометричне неоднорідними поверхнями. Складна кривизна оболонки надає їй при мінімальній товщині досить великої міцності.

Форми пташиних яєць різноманітні. Частіше трапляються яйця конічні, загострені в напрямку від тупого кінця до гострого, тобто яйцеподібної форми. Як свідчать результати досліджень, яйцеподібна форма забезпечує більшу міцність, ніж сферична.

Різноманітні форми морських і річкових молюсків. У деяких молюсків оболонка раковини, крім випуклості, має ще і хвилясті згини - ребра, які підсилюють несучу спроможність усієї конструкції. Заслуговують на увагу обриси надкрилків деяких твердокрилих комах. Прикладом міцної замкнутої оболонки з отворами є панцир черепахи. Моделювання всіх вищезгаданих форм живої природи базується на єдності системи побудови форми і діючих у ній механічних сил - у закономірності опору за формою. Ця закономірність знаходить широке застосування в дизайнерській творчості, наприклад, при проектуванні столів із великою функціональною поверхнею і малою кількістю опор, меблів для сидіння та зберігання.

У меблевих конструкціях можна також використовувати природні форми у вигляді біологічних структур, так званих конусів - конуса гравітації (основою вниз) і конуса росту (основою вверх), а також їх поєднання. Конус гравітації виражений у стовбурах дерев, у формі крони ялини або смереки й є оптимальною формою для сприйняття сил тяжіння і бокових навантажень. Природна форма конуса росту відбита в кроні листяних дерев, у структурі деяких грибів (лисички) та ін. Дерево - приклад співвідношення двох конусів.

Разом із тим існують відомі, але невиявлені конструктивні особливості природних об'єктів, які відкривають великий простір для пошуку.

Як бачимо з багатовікового досвіду розвитку меблів як галузі прикладного мистецтва, головна особливість тектоніки об'єкта полягає у всебічній єдності форми й змісту при гармонійному й доцільному взаємозв'язку з іншими факторами формотворення. Стосовно проблеми використання біонічних закономірностей у проектуванні меблів це головне правило архітектоніки можна сформулювати таким чином: форма, конструкція і рухові особливості природного аналога та меблевого виробу повинні бути подібні, вони повинні вирішувати подібні завдання і здійснювати подібні функції, тобто між ними має бути щось спільне. Тільки тоді використання даного біологічного об'єкта в ролі аналога буде виправданим і сприйматиметься природно й естетично.

Використання методів і механізмів трансформації

У проектуванні меблів можливе використання методів і механізмів трансформації, властивих живим біологічним організмам.

Трансформація форм у живій природі здійснюється згідно з принципами оборотності й необоротності руху у вигляді часткової або повної зміни форми. У живій природі ці принципи переважно реалізуються як необхідна умова пристосування організму до оточуючого середовища. Відомо багато прикладів, коли рослини тимчасово змінюють свою форму й положення в просторі. Видозміна форми організмів і її елементів може відбуватися під дією температурних, світлових, часових та інших факторів. Під дією світла розкриваються пелюстки квітів і вони ж закриваються з настанням темряви. Унаслідок зниження температури стискаються листки багатьох рослин, наприклад конюшини. У ботаніці виділяють такі типи руху квітки: опускання та підіймання, поворот до сонця, розкривання та закривання. Форма тіла деяких риб змінюється залежно від швидкості їх переміщення у воді та глибини занурення.

Проектуючи форми, що трансформуються, за зразком різних рослин, слід звертати увагу на деякі особливості їх будови й функціонування, характер зміни форм. Різним цілям будуть відповідати різні за формою і структурними особливостями квітки. Форма різних квіток трансформується: шляхом переміщення пелюсток до поздовжньої осі квітки без суттєвої зміни їх форми (квітка латаття); із зміною форми пелюстки при крученні її навколо поперечної й поздовжньої власних осей або відносно першої та другої одночасно (тюльпан, троянда, хризантема), тобто із зміною форми й положення пелюстки в просторі.

Принцип трансформації природних систем являє великий інтерес для дизайну меблів. Його можна успішно застосувати при конструюванні побутових меблів для сидіння й лежання, що трансформуються, різних видів садових і садово-паркових меблів. Природні аналоги можна шукати, використовуючи різні види й способи обертових рухів, здійснюваних живими організмами: можливі різні варіанти, наприклад, використання принципу оборотних рухів пелюсток квітки. Тоді проектовані меблі будуть складатись із сукупності сегментів, які розміщаються горизонтально (меблі для лежання), або при необхідності фіксують окремі з них у вертикальному чи нахиленому положенні (меблі для сидіння).

Для проектування м'яких меблів, що трансформуються, застосовуємо принцип пересування плазунів - вужів і змій. Відомо, що гнучка конструкція хребта цих тварин дає їм можливість набувати найрізноманітніших положень. М'які меблі, які складаються з гнучких з'єднаних сегментів, можуть стати універсальним вихідним матеріалом для різних комбінацій. Елементи м'яких меблів у вигляді довгого відтану циліндричного перекрою за допомогою фіксаторів складають «змійкою» горизонтально (меблі для лежання) або розвертають і отримують меблі для сидіння, які легко пристосувати до форми приміщення. Можливі також інші варіанти їх використання. Заслуговує на увагу й характер переміщення деяких слимаків, які то випростовуються, то підіймають верхню частину тулуба вгору, утворюючи гострий кут. У даному випадку такий принцип трансформації також можна використовувати. Зростання технічного оснащення дає змогу у найближчому майбутньому обладнати садово-паркові меблі, що трансформуються, пристроєм, який реагуватиме на світло й температуру повітря, щоб вони за принципом обертового руху соняшника повертались за сонцем, або, навпаки, шукали затінку. Особливості переміщення членистоногих, зокрема павуків, які можуть змінювати висоту, а також утримувати тіло горизонтально (знаходячись на нахиленій площині) за рахунок зміни кута кінцівок, приводять до думки про застосування такого ж принципу при проектуванні меблів, трансформованих за висотою, а також садових меблів, розрахованих на встановлення їх на рельєфі.

Для формотворення м'яких меблів можна використовувати і принцип поведінки їжака, який під час небезпеки згортається в клубок. Меблі м'якого масиву за тим же ж принципом трансформуються у невелику кулясту банкетку.

Згадуваний вище у зв'язку з тектонічними особливостями природних організмів внутріклітинний тиск (тургор) - це також джерело певної зміни зовнішнього вигляду організму під дією несприятливих факторів. Тут діє такий механізм: під час посухи рослина відчуває нестачу вологи в 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 при проектуванні багатофункціональних меблів, що трансформуються.

Різні властивості та форми природних об'єктів

У дизайні меблів можна також використовувати принципи утворення природних форм і характерні функціональні пристосування біологічних об'єктів. Це доцільно в тому випадку, коли і меблевий виріб, і об'єкт-аналог розв'язують однакові або подібні завдання.

Наявність аналогів у способах організації природних форм і меблів на базі уніфікованих елементів - точка пошуку структурно нових раціональних форм із мінімальною кількістю елементів.

Більшість природних форм, які складаються з невеликої кількості структурно-однорідних елементів, їх гармонійна досконалість цікавить дизайнерів із точки зору стандартизації елементів і варіантності їх співвідношень. При цьому однотипні елементи дають багато різноманітних структур.

Наявність у структурі біологічних об'єктів уніфікованих елементів можна спостерігати в бджолиних стільниках, ягодах малини й ожини, в лусочках риб, у шишках. Класичний приклад такої уніфікації - бджолині стільники - шестигранники. Шестигранна форма трапляється в природі дуже часто: в перекрої рослинних судин, у 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 її компонентів відповідає сучасному принципові комбінаторного проектування, коли невеликою кількістю елементів при різному їх компонуванні можна досягти різного естетичного ефекту.

Заслуговують на увагу градчасті структури скелетів морських організмів, які відрізняються геометричною правильністю конструктивних елементів. На основі цих конструкцій можна запроектувати цікаві корпусні меблі, а також стелажі для викладки й експозиції товарів підприємств торгівлі та інших громадських будівель. Для цих же виробів можна застосовувати й інший природний принцип побудови просторових структур - дірчастих конструкцій. Його було винайдено при вивченні структури кістки. Установлено, що міцність біологічної конструкції скелета полягає у відповідному розміщенні в матеріалі не площин, а пустот, тобто обрамлення отворів, які з'єднуються по-різному. Для проектування й виготовлення меблів, призначених для зберігання предметів (вішалка в передпокої), можна використати принцип диференціації структур, який полягає в рівномірному розподілі навантаження, закладеного в структурі дерева. Тільки дерева ростуть рівномірно в різні боки від осі стовбура, забезпечуючи тим самим плавну, рівномірну передачу навантажень від крони на стовбур і кореневу систему, та підвищуючи стійкість усього дерева.

Однотипні функції інколи породжують однотипні форми, в яких вони реалізуються. Наприклад, це форма квітки - дзвіночка. Така форма дуже добре захищає тичинки квітки від дощу й вітру. Подібну функцію виконують садово-паркові меблі, зокрема тенти-парасолі. Тому цілком природне застосування перевіреної природою форми дзвіночка для меблевого виробу.

Заслуговують на уважне вивчення структура та форма пташиних гнізд. З твердих гілочок птахи створюють міцну гігієнічну й функціональну конструкцію. Принцип створення пташиних гнізд при всебічному вивченні можна застосовувати в дизайні двоповерхових дитячих ліжок, де також потрібна безпека, міцність, гігієнічність і зручність, чи меблів для лежання дорослих. Для тих самих цілей можна використовувати і досвід утворення гнізд у дуплах дерев.

У процесі колірної організації інтер'єру можна брати до уваги відоме явище - захисне й інформаційне забарвлення тварин. Приклади забарвлення організмів містять цінну інформацію для розкриття змісту й організації форм меблів за допомогою кольору. Меблевим виробам, які не повинні впадати в очі, можна за принципом захисного забарвлення тварини надати кольору приміщення, а в меблях, призначених для виробничого процесу, виділити основні деталі управління або окремі функціональні вузли за принципом інформативного забарвлення тварин і комах.

Великі можливості при створенні м'яких меблів закладені у використанні структури шкіри і хутрового покриття тварин. Таке покриття могло б стати більш гігієнічним за рахунок провітрювання крізь мікропори, а ворс штучного хутра, побудований на зразок натурального, виконував би роль терморегулятора і підвищував би комфортність. У дизайні меблів існує ще один напрям - використання природних форм для підсилення художньо-естетичного впливу виробу. Тут можливі різні вирішення.

В меблях такий підхід виправданий, якщо використовується в унікальних об'єктах, і в ці завдання входить не тільки виконання прямої функції, але й створення особливого настрою, образу приміщення. Наприклад, кріслам для сидіння, розміщеним у великому зимовому саду або в залі квіткових виставок, можна надати форми квіток лотоса.

Тенденції надання меблям натуральної форми, за аналогією з природними організмами, з'явилися вже давно. Наприклад, відомі трони у вигляді левів така проектувальника. Відповідно до конкретної мети роботи, особливості творчого спрямування проектувальника, його досвід дають змогу здійснити переробку накопиченого і цілеспрямовано використаного інформаційного матеріалу, що приводить до постановки творчого завдання, формування творчої установки.

Інформативна природа дизайну передбачає наявність:

системи мовних знаків - формалізованої мови проектування й комунікацій;

предметної матерії і чуттєво-образного значення мовних змістових одиниць;

знакових відношень у системі джерело-знакове повідомлення-кодована система-дешифратор;

десигнативного (інформуючого) і апрейзорного (оцінюючого) значень дизайн-знаків;

комунікативної й виразової функцій дизайн-мови (пізнавальна функція - супровідна).

Без аналізу процесу сприйняття, специфіки прийому й переробки корисної інформації, тобто даних, необхідних у певній конкретній ситуації чи надалі для вироблення команди управління поведінкою, не можна розраховувати на ефективне вирішення завдання оптимізації системи людина-меблі-середовище.

Другий напрям використання інформаційних підходів до проектування меблів проаналізовано вище без урахування кількісних мір інформаційної насиченості рішень, які приймаються. Цей напрям тісно пов'язаний з першим. Справді, найбільш раціональний шлях створення меблів - це рух за кубом стану проектування з верхніх ієрархічних рівнів до нижчих, що, у свою чергу, вимагає декомпозиції сумарної мети роботи шляхом її конкретизації для меблів та їх елементів. Крім того, при переході до нижчих рівнів спільності опису проектних рішень утворюється необхідна первинна інформація.