بیونیک ، انسان طبیعت معماری
گسترش علم، درخت دانش انسانی را پربارتر کرده است. صد سال پیش، مباحث ترمودینامیک، نور الکتریسیته با هم، تمامی علم فیزیک را تشکیل میدادند. اما در حال حاضر، هیچکس ادعا نمیکند که هم چیز را دربارهی نور میداند. زمان ما زمان متخصصان است، و رشتهی کار هر متخصص مرتباً محدودتر میشود.
یک پژوهشگر با خواص آلیاژهای معینی از فولاد آشنایی دارد؛ پژوهشگر دیگر متخصص آوای حشرات است، ولی چون این رشته بسیار پر دامنه است احتمالاً او فقط میتواند متخصص آوای تیرهای از حشرات بشود. سومین متخصص میتواند دربارهی یک ترکیب پیچیدهی شیمیایی ساعتها صحبت کند. بنابراین اگر ادعاکنیم که متخصص واقعی آینده همه چیز را دربارهی هیچ میداند، اغراق نگفته ایم.
در طرف مقابل کسی که میخواهد دربارهی همه چیز بداند یا دست کم دربارهی بسیاری از موضوعها اطلاعاتی کسب کند از هر موضوع فقط یک دانش سطحی خواهد داشت. از یک سو، متخصصی داریم که همه چیز دربارهی هیچ میداند و از سوی دیگر با شخصی روبرو هستیم که تحصیلات او عمومی بوده است و از هر چیزی دقیقاً هیچ نمیداند. شاید برای رهایی از این تنگنا بتوان راهی یافت و خوشبختانه چنین راهی نیز وجود دارد.
بهترین متخصص به کسی میگویند که هنگام روبهرو شدن با « نظام تخصصی افراطی » نگران میشود و احساس میکند که حرفهی محدود شدهاش او را تحت فشار قرار داده است. او میداند که هر چیز، جزئی از یک طرح بزرگتر است. اما عدهی موضوعها ( رشته ها ) با چنان مقیاس نجومی فزونی یافته است که یک مغز به تنهایی قادر به دریافت همهی آنها نیست. پیشرفت واقعی فقط از یک دید ترکیبی به وجود میآید.
اختراع از پیوند دادن عوامل مختلفی به وجود میآید که قبلاً با هم ارتباطی نداشتند، و باید پیش از ارتباط دادنشان به وجود این عوامل پی برد.
پیدایش علوم رابط به نیمهی دوم قرن بیستم مربوط میشود و برای آیندهی علوم به طور کلی از اهمیت فوقالعادی برخوردار است. در حوزه ی علم رابط، از برخورد اندیشهها شرایط صحیح به وجود میآید، که موجب پیشرفت کار میگردد. مطالعاتی که از نظرهای به ظاهر گوناگون ـ که در واقع به هم نزدیکاند ـ آغاز میشوند، با هم تلاقی می کنند و افکار تازهای را بر میانگیزند.
بسیاری از این افکار سودمند نخواهند بود، اما یک یا دو تای آنها امکانات گستردهای را به دست میدهند و بیتردید بر همکاری همه جانبه صححه خواهند گذارد.
این مفهوم برای دانشمندان قرن نوزدهم تصور نادری بوده است. علم فیزیک هیچگونه نقطهی تماسی با علوم زیستیشناسی نداشت.
اما امروز میبینیم که موجودات زنده نوع ویژه ای از ماشین اند که مکانیسم های معین و پیچیده ای در آنها به کار رفته است و باید با گرد هم آیی زیستشناسان و مهندسان در کانون یک علم رابط به بسیاری از چیزها دست یافت، چه در آنجاست که آنها میتوانند دربارهی مسائل مربوط به خود به بحث پردازند، و این هدف علم جدید بیونیک است.
تشابه واژهی بیونیک و بیولوژی ( زیست شناسی ) بلافاصله انسان را متوجه ارتباط این علم با موجودات زنده میکند.
این واژه نخستین بار توسط سرگرد جک ای. استیل ( Jack E. Steele ) افسر هنگ هوانوردی نیروی هوایی امریکا به کار برده شد.
هدف از ابداع نام بیونیک شناساندن آن به عنوان علم جدید بود. سرگرد استیل تعریف بسیار واضحی از بیونیک کرده است: بیونیک علم سیستمهایی است که شالودهی آنها سیستمهای زنده اند، یا خصوصیتهای سیستم های زنده را دارند، یا به سیستم های زنده میمانند. با این تعریف به نظر میآید که بیونیک علم جامع و وسیعی است و برای روشن شدن موضوع باید ردبارهی آن به حد کافی صحبت کرد و مثالهای گوناگون آورد.
در ابتدا بیونیک اصولاً مربوط به کاربردهای علمی بود و ماشینهایی را بررسی میکرد که کار آنها بر پایهی سیستمهای زنده بود. از این رو تعریف خلاصهتری برای آن پیدا شد: بیونیک عبارت است از هنر به کار گرفتن دانش سیتمهای زنده برای حل مسائل فنی.
از این تعریف چنین بر میآید که بیونیک همیشه بال ما بوده است و بسیاری از ژوهشگران ژیش از آنکه بیونیک به این نام معروف شود آن را به کار میگرفته اند. انسان همواره برای الهام گرفتن، به جهان زنده ی پیرامونش نگریسته است. پرواز پرندگان هزاران سال رؤیاآفرین و الهام بخش طرح های بیشماری از ماشینهای پرنده بوده است. یکی از بهترین طرحهای شناخته شده از لئوناردو داوینچی ( ۱۴۵۲-۱۵۱۹ ) است.
او فقط یک نقاش، مخترع یا مهندس هیدرولیک و مکانیک نبود: در یادداشتهای سال ۱۵۰۵ این دانشمند خلاق، طرحی از یک ماشین پرنده بر اساس ساختمان بدن یک خفاش رسم شده است. داوینچی نشان داد که طرح ماشین پرنده باید براساس ساختمان بدن خفاش باشد و نه چیز دیگر.
استدلال هایش این بود که خفاش دارای بال کاملاً پوشیدهای است که هوا نمیتواند از آن عبور کند، استخوان بندی اصلی بال جانور را پوستی پرده مانند پوشانده است و آنرا تقویت میکند در حالی که بالهای پردار پرندگان، هوا را از خود عبور میدهند و به استخوانها و عضله های بزرگ نیاز دارند.
بین طرح ماشین پرنده ی لئوناردو داوینچی و روباه پرنده (نوع خفاش بزرگ که حرکت بسیار سریع دارد) شباهت بسیار وجود دارد.
به درستی نمیدانیم که آیا فکر ماشین پرنده ی لئوناردو داوینچی به عمل درآمده است یا نه، اما میدانیم که او یک چیز مهم را فراموش کرده بود: موتور سبک و نیرومندی که بتواند بالها را به حرکت درآورد . لئوناردو فقط روی انرژی عضلانی انسان حساب کرده بود ولی این برای هدف مورد نظر کافی نبود. حدود چهارصد سال بعد اولین ماشین پرنده ساخته شد. طراح این ماشین شخصی به نام کلمان آدر ( Clemant Ader ) بود که در طرح ماشین پرندهی اختراعی خود از همان خفاش الهام گرفت.
آدر استخوانبندی یک روباه پرنده را با دقت اندازه گرفت و آن را روی مقیاس بزرگتری با تکههایی از چوب خیزران ساخت.
بعد این استخوانبندی یک روباه پرنده را با دقت اندازه گرفت و آن را روی مقیاس بزرگتری با تکههایی از چب خیزران ساخت.
بعد این استخوانبندی رابا پارچه ی ابریشمی نازکی شبیه پوست پرده مانند خفاش پوشاند. آدر بر ماجراجویان پیش از خود برتری داشت، زیرا از یک موتور بخاری سبک دارای قدرت کافی استفاده کرده بود که میتوانست در برابر هر کیلوگرم وزن خود قدرتی مساوی یک سوم اسب بخار تولید کند.
آدر به جای اینکه بالها را به حرکت درآورد از ملخ استفاده کرد.
ساختن ملخ از شاهپرهای حقیقی نشان میدهد که او با چه دقت و مهارتی از طبیعت تقلید کرده است. این مخترع به سال ۱۸۹۰ پرواز موفقیت آمیزی با ماشین پرندهاش انجام داد و تا ارتفاع پانزده متری پرواز کرد، اما بعدها در موقع ساختن ماشین نیرومندتر، یعنی هواپیما، وضع مالیاش رو به وخامت نهاد.
این هواپیما هنوز در موزه ی آکادمی هنرهای دستی پاریس نگهداری میشود.
اگر چه انسان از مشاهده ی پرندگان برای بار نخست به فکر پرواز افتاد و ماشین پرندهای که به سال ۱۸۹۰ بر اساس حرکت خفاش طرح شد مفید و قابل استفاده مینمود، ولی این طرح امروز بسیار قدیمی به نظر میآید و مشاهدات جانور شناسان در مورد پرندگان برای مهندسی که هواپیمای ماورای صوت امروزی را طرح میکند، چندان به درد نمیخورد.
یعنی میتوان گفت که از بیونیک در این رشته ی خاص کاری ساخته نیست، اما خوشبختانه زمینه های دیگری وجود دارند که بیونیک در مشکل گشایی آنها میتواند بسیار مؤثر باشد.
امروزه الهام از طبیعت و تقلید مستقیم از آن، به طوری که از مثالهای زیر بر میآید، هنوز هم سودمند است. دولفین ظاهراً با نیروی عضلانی کن میتواند به سرعت در آب دریا حرکت کند. توضیحی که در این مورد میتوان داد این است که آب به نرمی در امتداد بدن دولفین عبور میکند. در عوض ، قایقی که با سرعت زیاد حرکت میکند در طول بدنهاش جریان پر تلاطمی به وجود می آورد.
این جران پر تلاطم، مقاومت فزایندهای در برابر حرکت قایق تولید میکند و در نتیجه برای جلو رفتن آن به انرژی بیشتری نیاز خواهد بود. راز دولفین در این است ک پوست بدنش دولایه است: لایهی نازک بیرونی شدیداً ارتجاع است، لایهی ضخیم درونی شبیه به یک رشتهی لوله ی پر شده از مادهی اسفنجی است.
تلاطم همیشه با افزایش فشار همراه است.
اگر الگویی از یک جریان پر تلاطم در اطراف بدن دولفین تشکیل شود، اثر کلی این تلاطم هرگز محسوس نخواهد بود. پوست قابل ارتجاع بیرونی، فشار را به لایهی اسفنجی و تراکمپذیر درونی، که مانند کمک فنر عمل میکندف منتقل میسازد؛ به طوری که جریان پرتلاطم پیش از آنکه فرصتی برای پیشروی پیدا کند از بین میرود.
امروز برای ساختن زیر دریاییها سعی میکنند جدار آنها را مانند پوست دولفین بسازند تا از تلاطم آب کاسته شود و زیر دریایی بتواند با یک توان ثابت موتور، به سرعت زیادتری دست یابد.
ساده ترین راه بهره برداری از طرحهای طبیعی چنانکه در مورد دولفین گفته شد، تقلید صادقانه از مدل زنده است. اما این فقط قسمت اول تعریف بیونیک است: بیونیک علم سیستم های است که کار آنها از سیستمهای زنده تقلید شده است. ما نباید دو قسمت دیگر تعریف را فراموش کنیم: بیونیک علم سیستم هایی است که خصوصیتهای ویژهی سیستمهای زنده را دارند، و علم سیستمهایی ایت که به سیستم های زنده میمانند.
ولی تقلید جزء به جزء از طبیعت اگر ناممکن نباشد معمولاً کار سادهای نیست. ماشین پرندهی آدر از خفاش الهام گرفته شده بود، اما کپیهای دقیق از مکانیسم اصلی نبود. آدر اندیشمندی بزرگ بود و پیش از آنکه تلاش و ثروتش را صرف ساختن ماشین پرنده کند، مدت زمان درازی دربارهی نحوهی پرواز پرندگان مطالعه کرد.و او پی برد که هیچ راهی برای به حرکت درآوردن بالهای ماشین وجود ندارد؛ همچنانکه دیگران هم در این راه کوشیده و شکست خورده بودند.
او همچنین فهمید که تغییر مقیاس از خفاش به ماشین، در جایی که فاصلهی دو انتهای بالهای ستردهی خفاش حدود نیممتر و فاصلهی بین دو انتهای بالهای ماشین چهارده متر بود، احتیاج به روش تولیدی دیگری داشت، و به همین منظور ملخ را جانشین بالهای متحرک کرد.
بیونیک باید همین راه را دنبال کند. مسئله ی اصلی این نیست که عیناً تمام جزئیات مدل اصلی کپیه شود، بلکه ابتدا باید به اصول کار هر چیزی در طبیعت پی برد و سپس از این شناخت و آگاهی برای طراحی و ساختن چیزهای دیگر استفاده کرد. این تنها راه واقعی تقلید از طبیعت است.
جهت مشاهده ادامه قسمت بیودیزاین و معماری بیونیک اینجا کلیک نمایید .
…