غَالباً مَا يتم مُحاكاة النَّماذج والوَظائف في الطَّبيعة مِن طَرفِ المُهندسين المِعماريِّينَ، لكِنْ في الوقتِ الَّذي تَتطلبُ فيه الأزمةُ البيئيةُ حُلولاً مُستدامةً، هَل يُمكِنُ لمحاكاةِ الطَّبيعةِ أنْ تُساعدَ المنشآت، والكوكب كَكُل، على التَّطور نحوُ الأفضل؟
سَماءٌ خريفيةٌ، غيومٌ عابرةٌ، ورياحٌ هائجةٌ، مَاءٌ في كُلِّ مَكان يعكِسُ هذه السَّماء المتحركة، ونورٌ باهتٌ تعكسه ومضات البرق. في هذا الضِّياء والعتمة، يَبرُزُ جناحانِ غريبانِ، أحدهما من الخَشَبْ الكَامِل، يرسُمان مَوجةً فضفاضةً من الأناقةِ النَّادرة، وبالاقتراب من هذا الجناح -تداخل ذكيٌّ لثلاثةِ أقواس- يَزدادُ فضولنا، إنَّهُ شعارٌ لعمارةٍ مستوحاةٍ من الطَّبيعة. نموذجه؟ حيوانٌ بحريٌّ، وبتعبيرٍ أدق، هَيكلٌ عظميٌّ لقنفذِ البحرِ المسطَّح.
نَحنُ في ألمانيا، في قَلبِ مدينةٍ متوسطةِ الحَجم، هايلبرون على بعد حوالي خمسين كلمتراً من جامعة شتوتغارت، حيثُ تَمَّ تصميمُ هذا البناء الحيويِّ، فمن حَيثُ المَشاريع الهندسية المستوحاة من الأحياء الطبيعية وبمساعدة الكمبيوتر، تُعتبر هذه الجَامعة رائدةً في هذا المجال، كما تخترع المواد المبتكرة والروبوتات لتنفيذ مشاريعها.
والأهَمُّ من ذلك، تشتهر جامعة شتوتغارت بالأجنحة النموذجية التي تعرضها كل عامٍ على مدار السنوات العشر الماضية، مشهدٌ رائعٌ. لقد تم تشكيلُها في شَكلِ شبكاتٍ من الخلايا منسوجةٍ بمزيجٍ من الخيوطِ، ومثقوبة بفتحات "حية" غريبة... ثمار لخيال غير متجانس؟ في الواقع، يقولُ الخُبراء: إنَّ هذه المَباني ذات المظهر المستقبلي هي نتيجة لبعض الأبحاث الأكثر تقدماً في العالم حول محاكاة الطبيعة في الهندسة المعماريَّةِ، هياكل عظمية من قنافذ البحر، خنفساء اليترا، خيوط العنكبوت، والأقماع الصنوبرية... جميع الهياكل الحية التي ألهمتهم.
"استخدم أقلَّ ما يمكنُ من المواد في أكثر ما يمكن من الأشكال"، هذا هو شعار أخيم منجز، المهندس المعماري والمنظر، وأحدُ رواد هذا المجال في جامعة شتوتغارت، في عام 2008 أسَّسَ معهداً مخصَّصاً لهذه الأفكار، معهد التصميم الحاسوبي والبناء ((ICD، وهذا المركز مرتبط بمعهد ITKE (معهد هياكل البناء والتصميم الإنشائي)، الَّذي تأسس في هذه الجامعة نفسها في القرن التاسع عشر، وقد أنشأ هذان المعاهدان، ضمن خطة عمل مشتركة، هذه الأجنحة الشهيرة.
"تحليل الهياكل الطبيعية يدفعنا للخروج من أنماط تفكيرنا الثابتة"، يقول جان كنيبرز، أستاذُ الهندسة الَّذي يرأس ITKE في شتوتغارت: "إنه يفتح المجال للتفكير الإبداعي ويعزِّزُ الابتكار"، هل تأخذُ الكائنات الحية كنماذج؟ نعم؛ لأن الكائنَ الحيَّ يجب أن يتكيف باستمرار مع بيئته المتقلبة من أجلِ البقاءِ، كما يجبُ عليه أنْ يبتكر. يَكتبُ جيل بوف، الرئيس السابق للمتحف الوطني للتاريخ الطبيعي في مقدمة كتابه (المحاكاة الحيوية والهندسة المعمارية): "لكنه يعتمد في ذلك على قدرٍ كبيرٍ من الطاقة، دون أن يخلق مواد جديدة لا يمكن أن تتحلّل، فهو دائم التفكير في حل للنفايات".
"من خِلال تطبيق المحاكاة الحيوية، نستفيد مجموعة كبيرة من الأفكار من 3.8 مليار سنة من البحث والتطوير، هذا المصدر هي الأنواع المتعددة التي نجت من الانتقاء الطبيعي"، يكتب مايكل باولن في الهندسة المعمارية، قائلاً: يهدفُ هذا النهج إلى الاستجابة لتحدي التنمية المستدامة، إنها مسألة "البحث عن حلول دائمة في الطبيعة، دون الرغبة في تكرار أشكالها، ولكن من خلال الاعتماد على القواعد التي تحكمها". يلخص ناتاشا هيل، المهندس المعماري، والباحث في استراتيجية المحاكاة الحيوية للعمارة في المركز الوطني للبحث العلمي في باريس.
توفير المواد، تخفيف الهياكل، التهوية السلبية، الراحة الحرارية، إدارة الطاقة المثالية... التحديات متعددة، ومع الأمل في أن تعمل هذه المباني المبتكرة في نهاية المطاف على محاكاة عمل النظام البيئي، وبعد ذلك سوف يقومون بأكثر الخدمات: تنقية الهواء، إعادة تدوير المياه والنفايات، الحد من تآكل التربة، إنتاج الكتلة الحيوية، تخزين الكربون، تحسين الطاقة... دائرة فاضلة، باختصار، من أجل بصمة إيجابية للإسكان والأحياء كلها. يوتوبيا أم انتظارات مشروعة؟ المستقبل سوف يحدِّدُ ذلك.
وبالعودة إلى BUGA Bundesgartenschau، اسم هذا الجناح الأنيق في جامعة شتوتغارت من أبريل إلى أكتوبر، استضافت مدينة هايلبرون معرضاً شعبياً للحديقة والهندسة المعمارية في ألمانيا، توافد على المكان ما يقرب من 2.5 مليون زائر، وتم إحياء 376 حفلة موسيقية، وهو يقع على حافة نيكار، مكان استراتيجي بين الحديقة النباتية ومنطقة المباني الجديدة، وبين الطبيعة والعمارة هناك رمزٌ، يقولُ أوليفر تويلنر، مهندس المناظر الطبيعية: "هذا الجناح يُظهر لنا بنية المستقبل، التي تتسم بالكفاءة والاقتصادية والبيئية التعبيرية".
يبدو المبنى كلغزٍ من القطع الخشبية متعددة الأضلاع (376 في المجمل)، كُلُّها مضلعات من خمسة أو ستة جوانب، وأحياناً سبعة، لكنها تختلف عن بعضها البعض. أقواس الجناح مفتوحة على جوانبها، وتستقر على ثلاثة أقدام. ندخل الآن تحت سقفه المنحني المضاعف، الذي يرتفع إلى سبعة أمتار، بعرض خمسة وعشرين إلى اثنين وثلاثين متراً، تظهر كُلُّ قطعةٍ من الخشب مجوفة مع ثقوب كبيرة بيضاوية الشَّكل إلى حد ما، بأشكال مختلفة. أشكالها المضيئة، تضفي على المبنى إطلالةً فريدةً، بين سنوات البوب والمستقبلية.
الكمبيوتر: الأداة العجيبة
دعنا نقتربُ أكثرَ حتى نصل إلى المبنى، يقول الخُبراء إنَّ كُلَّ قطعة من الألغاز المكتشفة متصلة بمن حولها عبر مجموعة من المفاصل على شكل إصبع، مجموعة "مفصلية الإصبع". وقالت مونيكا جوبيل، المهندسة المعمارية والباحثة بجامعة شتوتغارت: "لتصميم القطع الخشبية متعددة الأضلاع في هذا الجناح ومفاصلها على شكل أصابع، درسنا مبادئ هيكل قنافذ البحر المسطحة".
هذا النهج يتطلب شراكةً وثيقةً بين المُهندسين المعماريين والمهندسين وعلماء الأحياء، ولتصميم هذا الجناحBUGA تم تقشير الهيكل العظمي لهذه القنافذ البحرية، في جامعة توبنغن في ألمانيا بهدف الكشف عن بنيتها الداخلية بواسطة الفحص المجهري الإلكتروني والتصوير المقطعي بالأشعة السينية، وهي تقنية تسمح بإعادة بناء الصور المقطعية لجسم ثلاثي الأبعاد، النتيجة: يحمل هذا الحيوان البحري شبكةً من ألواح الحجر الجيري المضلع، لا تشبه بعضها البعض.
يتم ربطُ هذه الصفائح ببعضها بواسطة مزيلات الكالسيت المتداخلة حتى تكتسب هذه الهياكل العظمية "قوةً عاليّةً" وقدرةً كبيرةً على التَّحمل، يلخص توبياس غرون، صاحب العمل في المبنى الكلاسيكي ذلك بقوله: يتمُّ توزيع الأحمال في شبكة من الأعمدة والحزم. هنا، تنتشر الأحمال على الهيكل المعياري بأكمله، هذا مثال على "بنية الشكل النشيط"، هياكل الشد مثل اللوحات، والأقواس ذات الانحناء المزدوج، حيثُ يضمن انحناء البناء وضغطه الرئيس المسبق ثباته.
"في الطبيعة، الأشكال غير مكلفة لإنتاجها، ولكن المواد مكلفة، ولتوفير المواد يتعين علينا وضع شكل أكثرَ نشاطاً في هياكلنا، تشرح مونيكا جوبيل: وللتذكير، هذه هي عقيدة المهندس أخيم منجز في الهياكل البيولوجية أو المحاكاة الحيوية، هناك وحدة بين البنية والمواد، إذا بدت لنا جميلة، فذلك لأننا فهمنا هذا الاندماج، تضيف المهندسة المعمارية.
لكن الإلهام الحيوي وحده لا يكفي للابتكار، تعتمد المهندسة على أداة ثمينة: التصميم بمساعدة الكمبيوتر، "يعتمد حظنا على قدرتنا على إنشاء هذه النماذج النشطة عن طريق تصميم الكود، نحن نستكشف إمكانيات جديدة في التصميم والهندسة والإنتاج، من خلال عملية تكرار لتكنولوجيا المعلومات، ضمن فريق التخصصات".
ومع ذلك، فإن بناء المحاكاة الحيوية لا تمثل النسخة الدقيقة من علم الأحياء في بناء الجناحBUGA ، بعض الابتكارات تعود كُليّاً للخيال البشري، ولتقليل استهلاك الأخشاب وزيادة تخفيف الهيكل، تم إحداث تجويف في كل لوحة تتكون من لوحين شطريين رفيعين يحيطان بحلقة من الخشب المحيطي، بالإضافة إلى ذلك يتم تجويفُ كُل لوحٍ سُفليٍّ بفتحةٍ كبيرةٍ، للسماح بتجميع اللوحات بواسطة البراغي.
وفي المجموع، استغرق المشروع ثلاثة عشر شهراً فقط من بداية التصميم وتجميع هذا الجناح، وقد تم تصميم رأس روبوت دقيق للقيام بعمليات الدمج والحفر المُخصَّص لكل لوحة، يقول جان نيبرز: "تضمن هذه الصناعة الآلية دقة فائقة (تصل إلى ثلاثمائة ميكرومتر) بحيث يتم تجميع الجناح بسرعة كبيرة"، عشرة أيامٍ كانت كافيةً، ودون الحاجة إلى نظام سقالات واسع النطاق.
لكن كيفَ يمكن تكييف هذا الجناح "الشاهد" في "الواقع"؟ يقول أخيم مينجز: "يمكن استخدام هذه الأذرع الخشبية المقسمة بعدة طرق، الأكثر فورية تكون عبر إضافة واجهات زجاجية إلى فتحات الجناح لإنشاء مبنى مغلق بالكامل. المنظور الثاني: استخدام هذه الأذرع الخفيفة جداً لرفع المباني الحالية، وتقوم جامعة شتوتغارت بتطوير مشروعين لتعزيز مواقف السيارات في مدينتين متوسطتين في ألمانيا، الهدف من ذلك: إنشاء مساحات للأنشطة الرياضية الداخلية.
خطر الغسيل الأخضر
هذا البحثُ يمثلُ رمزاً لمنهجِ التصميم الحيوي الحقيقي، ولكن يجب الاعتراف أنَّ مثل هذه الأفكار تظل نادرة، ولكن الرواد المتميزين على استعداد دائم، "سوف يبني مهندس المستقبل عبر محاكاة الطبيعة؛ لأنه الأسلوب الأكثر عقلانية والأكثر استدامة والأكثر اقتصاداً"، يلاحظ أحد المستشرفين، المهندس المعماري الأسباني أنطوني غاودي (1852-1926) وشعاره في ذلك: "انسخ كتاب الطبيعة المفتوح على الدوام". من بين أسلافه المشهورين، استلهم فيليبو برونليسكي (1377-1446) من قشرة البيض لصنع قبة كاتدرائية فلورنسا، وليوناردو دافنشي (1452-1519) الذي أمر طلابه "اذهبوا وتلقوا دروسكم في الطبيعة، هذا هو المكان الذي يَكمُنُ فيه مستقبلنا".
شخصيَّةٌ طبيعية أخرى: المهندس المعماري الألماني فراي أوتو (1925-2015) الذي عمل في جامعة شتوتغارت، إنه "المهندس الَّذي ساهم بالتأكيد أكثر من غيره في دراسة الأشكال الهيكلية الطبيعية"، وفق المركز الأوروبي للتميز في مجال تقليد الطبيعة (Ceebios) ، كما ورد في تقريره الأخير "محاكاة الطبيعة" (2018). اشتهر فراي أوتو بتصميم سطح ملعب ميونيخ، الَّذي استضاف الألعاب الأولمبية عام 1972، يجمع السقف، المستوحى من هيكل شبكة العنكبوت، بين القوة والخفة، ويستفيدُ من مفهوم المساحة الدنيا للسطح.
هؤلاء الرواد اعتمدوا التقليد الحيوي دونَ أن يعرفوه، فقد تمت صياغة المصطلح لأول مرة في الخمسينيات من قبل أوتو، الأكاديمي الأمريكي أوتو شميت (1913-1998). ولاحقاً تم تطوير المفهوم من قبل عالم الأحياء الألماني فيرنر ناختيجال، ونشرته على نطاق واسع عالمة الأحياء الأمريكية جانين بينوس في عام 1997، في كتابها: المحاكاة الحيوية: عندما تلهم الطبيعة الابتكارات المستدامة، وكانت تصر على تحدي التنمية المستدامة.
واليوم، يلاحظ كزافييه مارسولت، من مختبر المركز الوطني للبحوث العلمية في ليون، ومدرِّسُ التطبيقات والبحث في علوم الكمبيوتر: "علم التقليد الحيوي الذي ما يزال صغيراً للغاية، وليس هناك الكثير من الانجازات الناجحة". ومع ذلك، في السنوات الخمس الماضية، زاد عدد المنشورات في هذا المجال، و"في رأيي، سوف يستمر هذا النمو في غضون سنتين أو ثلاث سنوات".
في الواقع، فإن دائرة المهندسين المعماريين المشاركين في نهج محاكاة بيولوجية أصيلة محدودة، ورغم ذلك، من الناحية النظرية يمكنهم البناء على التقدّم في مجالين، "اليوم، نحن قادرون على إعادة النظر في التطورات في علم الأحياء بمزايا هائلة، المعرفة العلمية التي تتوسع باستمرار، والأدوات الرقمية التي لا يمكن تصورها حتى الآن"، يكتب مايكل باولن في مجلة الهندسة الحيوية والهندسة المعمارية، بالإضافة إلى ذلك، فإن مفهومنا للجمال "قد تحرَّرَ من المصطلحات الأسلوبية".
صمّم هذا المهندس المعماري في لندن مبنى للمكاتب وفقاً لهذا النهج، "لقد أثرت النباتات والنجوم الهشة "الكائنات البحرية القريبة من نجم البحر" على تطوير حلول الإضاءة الطبيعية. جماجم الطيور، عظام الحبار، قنافذ البحر والزنابق المائية العملاقة للأمازون ألهمت الهيكل. وكتب في مؤلفه أن النمل الأبيض وريش البطريق وفراء الدب القطبي تَمَّتْ دراستها لتطوير نظام التنظيم الحراري، ولكن هذا المبنى الذي كان من المفترض أن يرى النور في (زيوريخ) سويسرا لا يزال افتراضيّاً حتى يومنا هذا.
وماذا عن الانجازات الفعلية؟ إنها تعد على أصابع اليدين. في المراجع الدولية الرئيسة نجد مباني المكاتب للمهندس المعماري الزيمبابوي ميك بيرس، مركز التسوقEastgate الذي تم بناؤه في عام 1996 في هراري، ومركز CH2، الذي تم بناؤه في عام 2005 في ملبورن. كانت التهوية الصعودية الطبيعية لكليهما، إلى جانب التهوية الليلية، مستوحاة جزئيّاً من تلال النمل الأبيض.
وهناك المزيدُ من المشاريع المتعلقة بواجهة المباني، على سبيل المثال المشروع الفرنسي لوكالة Art & Build ، في باريس: واجهة "لكسر الشمس" تتفاعل ككائن حي، وبالتالي تعمل بدون محرك، بشكل مستقل، وذلك بفضل خصائصها الفيزيائية الفريدة. قال ستيفن وير، مدير الوكالة: "لقد كان الإلهام الحيوي على مرحلتين".
كُنَّا مهتمين أولاً بخلايا الثغور، هذه الفتحات موجودة في بشرة النباتات، هذه الخلايا لها جدران بسمك غير متساو. بفضلها، تفتح عندما يصبح الجو رطباً، وتتنفس الورقة في نظامها للحماية من أشعة الشمس، استخدم المهندسون نصلتان مختلفتان من السبائك المرنة، ملحومتان ببعضها البعض عن طريق التصفيح البارد. يختلف معامل تمدّد المعدنين: على الفور، يتشوه هذا "الشريط المعدني" مع التغيرات في درجات الحرارة، إنه يتحكم في مرور الضوء بشكل سلبي.
في الخطوة الثَّانية، استلهم الفريق من تحركات بعض النباتات، استجابة لتغير الضوء أو درجة الحرارة. "الطريقة التي تقوم بها أوراق نبتة Oxalis triangularis بالتفتح والانغلاق ألهمت شكل واقيات الشمس لدينا"، وبعد النماذج الأولية، يدخل هذا المشروع مرحلة الاختبارات العملية.
بالعودة إلى المباني التي تدعي نموذج محاكاة الطبيعة، هل هي حقّاً من تصميم مستوحى من الطبيعة؟ أم أنه يتعلق فقط باكساء "خضرة" على شكلها؟ على سبيل المثال، ماذا عن سقف محطة واترلو في لندن، التي بنيت في عام 1990 حسب "نموذج جداول البنغولين"، وِفقاً لمصمميها؟ أو ملعب بكين الوطني، الذي يعتقد أنه كان مستوحى من عش الطيور، لأولمبياد 2008؟ حتى أفضل العارفين بالفن قد لا يجدون جواباً لذلك.
وهذا الجزء من مركز البحث والتطوير، سكولكوفو، أو وادي السيليكون الروسي، بالقرب من موسكو، هل كان مستوحىً من نظام التنظيم الحراري لبطريق الامبراطور؟ في الواقع يهدف المشروع إلى استيعاب أسر الباحثين، وهو يتضمن مائة فِيلاَّ في عشر مجموعات، تم تسليمها في عام 2017، وهي من تصميم الوكالة الفرنسيةBechu & Associés . وقالت الوكالة إنَّ تصميمها يُساهم في "حفظ 5 درجات حرارة مئوية، فطيور البطريق تحد من فقدان الحرارة من خلال تجمعها في مجموعات كثيفة للغاية ولا تكشف سوى أعلى ظهورها للرياح الباردة".
المُحاكاةُ الحيوية، في الواقع، تُفسحُ المجالَ للغسيل الأخضر (التبييض)، ويشعر جان كنيبرز رئيس ITKE بشتوتغارت بالأسف لذلك: "الإشارةُ إلى الطبيعة غالباً ما تكون بمثابة ذريعة مزيفةٍ لتبرير الخيارات المفاهيمية المعمارية"، أما المُهندس المعماري نيكولاس فيرنو ثيلوت، من وكالة In Situ Architecture فيستنكر هذه الانحرافات "الغسيل الأخضر يكون مضموناً باستعارات"، لكن كليمانس بيتشو، من وكالة بيتشو، كان أقل حدة "إذا كان هناك غسيل أخضر، فلم لا؟ هذا يمكن أن يسهم في الوعي العالمي".
لكن ماذا عن العراقيل الحالية؟ "هذه الأفكار لم توضع موضع التنفيذ لثلاثة أسباب"، يحلّل ناتاشا هيل، المهندس المعماري والباحث في المركز الوطني للبحوث العلمية بباريس، التعاونُ مع علماء الأحياء ما يزالُ صعباً. إن أخذَ المعرفة البيولوجية في الحسبان عند تصميم المباني يستغرق وقتاً طويلاً، والقيودُ الخَاصة بعالم البناء عديدة"، ومن أجل ذلك يقوم الباحثون بتطوير منصة رقمية تهدف إلى تعزيز التَّعاون بين التَّخصُّصات، "نريد أن نجعلها أداة عملية حتى يمكن للمهندسين المعماريين اعتمادها".
التطور: مجرد إعادة تركيب
لتعزيزِ تطوير التقليد الحيوي في فرنسا، تم إنشاء المركز الأوروبي للتميز في مجال تقليد الطبيعة Ceebios في عام 2014. تقوم إستل كروز، وهي مهندسة معمارية كبيرة مسؤولة عن الموائل الحيوية في هذه الشبكة، بإعداد أطروحة حول المغلفات والواجهات ذات النقاط الحيوية (مع المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي)، "نحن نتطلَّعُ إلى تصنيفِ الأظرف البيولوجية الحالية"، كما تقول "لتسهيل الوصول إلى البيانات لتصميم الأظرف التكيفية".
وهناكَ مشاريعٌ أخرى قيد التطوير، "في فرنسا وسويسرا وألمانيا، تُحاول عدة فِرق بناء كتالوجات كبيرة من الحلول المستوحاة من الأحياء، استجابةً لمشكلات معينة"، يؤكد كزافييه مارسو، هل تقدم الطبيعة إجابات لكل شيء؟ سيكون من السذاجة تصديق ذلك، "هناك العديد من التحديات المعمارية التي لا تستطيع الطبيعة مواجهتها"، يؤكد جان نيبرز، "من البساطة التفكير في أن الطبيعة توفر دائماً إجابات مثالية".
بالتأكيد، لقد تم اختبارها في عشرات أو مئات الآلاف من السنين من التطور، لكن بالنسبة لعالم الأحياء فرانسوا جاكوب (1920-2013) "نحن بصدد إعادة تركيب الأشياء فقط"! لكن تيفا فيرنو، عالم الأحياء في المركز الوطني للبحوث في ليون، يلاحظ أن هذه "الاستعارة تشير إلى رؤية داروينية للتطوّر".
ومنَ المُؤكَّدِ أنَّ هناك تَحديات قائمة للتَّنمية المستدامة، "في السنوات الأخيرة، كان الوعي بتسارع تغير المناخ يخلط الأوراق، يبدو لي أنَّ: "تقليد الطبيعة" يفتح طريقاً جديداً"، وفقاً لتقديرات نيكولاس فيرنوكس ثيلوت، ولكن يجب علينا التدقيق، ومنَ البديهي أن معايير التطور البيولوجي تشبه إلى حد بعيد معايير الهندسة المستدامة. "ومع ذلك، من المهم إجراء تقييم على أساس كُلِّ حالة منفردة لمعرفة ما إذا كانت بنية "المحاكاة الأحيائية" قادرةً بحقٍّ على تلبية تحديات التنمية المستدامة"، يؤكد يان كنيبرز.