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Biomimetica e architettura: la natura domina gli spazi

La biomimetica è una scienza che studia i processi biologici con l'obiettivo di trasferirli al mondo artificiale. Per questa ragione biomimetica e architettura sono discipline negli ultimi anni estremamente connesse. L'uomo cerca la propria fonte di ispirazione nella natura per trovare la soluzione a diversi tipi di problemi.

Fu proprio Leonardo Da Vinci a dare i natali alla biomimetica. Infatti, nei suoi studi sulle macchine volanti, prese esempio dal volo degli uccelli.

Gli edifici biomimetici

Uno degli esempi più rappresentativi di edifici biomimetici è costituito dal tetto del Crystal Palace di Londra, costruito nel corso della metà del XIX secolo, dal celebre architetto e botanico Joseph Paxton. Nella realizzazione del Crystal Palace, l'architetto si è ispirato alla Victoria Amazonica, una pianta appartenete alla famiglia delle ninfee.

L'architettura è oggi notevolmente mutata rispetto all'inizio della rivoluzione industriale. Grazie ai progressi maturati in ambito tecnologico, è stato possibile individuare nuove prospettive nella relazione tra design e biologia: quest'ultima in particolare è oggi in grado di offrire nuovi percorsi di interpretazione della natura.

Con il tempo l'uomo ha progressivamente rimosso sé stesso dal mondo naturale, rinnegando la sua dipendenza da esso. Oggi il percorso si è invertito e la tendenza è quella di avvicinarsi nuovamente alla natura. Per il nostro benessere è fondamentale riscoprire il valore della natura, in tutti i suoi aspetti sostenibili, portandola nelle nostre città e nei suoi edifici.

Biomimesi per il design

La natura è assimilabile a un progetto evoluto, perpetuatosi per più di 4 miliardi di anni. Per questa ragione sono molteplici gli strumenti della biomimesi per il design e l'architettura.

Un designer che ha impostato il proprio lavoro in questa direzione, credendo fortemente nel valore della natura e in particolare della luce e dell'illuminazione per il vivere quotidiano, è Den Roosergarde. Il designer olandese ha stupito il mondo, progettando un percorso ciclabile illuminato da una miriade di pietre scintillanti, un'opera architettonica ispirata alla notte stellata di Van Gogh, inaugurata ad Eindhoven, in occasione del Van Gogh International Team Year 2015.

Il designer olandese vuole dare vita a situazioni urbane nelle quali la natura e la tecnologia possono convivere in armonia, creando delle dimensioni sempre più vicine al sentimento e all'interazione. Questa volontà di ispirarsi alla natura nasce dall'esigenza sempre più forte di fornire risposte sostenibili ed ecologiche in ambito artistico, architettonico e urbanistico.

Il percorso della realizzazione di un progetto si inverte: prima si definiva un'idea e da lì si sviluppava il progetto, cercando un modo per realizzarla, mentre ora si disegna un nuovo scenario, in cui gli obiettivi vengono condizionati dai mezzi, che devono essere ecosostenibili.

Il binomio civiltà - ambiente

Il concetto di biomimetica prevede che vi sia una vera e propria inversione del binomio civiltà-ambiente: il modello di città che nasce ai margini della natura è ormai obsoleto, dal momento che limita gli spazi di quest'ultima e ne aggredisce i confini. Invece è proprio la natura che attiva e condiziona il progetto materiale: ciò avviene in una dimensione innovativa, dove la natura non diviene più solamente fonte di ispirazione estetica, come ad esempio nel periodo Liberty, ma cede invece sistemi, organismi e soluzioni che sono già presenti biologicamente.

In questo modo nasce la biomimesi che diviene un approccio al servizio del design, attraverso uno studio di osservazione e un'applicazione scientifica che cerca di raggiungere delle soluzioni sostenibili alle continue sfide di innovazione e sviluppo, andando ad emulare modelli, forme e strategie, proprie del mondo naturale. Ed è proprio in questo ambito che il sopra citato Roosergaarde, decide di approfondire i suoi studi sulla possibilità di sfruttare le capacità naturali di alcuni animali di emettere luce, come ad esempio le meduse e le lucciole, senza la necessità di riceve alcun tipo di stimolo elettrico, o di luce ultravioletta.

Ingegneria biomimetica

Uno dei più significativi risultati dell'ingegneria biomimetica, nasce dalla collaborazione tra il designer Roosergaarde, la State University di New York e il centro di ricerca Bioglow Tech, che ha portato alla nascita di una piantina bioluminescente in grado di esprimere un effetto a dir poco sbalorditivo.

Lo stelo della piantina è stato modificando introducendo DNA di batteri elettroluminescenti, all'interno del genoma di una pianta comune: il risultato è l'emissione di un leggero bagliore luminescente. Va da sé che un eventuale sviluppo e potenziamento di questo ambizioso progetto è certamente destinato a rivoluzionare il mondo del lighting design.

La Glowing Nature Paint

Affascinato dal tema della luce in natura, Roosergaarde sta realizzando un altro progetto: la Glowing Nature Paint. Si tratta di una vernice biologica che applicata alla cornice dell'albero e sulle foglie, le rende luminescenti. La vernice biologica è assolutamente innocua per la salute della pianta e nel corso del giorno si ricarica per poi emettere una luce bioluminescente nel corso delle ore notturne. L'ispirazione sembra essere nata da alcune particolari specie di funghi, come per esempio il Neonothopanus gardneri, uno dei più grandi e luminosi funghi fluorescenti, che nel corso delle ore notturne emettono una particolare luminescenza, per attirare gli insetti e rendere più efficiente la diffusione delle spore.

Da questi dati emerge la chiara volontà, ormai diffusa tra i più visionari addetti alla progettazione urbana, di recuperare quanto di straordinario esiste in natura, per un utilizzo rivolto al benessere e alla sostenibilità. Se come ci auguriamo siamo ancora parecchio lontani dalla fine del nostro pianeta, la biomimetica rappresenta senza dubbio la strada che dobbiamo imboccare per realizzare importanti progetti, non dimenticando mai quello che disse Albert Einstein: "ogni cosa che puoi immaginare, la natura l'ha già inventata".

Cos'è la biomimetica

Ma cos'è esattamente la biomimetica? Cerchiamo di rispondere in modo esaustivo a questa domanda. Potremmo definire semplicemente questa scienza, con la volontà di imitare i processi sofisticati della natura, per un'applicazione rivolta all'architettura e al design.

Con la biomimesi la natura diventa la protagonista assoluta negli oggetti di design: gli esseri viventi, utilizzati come spunto nella progettazione architettonica, rappresentano un'ispirazione particolarmente interessante anche nella creazione di oggetti di design, utensili e arredi, per via della loro forma e funzione, sia a livello macroscopico sia a livello microscopico.

La natura è da sempre oggetto degli studi scientifici. Comprendere a fondo i sofisticati meccanismi della natura e in particolare degli esseri viventi e applicare gli stessi ai campi dell'architettura e del design è l'obiettivo della biomimetica. Applicare questi meccanismi naturali alle creazioni umane, ci consente di sviluppare soluzioni che riescono a limitare l'impatto ambientale di prodotti e sistemi, e a migliorarne notevolmente le prestazioni e le reazioni.

Proprio grazie alle evoluzioni tecnologiche oggi è possibile studiare e imitare la natura. In particolare, i nuovi linguaggi di programmazione e codificazione, la stampa 3D e il modelling, consentono di riprodurre in modo assolutamente fedele, i funzionamenti e le strutture cellulari degli organismi viventi, oltre che i sistemi di organizzazione e di adattamento evoluto, tipico degli habitat naturali.

Questo è il campo nel quale si muove l'applicazione della biomimetica, una scienza che possiamo definire relativamente giovane. La biomimetica esprime il connubio tra biologia e tecnologia, dove la biologia rappresenta il modello primordiale che regola il funzionamento delle strutture complesse che costituiscono gli esseri viventi, mentre la tecnologia rappresenta il mezzo con il quale riprodurne il funzionamento in materiali e strutture.

La storia della biomimetica

Ecco alcuni cenni relativi alla storia della biomimetica. Uno dei pionieri della biomimetica è l'americana Janine Benyus, fondatrice del Biomimicry 3.8 Institute di Missoula, nello Stato del Montana: si tratta di un'organizzazione che si dedica alla formazione e alla divulgazione della scienza biomimetica.

Uno dei prodotti che possiamo definire storici nel campo dell'applicazione di questa scienza moderna, è il velcro: il materiale è nato imitando il funzionamento delle lappole, frutti della Bardana, dotati di piccolissimi uncini che gli permettono di attaccarsi ai tessuti. Dopo la creazione del velcro, l'applicazione della scienza si è rivolta alla creazione di una speciale pittura autopulente (Lotusan) realizzata ispirandosi alle foglie della pianta di loto che si puliscono da sole.

Successivamente gli studi e le applicazioni della biodinamica hanno iniziato a spingersi oltre e ad interessare il design e l'architettura. Un esempio significativo di questa nuova applicazione è rappresentato da una ricerca di Neri Oxman, innovativa designer israeliana, professoressa al Massachusetts Institute of Technology, che ha sviluppato un'interessante soluzione, in grado di combinare sapientemente biologia e tecnologia.

Neri Oxman iniziò a realizzare grazie ad una stampante 3D, tessuti organici in grado di adattarsi alla forma del corpo e alla sua composizione fisiologica, sfruttando l'innovativa tecnologia a triplo getto di Stratasys.

Con la stessa stampante 3D venne progettata "Gemini" una chaise longue che avvalendosi di una particolare forma a guscio ed una combinazione di 44 materiali digitali (con diverse proprietà in grado di riprodurre i punti sensoriali del corpo umano) crea un particolare habitat che si ispira al ventre materno.

I materiali utilizzati per la creazione di queste realizzazioni, indirizzano sul corpo punti specifici di pressione, così da creare un passaggio sensoriale e allo stesso tempo agendo anche come una camera anecoica insonorizzata e creando una struttura architettonica che ha lo scopo di rilassare e calmare la mente.

La celebre designer israeliana si è conquistata la notorietà grazie alla celebre collezione Wanderers: An Astrobiological Exploration: quest'opera include quattro wearables, concepiti per essere incorporati dalla materia vivente e per essere indossati nello spazio. I quattro wearables sono creati grazie alla biologia di sintesi: i capi includono tasche e apparati in grado di ospitare materiali biologici e di creare dei micro habitat che potrebbero consentire all'uomo di adattarsi ad un ambiente alieno o extra terrestre.

Una delle creazioni più recenti nel campo della biomimetica è un composto di chitosano, realizzato con frammenti di conchiglie modificate chimicamente, allo scopo di ricavare proprietà differenti. Il composto è stampato da un robot, che dà vita ad una pasta utilizzabile per diverse applicazioni, come ad esempio per l'applicazione sugli infissi.

Sempre in campo edile, molto interessante è un'applicazione biomimetica realizzata a partire da fili di seta prodotti da bachi, che vengono poi modificati geneticamente e lavorati da un braccio robotico, così da ottenere un materiale plasmabile ed eco sostenibile, con il quale è possibile realizzare strutture o elementi costruttivi.

Nella storia della biomimetica, anche la progettazione architettonica ha tratto spunto più volte dalla natura: uno degli esempi più significativi di una realizzazione ispirata alla natura è certamente l'Eastgate Building, un centro polifunzionale realizzato dall'architetto sudafricano Mick Pearce, in collaborazione con uno studio ingegneristico dello Zimbabwe. Questa creazione si è ispirata ai termitai: trattasi di strutture estremamente complesse, composte da cumuli di terra realizzata dagli insetti stessi per mantenere lo spazio interno ad una temperatura costante, allo scopo di far crescere il fungo del quale gli insetti stessi si nutrono. Le basse temperature sono garantite in questa sofisticata creazione della natura, da una serie di canali scavati nel suolo, così da creare un ambiente ventilato.

L'architetto sudafricano è riuscito a ricreare e riprodurre questo sistema nell'edificio progettato, grazie alla creazione di una serie di camini laterali e di un tunnel centrale, che contribuiscono a ventilare in modo naturale gli ambienti, evitando l'utilizzo di impianti di climatizzazione.

Gli edifici di recente fabbricazione ispirati alla natura, sono veri e propri capolavori contemporanei, caratterizzati da ambienti estremamente accoglienti, funzionali ed ecologici. La biomimetica rappresenta oggi la naturale evoluzione della progettazione umana: una scienza che ci offre l'opportunità di vincere le sfide che il futuro ci riserva.

I principi della biomimetica

I principi fondamentali sui quali è basata la biomimetica, sono i seguenti:

- interdipendenza;

- energia solare;

- valorizzazione delle diversità;

- assenza di scarti.

Basandosi su questi presupposti, gli architetti di tutto il mondo, seguaci di questa scienza applicata, stanno progettando e costruendo nuovi edifici, simbolo della biomimetica, riuscendo ad incorporare materiale vivo all'interno delle strutture realizzate.

Moderne realizzazioni architettoniche biomimetiche

Un esempio concreto di perfetto connubio tra vita e architettura, è rappresentato dalla casa delle alghe di Amburgo: si tratta del primo esempio di facciata bio-reattiva, progettata da Arup e contemplata nel 2013. La facciata contiene alghe microscopiche che crescono e regolano la luce dell'edificio, in base alle necessità, agendo come veri e propri filtri solari. Quando le alghe crescono e si sviluppano, vengono poi trasformate in biogas.

Altro recente esempio riuscito di connubio tra vita e architettura è l'edificio che ospita il Museo di Storia Naturale di Shangai: la struttura è stata inaugurata nel 2015 e progettata dallo studio londinese Perkings+Will e si ispira alle conchiglie. L'edificio rappresenta oggi una delle più significative icone del green building. La caratteristica più importante di questa avveniristica struttura architettonica, è la così detta "pelle intelligente": uno strato in grado di assorbire l'energia solare, regolando la climatizzazione per mezzo di piccoli specchi d'acqua e di una parete verde che protegge la struttura dall'inquinamento acustico.

Teatro Nazionale di Taichung

Molto interessante il palazzo che ospita il Teatro Nazionale di Taichung, inaugurato nel 2016 e progettato da Toyo Ito. La struttura si ispira al concetto di caverna del suono ed è stata concepita con l'obiettivo di creare un'esperienza spaziale che richiami qualcosa di primitivo e ancestrale. La natura è stata artefice nel tempo della creazione di sistemi estremamente complessi, che a confronto il palazzo del Teatro Nazionale di Taichung potrebbe apparire semplice. Tuttavia, l'applicazione della biomimetica in architettura rappresenta un percorso efficace verso la progettazione architettonica sostenibile, con lo scopo e l'obiettivo di ricongiungere l'uomo con la natura stessa.

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Grazie a questo sofisticato approccio di ricerca, con l'obiettivo di creare una nuova connessione con la natura, la biomimesi diviene oggi studio consapevole di tutti i processi biologici e biomeccanici della natura, come fonte di ispirazione per operare un concreto miglioramento delle attività e delle tecnologie umane. La natura viene considerata come un modello al quale ispirarsi.

Di fatto la biomimetica è vera e propria imitazione della natura e permette oggi di ottenere elevati standard di efficienza, sostenibilità e integrazione con l'ambiente. In tutti gli organismi viventi, dalle forme più elementari a quelle più evolute, è possibile osservare una sorta di grande catalogo di materiali, architetture e complessi sistemi di funzionamento. L'approfondimento sempre più puntiglioso delle caratteristiche degli esseri viventi rappresenta lo stimolo per l'evoluzione della biomimetica, permettendo di realizzare nuovi materiali, fino a qualche fa totalmente inconcepibili.

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