白蚁和建筑师

一世N 1991，跨国公司旧的共同投资小组走近Zimbabwean建筑师Mick Pearce，具有大胆的作业。本集团希望建设零售和办公楼，称为Eastgate中心在津巴布韦的首都哈拉雷，占地55,000平方米，将成为该国最大的商业建筑。多大的互联网不希望做的是支付空调这种大规模空间的高成本。Pearce可以与Arup建筑公司合作，设计了一个单独依赖被动，自然气候控制的设计？

思考问题，Pearce在白蚁土墩中发现了灵感，这些土墩在他的国家划分了大草原。最大的土墩可以高度达到几米，越过白蚁的军团，他们就像一个独立的摩天大楼耸立在一个单独的建筑工人。每个漏斗的空气通过通道网络进入一个球形巢，该巢穴容纳了数百万的白蚁，甚至更大的真菌和细菌。总而言之，典型的巢穴包含了一个小牛的炎热，呼吸生物量。Based on the ideas of the Swiss entomologist Martin Lüscher, many researchers believed the mounds acted as air conditioners, maintaining a nest’s pleasant temperature, humidity, and oxygenation by continuously exchanging hot air rising from deep inside a colony with cooler drafts diffusing down from the surface. According to Lüscher, the mounds’ towering height allowed the “hot breath” of the colony’s biomass to drive this convective exchange. Lüscher’s theory came to prominence in 1961, reaching a wide audience through an article in科学美国人。

想象丘作为空调，Pearce吸引了大型开放空间的砖石绝缘建筑的计划，通过精心制作的导管和高热交换烟囱。管道将通过建筑物窜气，而烟囱会在白天从繁华的居住者和机器中虹吸，并在黑暗之后向上发泄它以冷却大楼。为了使设计和工程恰到好处，Pearce最终成为一点像白蚁自己，从他的崇高建筑师的鲈鱼中下降到施工现场的个人劳动，帮助施放并用自己的两只手安装一些砖石块。Eastgate Center于1996年首次亮相，实现了世界荣誉，以其开拓性“仿生”设计，该设计将其温度分别调节了常规大小的常规建筑物的成本和能量。

皮尔斯最终变得有点像一只白蚁，从他高大的建筑师的栖木上下来，用自己的双手在建筑工地上干活。

只有一个问题。虽然Eastgate中心确实如计划工作，但它在其上以完全不同的方式为基础的土堆。在同一时间，Eastgate中心开辟了大门，美国科学家斯科特特纳队正在使用丙烷泵和小型电子传感器的阵列，以艰苦地测量近50个南非白蚁土墩的煤气交换。他发现土墩并没有将温度调节，如将氧气和二氧化碳推入巢中。这种空气混合不受殖民地的内部热量，而是通过外部空气压力：白蚁建造了他们的土墩，以赶上风，而不是促进对流。一只土墩的多孔，可渗透的外表面允许空气，以便通过殖民地，而是像人肺中的肺泡一样。土墩并没有如此粗糙的空调，作为一种良好复杂的外部呼吸系统。

T.hough it was partially inspired by a flawed understanding of termite mounds, Pearce’s biomimetic design for Eastgate Centre had ironically worked so well because it unintentionally mimicked the termites’ true temperature-regulating solution, which was the mound’s permeable outer surface paired with the simple thermal capacity of surrounding soil. In addition to its duct-laced atriums and soaring chimneys, the building relied on massive foundational concrete slabs as heat sinks to store thermal energy during warmer daylight hours before releasing it during the cooler nights. “Eastgate Centre succeeded because Pearce was a very good architect rather than a crude imitator of nature,” Turner says. “And being so, he managed to converge on a lot of the same functionality the mounds actually have. It’s really pretty remarkable.”

东门中心是人们从大自然中寻找灵感和理由的众多故事之一，但却错了。但要做到这一点并非易事。我们越是试图从自然建筑中汲取灵感，就越会明白，即使是最简单的结构，也会深深与建筑师的性格和身份纠缠在一起，难以解释。我们的第一反应通常是使用我们自己世界的概念作为罗塞塔石碑。白蚁看毕竟就像冷却塔一样。这种等价的优雅和简单使人很容易相信Lüscher的模型。即使在今天，建筑文献Lüscher的模型中对皮尔斯设计的描述仍然是正确的，许多科学家仍然口语化地将白蚁丘描述为“空调”。但是，由简单的定性比较所驱动的仿生学的早期浪潮，现在正让位于对动物家园更复杂、更复杂的理解。

Builder和家之间的关系是与社交昆虫一样清晰的关系。尽管他们的房屋是通过遵循优雅简单的规则制作的事实，但仍然是大自然的伟大建筑物，如WASP，蜜蜂，蚂蚁和白蚁和白蚁，是自然的最伟大的建设者。“制造最复杂和有序结构的动物往往是有更多有限的智力，”宾夕法尼亚州Carnegie自然历史博物馆的昆虫学家和专家John Wenzel说。“而不是从零开始并学习各一代的一切，他们有一个天生的基准，可以通过连续几代自然选择来相对迅速地抛光。”更大且更聪明的生物受到他们的大脑和他们的武器的建造。除了人类之外，如果大型动物完全建立，他们通常只是挖洞或堆积棍子。

这些硬编码行为在所有多样性中都可以被视为昆虫基因的影响超越其体内范围的延伸，在生物学家理查德Dawkins被称为“扩展表型”中，在生理学和环境之间形成模糊的边界。在Pearce在人类熟悉的功能单元方面解释了白蚁土墩，其他研究人员主要使用昆虫建筑来深入了解其受损居民。“你不必看到动物才能有一个出色的行为记录，”温塞尔说。“你只是检查了这个结构并弄清楚它是如何建造的。”

温泽尔说，几乎不可避免地，这些检查不仅对被观察的动物，也对观察者产生惊奇。一个很有说服力的例子就是圆网蜘蛛和缠网蜘蛛的结构比较。想象一个蜘蛛网,机会是你召唤orb-weaver的工作在你的脑海里:一个branch-hung网丝螺旋围绕一个中心所以有序、对称的你会考虑它漂亮,当然优于不规则的绞链的缠结网络在一个木桩。一个圆网的美丽来自于蜘蛛在一个平面内构建它的简单算法。相比之下，一个缠结的网是一种更动态的行为过程的结果，不断地尝试和错误的构建，有条不紊地在任何可用的表面上串线和测试丝，直到达到理想的捕食张力。它看起来凌乱而原始。

但纠结网实际上是从更原始的ORB Web派生的。几乎可以在任何地方构建缠结网，它不需要气流来捕获猎物。它的奇妙，不对称的设计允许蜘蛛开发出来的速度辐射成千上万的新物种。“像对称和顺序一样，我认为是因为对称和订单帮助我们认识到模式，我们想认为我们了解的事情，”温塞尔说。“一个纠结的网络展示了这可能出错的地方。”

东门中心是人们从大自然中寻找灵感和理由的众多故事之一，但却错了。

在20世纪80年代后期，一名更细微的结构课程奠定了一个神秘温革的根源，一再遇到作为堪萨斯大学的学生。他正在学习巢建筑Polistes Annultis.这是一种常见的北美纸黄蜂，会在屋檐下筑巢。他日复一日地观察着，工人们用小块油漆标记着一行又一行六边形的纸单元。很少有情况下，他会注意到一个工作人员放置了一个五边形，而数组的完美似乎会被破坏。按照他们简单的规则，其他工人会把这个异常的细胞扯出来，换上一个六边形的细胞，结果第一个工人的努力就白费了，他会再放一个五边形。一场来回的拔河会接踵而至，直到一方或另一方放弃为止。五角大楼通常会保留下来。有一天，温泽尔犯了个错误，在他的教授——杰出的动物行为学家鲁道夫·詹德——听到的情况下提到了这些“错误”，被教授无情地训斥了一顿。

“你在黄蜂的脑子里吗?”詹德问道。“你知道‘错误’是什么吗?”你不能说，对吧?你只能测量。只是测量。黄蜂会告诉你这是怎么回事;你什么也不告诉他们。”

惩罚，Wenzel返回他的学习，测量和计算五角星，直到形成的图案。Pentagons的放置并不随机;相反，它们出现在预期的结构应力点，其中随后的巢层将用曲率构建。异常的五角星 - 并将其放置的罕见的黄金斯证明是以同样的方式加强巢的结构，裁缝在裤子中褶皱。

“在我的学习中，我认为许多时候我认为是异常，病理，几乎像叛变，”Wenzel说。但是病理似乎可以穿过自适应谷，并在选择景观中达到健身的峰值。换句话说，它们可以变得有用，甚至是必不可少的。而且很难理解。

后来，我赶上了特纳，现在是纽约环境科学和林林大学的教授在锡拉丘兹。他刚刚从荷兰的一个城市规划会议中飞回，他讨论了白蚁土墩和其他动物架构，作为未来的生物摩擦“有机城市的可能启示。我问他是否有从白蚁土堆中学到的生物摩擦课程。

“当然,”他说。“我们有时会向自然寻求验证我们自己的解决方案。如果没有感情的自然世界选择了类似的东西，我们会感觉很好。但你无法在人类社会和白蚁等群居昆虫社会之间实现明显的飞跃。有不同的价值体系在起作用。”

T.他并没有阻止经典仿生学获得无数的成功。日本子弹头列车通过隧道时几乎不发出声音，这多亏了受潜水鸟喙启发的空气动力学外壳。奥运会游泳运动员穿了一件带有类似鲨鱼皮的减阻纹理的泳衣，打破了世界纪录。不断上涨的能源和材料成本催生了新一代的摩天大楼和
世界各地城市的“智能建筑”，采用仿生被动冷却系统和轻型结构支撑。

但是，根据Rupert Soar的说法，一名工程师和企业家在与特纳合作中研究了白蚁土墩，今天大部分生物化学都几乎没有模仿生物学。它将更好地描述为“生物嗜酚”的表达，这是与其他生物寻求联系的本能人类倾向。对于飙升，真正的生物化是一个比产品的过程更多，而且像纠结网的复杂混乱一样，它并不总是很漂亮。

索尔说:“建筑师仍然在考虑为特定功能设计特定的结构、形状和形式。”“但在自然界中，我们看到的解决方案和创新不是这样出现的!我们看到的只是生物体遵循非常简单的规则，与某些目标相关的算法一次又一次地发挥作用。”

“你在黄蜂的脑子里吗?”你知道什么是“错误”吗?你只能测量。只是衡量。”

一个真正的生物化，飙升，将放弃简单的生物嗜酚及其原油设计隐喻，因为鸟喙，鲨鱼斯基斯作为泳衣，或白蚁土墩作为摩天大楼。相反，建筑师和设计师将开始在大自然构建它们时建立东西。这是迭代和算法的，每个形式由许多优化的功能雕刻，每个函数中的每一个充当其自身独立的代理。SOAR和许多其他人使用了使用“代理模型系统”在其中一千，数百万，甚至数十亿个个别计划的模拟昆虫和昆虫家庭 - 每个人都有一个非常原始的“虚拟昆虫”，在一些仔细的资源中竞争有限的资源排列数字域。在其虚拟世界中的“正确”规则之后，药剂可以复制结构和形态实际昆虫在现实中创造。然而，这些系统不限于复制 - 它们也可以用于创新。有时，复杂的优化可以出现，与昆虫或人类的思想产生的任何东西都相应的相似之处。

萨索尔说:“对于建筑问题，一个人可能想要解决一扇门，另一个人想要解决一扇窗，另一个人想要解决水流或热量的问题，然后他们共同协商一个解决方案。”“现在这是可能的，因为计算机可以处理所需的大量信息。”

这种基于个体的方法表明，我们不需要完全了解昆虫的思想和社会，或者它们的建房习惯，就可以利用它们的力量。然而，将这些技术集成到人类架构中是有风险的。对于任何给定的问题，代理建模系统可能会得到高度优化的解决方案，但它永远无法告诉您它是如何得到的，或者得到的解决方案是否真的是最好的。出现的有机结构可能是令人惊奇的优化和华丽的，但它们仍然通过一个低效的，有时是残酷的过程发展。与现代建筑相比，这种结构通常更接近于不稳定和倒塌。也许最糟糕的是，因为代理建模系统的产品经常在一种形式中包含如此多的功能，它们可能是不对称的，混乱的，对人眼没有吸引力。

因此，我们反冲过，撤回有序，对称和坚固的东西，一些简单的混凝土和钢形 - 我们可以控制的东西，这不涉及在建筑物的设计和建筑上产生自上而下的影响。

真正的仿生学应该抛弃简单的亲生物和粗糙的设计隐喻。

尽管如此，萨先生认为随着对节能建筑需求的增长，建筑最终将进入一个更加仿生的阶段。基于代理的优化将成为普遍现象，同时3D打印等新的建筑技术将允许前所未有的建筑实验和创新。一场革命可能发生在人类如何建造和生活在他们的家园。四四方方的、自相似的房屋和办公楼可能会让位于大量易于生产和改变的有机形式。在日常生活中，人们可能会像昆虫一样与建筑互动，形成社会群体，依靠生物启发的环境线索来建造和维护自己的家园——蜂巢。

在这个奇怪的未来，生物化可能变得不那么时尚自负，更多的基本互动模式 - 建筑物的占用者将从自下而上的自下而处地统一地工作，以维持其结构，每个人的行动都以新的方式为许多人的需求。“[这些环境]将是臭，嘈杂，华而不实的和纹理，充满关注的感官投入，人们会源头来决定他们接下来做什么，”SOAR说。

这些境外可能性和栖息地和居民之间的深处的连接性声音奇怪，也许是因为他们要求我们抛弃一些似乎让我们的人类。我们会在一个Orb Weaver的网页上的简单性地选择纠结网的动态混乱，或者van der Rohe home？我们不是在静态，坚固的石材，玻璃和钢材的静态，比我们都在任何柔性的仿生甜食中舒适吗？也许我们是。但是，我们也不断地使我们的城市和经济越来越复杂，互联，响应于有机，在一个词的一个意义上。无论好坏，我们都与自然最伟大的建筑商比我们意识到更相似。而且，随着我们对动物家园的理解变得更加复杂，我们从生物化到生物化的更完全过渡，这种收敛只能加速。

自由撰稿人李·比林斯是五十亿多年的孤独：寻找星星之间的生活。