In de natuur wordt ook gebouwd

Posted on Posted in 0. definities

In de natuur wordt ook gebouwd. Proefondervindelijk, intuïtief en met lokale bouwstoffen. Vaak draagt een individu maar een klein – spreekwoordelijk – steentje bij. Coccolithoforen, eencellige algen bouwen een prachtig exoskelet . Het skelet wordt gebouwd aan de hand van een paar randvoorwaarden: een zo sterk mogelijke constructie met een minimum aan bouwstoffen volgens een bepaald bouwrecept. Deze drie randvoorwaarden werken als drie tegengestelde krachten die samen resulteren in een optimale structuur (in speltheorie: minimax(minimale verliezen bij maximale tegenslag) of maximin (maximale opbrengst bij een meest minimale winst)). De structuur is in zekere zin adaptief aan het heersende krachtenspel.

Bestaat zoiets ook in de architectuur?
Kan je een gebouw maken dat een optimale structuur heeft (is) en daarmee in feite adaptief is aan een bepaald heersend regime aan randvoorwaarden?

Wat zijn de randvoorwaarden en welk krachtenspel heeft dit als gevolg? Regelgeving, kosten, sterkte, flexibiliteit, wensen opdrachtgever en aannemers etc. hebben allemaal invloed op het gebouw. Wat is de onderlinge krachtverdeling? Wat heeft meer prioriteit en welke minder?

Een probleem van dit soort bouwen is het volgende. Als eenmaal het gebouw gereed is, dan is de structuur optimaal en adaptief maar aan een krachtenspel dat niet meer actueel is! Het gebouw is een structuur dat bevroren is in de tijd en verwordt tot een fossiel van een (eens) adaptieve vorm.

Zou – conceptueel gezien – een adaptief gevormd gebouw ook niet adaptief moeten blijven, later tijdens het gebruik ervan?

Dit is even iets anders!

Was het gebouw eerst een soort adaptieve omhulling, nu wordt het gebouw een soort levend organisme dat tijdens zijn leven zich aanpast aan veranderende omstandigheden.

Even kijken wat er gebeurt in de natuur.

Adaptiviteit bestaat op verschillende tijdschalen. Ook dat wat precies adaptief is, is verschillend. En een stapje verder: het mechanisme van dat-iets wat adaptief is, is verschillend.

Evolutie is een traag proces en bestrijkt honderden miljoenen jaren. Evolutie grijpt in op soorten. Interessant is dat je een soort globale ontwikkeling kan onderscheiden. Het is delicaat om dit expliciet te noemen omdat wetenschappers hierover niet helemaal eens zijn. Op elke regel valt wel een uitzondering te vinden. Een bekende, ouderwetse en verworpen stelling is de stelling van Haeckel. Haeckel stelde eind 19e eeuw dat de ontogenie (de ontwikkeling van een organisme) de fylogenie (ontwikkeling van soorten) in het snel volgt. Hij gebruikte hiervoor foto’s van embryo’s van verschillende gewervelde dieren. Je kunt zien dat de embryo’s erg veel op elkaar lijken. Naarmate de dieren in het dierenrijk nauwer verwant zijn lijken ze langduriger op elkaar.

Een ander voorbeeld is de evolueerbaarheid van adaptiviteit. Dit is moeilijk op te maken uit een fossiel. Er zijn echter aanwijzingen bij bacteriën die na een aantal generaties een vergrootte mate van aanpasbaarheid hebben.

Het mechaniek van deze vorm van adaptiviteit is de genetische diversiteit van individuen van een soort, waarbij natuurlijke selectie voorkeur heeft voor een bepaalde genetische setting.

Een levend organisme is ook adaptief maar op een veel kleinere tijdschaal. Het past zich aan in seconden, uren of jaren. Het wordt gevormd door een stimulus – respons mechaniek, waarbij de respons zeer complexe vormen kan aannemen. Bijna altijd is de respons verbonden met het individuele organisme, maar soms heeft de respons ook betrekking op andere individuen die leven rondom het betreffende organisme. In bijen- en mierenkolonies maakt de respons van een enkeling een cascade van effecten los waardoor een gehele kolonie als één organisme op een stimulus reageert. Een ander leuk voorbeeld is, is die van zwermen vogels of scholen vissen waar – naar het blijkt – met enkele eenvoudige regels een hele groep als één organisme lijkt te bewegen.

Hoe kan een gebouw in totaal adaptief zijn?

We zullen eerst vast moeten stellen welk object precies adaptief is. Welke onderdelen van een gebouw zijn adaptief? Daarnaast zullen we moeten bepalen wat de tijdschaal is waarin deze onderdelen adaptief zijn en welke randvoorwaarden heersen. Tot slot zullen we de mechanieken moeten onderscheiden die aan de adaptiviteit ten grondslag liggen. Best pittig.

Wat is precies adaptief? Organisatie, routing, wanden, vloeren, constructie of ruimten.

Wat is de tijdschaal? Voor de bouw. Na de bouw. En wat is het krachtenspel? Het krachtenspel van voor en na de bouw verschillen.

Wat is het mechaniek? In de ontwerpfase kan een soort evolutionair principe worden gebruikt. De vorm van het gebouw kan in een computer gemodelleerd worden. Door diverse waarden van randvoorwaarden in te voeren kan je in een vrij kort tijd bestek een flinke reeks aan gebouwen met diverse vormen genereren. Een paar van deze vormen kunnen hieruit worden geselecteerd om voor verdere vervormingen te gebruiken. Uiteindelijk zal een (vrij) optimale vorm ontstaan voor de onderzochte parameterreeks.

Dit gebouw kan worden gebouwd. Als het gebouw in gebruik genomen wordt, veranderen echter de omstandigheden. Er ontstaan onvoorziene dingen. Die zijn overigens heel interessant. Dit zijn onvoorziene parameterinstellingen en dus nooit onderzocht. Op dit moment is het eens zo adaptieve gebouw rigide geworden. Dit is het moment van fossilisatie! Het is natuurlijk interessant om verschillende fossielen te zoeken en algemeenheden af te leiden, maar dat gaan we nu niet doen. Het gebouw moet adaptief blijven.

Datgene wat eerder adaptief was, is dat nu niet meer. Eerst kon de vorm van het gebouw met gemak worden gekopieerd, vervormd en gekneed worden. Deze vrijheid bestaat niet meer. Het gebouw zal nu op een andere manier adaptief moeten zijn. Het zal moeten kunnen reageren op een real-time situatie: stimulus – respons. Snel en adequaat.

Dit betekent nogal iets.

Dit gebouw heeft sensoren waarmee het stimuli kan ontvangen. Deze sensoren zijn gekoppeld aan een systeem waarmee een respons kan worden gegenereerd. Het stimulus-respons proces kan een eenmalige actie zijn: van stimulus naar respons, stop. Saai. Het proces wordt heel veel interessanter als de respons door de sensoren opnieuw als een stimulus gedetecteerd wordt. Zo ontstaat een terugkoppeling (feedback lus). Terugkoppeling veroorzaakt dynamiek in het systeem.

Positieve feedback. Uit een box komt geluid. Een microfoon detecteert dit geluid en geeft dit door aan de box, waardoor de box nog meer geluid voort brengt, enzovoorts. Positieve feedback wordt gekenmerkt door een zeer progressieve, ongeremde groei van de stimulus.

Negatieve feedback. Een lamp geeft een bepaalde hoeveelheid licht. Een lichtsensor detecteert dit licht en het systeem reageert door de lamp minder licht te laten geven. De lichtsensor detecteert vervolgens minder licht en geeft daardoor een kleiner signaal af waardoor de lamp weer iets meer licht gaat geven, enzovoorts. Negatieve feedback kenmerkt zich met bewegingen rondom een evenwichtswaarde.

wordt vervolgd