صفحات 67 – 8067نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی دوره ۲0

شماره ۱ بهار ۱۳۹۴
101691410579

بهره گیری از الگوهای طبیعت برای طراحی
ساختار های تغییرپذیر خم شو در معماری

محمد رضا متینی*
دکترای معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه اشتوتگارت، آلمان.
)تاریخ دریافت مقاله: ۱۴/7/۹۳، تاریخ پذیرش نهایی: ۱۳/۱۱/۹۳(
چکیده
به طور معمول بخش مهمی از تغییرات در معماری از طریق ساختار های تغییرپذیر ممکن میگردند. این گونه س اختارها عموماً از مصالحی س خت یا نرم یا ترکیبی از این دو تش کیل ش دهاند، اما توسعۀ مصالح جدید در عرصۀ معماری، امکان بهرهگیری از اجزای انعطافپذیر و خمشو را نیز در سالهای اخیر فراهم نموده اس ت. این گونه س اختارهای تغییرپذیر خمش و، برتریهایی نس بت به س اختار های تغییرپذیر معمول داشته که از مهمترین آنها سادگی، سبکی، نیاز به اجزای الحاقی کمتر و قابلیت بازگشتپذیری س اده تر به فرم اولیه میباش د. نو بودن این گونه س ازهها باعث گردیده پاس خ به بس یاری از مس ایل و س ؤالات مرب وط به آنها، مطالع ه و پژوهشهای جدیدی را طلب کند که یکی از مهمترین این س ؤالات به مکانیزمهای مناس ب برای تغییرپذیری آنها مربوط میش ود. در این مقاله س عی شده تا با رویکردی بایونیکی به یافتن پاسخهایی ملهم از طبیعت برای مکانیزمهای مولد تغییر فرم در این سازهها پرداخته ش ود. در این مس یر با بهکارگیری فرایندی سلس له مراتبی و علمی، س عی به یافتن الگوهایی مناس ب از طبیع ت، اس تخراج ایدهه ا از این الگوها و ارای ۀ مثالهایی عملکردی در معماری با ایدههای بهدس ت آمده شده است. در این مسیر دو روش برای انتقال قوانین طبیعت به معماری پیشنهاد گردیده که این روشها میتوانند در بسیاری از رویکردهای بایونیکی مشابه نیز استفاده داشته باشند.
واژه های کلیدی
ساختارهای تغییرپذیر، سازههای خمشو، بایونیک، الگوهای هندسی، مدلهای فیزیکی، فرایند بالا به پایین.

.E-mail: matini@yazd.ac.ir ،0۲۱-66۴0۹6۹6 :تلفکس*
۲0
446999209651

3656999209651

مقدمه
بهرهگیری از س اختارهای تغییرپذیر در معماری از گذش تههای دور س ابقه داش ته و در قال ب کاربریه ا و فرمهـای مختل ف م ورد اس تفاده بوده اس ت. درمعماری دهههای اخیر، با رش د و توس عۀ فن آوریهای نوین، بهرهگیری از این گونه ساختارها گسترش بسیار وسیع تری پیدا نموده و قابلیتهای زیادی را نیز برای بهره برداری ه ر چه بیشـتر و متنوع ت ر از فضاهای معماری فراهم نموده اس ت .س اختارهای تغییرپذی ر ممکن اس ت ب ه صورت موضعی، بخش ی از اج زای س ازندۀ فضاهای معم اری را تش کیل داده و یا به صورت جام ع س ازندۀ کل فضا باش ند. جدارههای قابل باز و بستهش دن ک ه بهعنـوان تفکی ک کنن دۀ فضاه ای داخل ی عم ل میکنن د ،پوش شهای خارجی نما که برای تنظی م نور، دید و یا جلوۀ بصری تغیی ر میکننـد و همچنی ن س قفهای تغییرپذی ری ک ه فضاهای ب از زی ر خ ود را از تغیی رات ج وی حف ظ میکنن د، مثالهای ی از س اختارهای تغییرپذیر موضعی در یک بنا میباشند. از نمونههای ساختارهای تغییرپذیر جامع نیز میتوان ساختمانهای سیاری که بهخاطر تسهیل در حمل و نقل در فضایی کوچک جمع شده و در محل مورد نیاز گسترده و مورد استفاده قرارمی گیرند را نام برد .
طبقه بندی نمود: اولی ه و مقدماتی بوده و دس تیابی به الگوهای ی کارآمد که در عمل • طبقه بندی بر اساس ماهیت مصالح جایگزین ساختارهای موجود گردند، نیازمند بسیاری از آزمایشها
براس اس آنچ ه ف رای ات و۱ در دهۀ هفت اد در کتاب س قفهای تغییرپذیر ارای ه ک رده )44, 1972, Otto( ک ه قاب ل تعمیم به س ایر س اختارهای تغییرپذی ر نی ز می باش د، میت وان آنه ا را از دو جنبه تغییر خاصی پیدا نکرده است.
تحولات س دۀ اخیر در تولید مصالحی نو، پیش رفتهای عظیم مرب وط ب ه عل وم کامپیوت ر، ظه ور فرمه ای جدی د در معم اری و گس ترش پژوهشه ای مله م از طبیعت در زیر عن وان بایونیک که در اثر حمایت صنایع مختلف از آن رش د قابل توجهی پیدا نموده ، زمینهس از نوآوریهای مهم ی در ارتباط با س اختار های تغییرپذیر گردیده اس ت. بهرهگیری از مصالح خمش و۴ بهجای مصالح س خت ی ا نرم، قابلیتهای جدی دی را برای س اختارهای تغییرپذیر ایجاد میکند که باعث ش ده این س اختارها با حداقل نیاز یا حتی حذف اعض ای لولای ی و ی ا غلتک ی ب ه تنهای ی بتوانن د تغیی ر ف رم داده و بس یاری از حرکتهای مختلف را برای س ازه ممکن سازند. در واقع ای ن گون ه س اختارها نه آنقدر ن رم و فرم پذیرند که ب رای حفظ فرم خود نیاز به سازهای جانبی داشته باشند و نه آنقدر سخت هستند که برای تغییر فرم نیازمند عناصری لولایی یا غلطکی باشند.
وج ود مثاله ای ب ی ش ماری در طبیع ت و ب ه ط ور خ اص در گیاه ان و جانوران )خصوص اً بی مهرهگان( ب رای تغییرپذیریهای خمش و، محققی ن این حوزه را برآن داش ته تا با اله ام و الگوبرداری از قوانی ن طبیع ت در رابط ه ب ا ویژگیه ا و مکانیزم تغییرف رم بدن این موجودات، به الگوها و طرحهایی نو در ساختارهای تغییرپذیر دس ت یابن د. البته لازم به ذکر اس ت که این حوزه هن وز در مراحل
• طبقه بندی بر اساس نوع و جهت حرکتدر طبقه بن دی براس اس ماهیت مصالح، تمامی س اختارهای تغییرپذیر در زیرمجموعۀ س اختارهایی با مصالح نرم۲ یا سخت۳ و ی ا ترکیب ی از این دو ق رار می گیرند. در طبقهبندی بر اس اس نوع و جهت حرکت، تمامی انواع حرکت ها اعم از تاش دن، دوران کردن ،چی ن خوردن، لوله ش دن و مـوارد دیگر بهکم ک عناصری لولایی برای ایجاد دوران یا تا ش دن اجزای س خت و یا به کمک عناصری تلس کوپی و ی ا غلت ک و ریل ی از طری ق س رخوردن اج زای ن رم ی ا سخت صورت می گیرند .
4477191288614

هرچن د بهرهگی ری از س اختار های تغییرپذی ر در معم اری و همچنی ن بس یاری از حوزه ه ای دیگ ر مانن د طراح ی صنعت ی و مهندس ی مکانیک در س دۀ گذش ته می لادی تحول زی ادی پیدا نم وده، ام ا تا اوایل س دۀ اخیر این گونه س اختارها از نظر ماهیت مصال ح و جزییات عناصر س ازنده مش ابه طبقهبندی فوق بوده و و تجربیات تکمیلی بوده که در حال حاضر در جریان میباشد.
این مقاله با توجه به اطلاعات محدودی که در رابطه با سازههای خمشو و همچنین ساختارهای تغییرپذیر خمشو وجود دارد، در ابتدا ب ه ارایۀ تاریخچ ه و معرفی نوآوریهای معاصر در رابطه با س ازههای خمشو پرداخته و سپس ریشههای شکلگیری ساختارهای تغییرپذیر خمشو را معرفی میکند. در ادامه و در بخش اصلی این مقاله، مراحل الگوبرداری از طبیعت برای دس تیابی به چند نمونه از س اختارهای تغییرپذیرخمش و در معم اری معرف ی میگ ردد. در پژوهشهایی با رویک رد بایونی ک ک ه برای یافتن پاس خ س ؤالات فنی ب ه مثالهای طبیع ت رج وع میش ود، یک ی از مهمتری ن و چال ش برانگیزتری ن قس متهای پژوه ش، ب ه روش انتق ال الگوه ا از طبیعت ب ه حوزۀ م ورد نظ ر ارتب اط پیدا میکند که در این مقاله س عی ش ده دو روش ب رای انتقال قوانی ن طبیعت به الگوهای قابل اس تفاده در معماری ک ه توس ط نگارن ده در این زمین ه انجام گرفت ه، توضیح داده ش ود .
1. تاریخچۀ سازه های خم شو
در ابتدا بهتر اس ت عناصر خمشو به درستی معرفی شوند تا در مقایس ه با س ایر عناصری که به ش کل خم ش ده برش خورده و یا در فراین د تولی د به ش کل خم ش ده درآمده، اما پ س از یافتن این ف رم هیچ تنش ی در آنها ذخی ره نمیگردد، قابل تش خیص و تمایز باش ند. منظور از س ازههای خمش و در اینجا آنهایی هستند که از عناصری الاس تیک تشکیل ش دهاند. این عناصر در اثر وارد شدن نی رو ب ه ش کل منحن ی درآم ده و درص ورت ح ذف نیرو ب ه خاطرتنشـی ک ه در آنها ذخیره ش ده اس ت، می توانند ف رم اولیه خود را به طـور کام ل یا نسـبی بازیابن د. به بیان ی دیگر میت وان این نوع خم شدگی را نوعی خم شدن فعال5 نامید .
خم کردن عناصر انعطافپذیر خطی یا صفحهای بهعنوان عاملی که میتواند این عناصر را سادهتر از روشهای دیگر به فرم، مقاومت و یا قابلیتهای مورد نظر سازندگان یک فضا تبدیل کند، از گذشته و ب ه طور خـاص در معماری بومی کش ورها و فرهنگهای مختلف معمول بوده است. این گونه سازههای خمشو از نظر تاریخی عمدتاً یا در مناطقی یافته شدهاند که چوبهای در دسترس بطور خاص چوبهای نرم6 بوده و یا در فرهنگهایی که فن آوری برش قطعات بزرگ الوار در آنها توس عه نیافته بوده اس ت. به این ترتیب استفاده از ای ن گونه س ـازههای س بک ب رای آنها راه حلی عمل ی و اقتصادی بوده اسـت)Oliver, 2007, 652(. این عناصر س ازهای انعطافپذیر که عمدتاً از چوبهای نرم، نی و یا بامبو تش کیل میش ده در عین قابلیت خمپذیری مناس ب از ایس تایی کافی و همچنین مقاومت بالا در برابر شکستن برخوردار بودهاند )تصویر۱(.
پ س از انق لاب صنعت ی و به ط ور خاص در قرن بیس تم، فولاد و بت ن مس لح، س ازۀ سـاختمان ها را متح ول نم وده و ب ه مصالح اصل ی در معم اری تبدیـل گردیدن د. معم اران تحصی ل ک رده به تدری ج جایگزی ن معم اران تجرب ی ش ده و ب ا ورود مهندس ین س ازهای ک ه ا کث راً محاس به و تعیین جزیی ات فنی اسـکلت بناها ب ه کمـک تئوریهـای س اده ش دۀ اس تاتیکی را ب ه عه ده گرفته بودنـد، مجموع ه ای ازگونه ه ای هندس ی و س ازه ای، اس اس بیشـتر ش یوههای معماری قرن نوزدهم و بیستم میلادی گردید .

گونه های ی ک ه بـرای کنترل پیچیدگیه ای فنی موثر ب وده، اما درعین حال خصوصیات هندسی و سازه ای را نیز محدود میکردند .بدین ترتیب تا مدتها قوانینی بر سازۀ ساختمانها حا کم گردید که تغییر فرم یا به عبارتی خیز7 عناصر سازهای را به عنوان نکته ای منفی معرفی می کرد و در نتیجه بکارگیری سازههای خمشو تقریباً از صحنۀ معماری حذف گردید. در این میان فقط افراد محدودی مانن د ولادیمی ر شـوکوف8 و آنتونی و گائ ودی۹ مس یری متفاوت را تجربه نموده و راه کارهای تعیین فرم سازه بر اساس مواد و نیروها را توس عه دادن د. کار ای ن اف راد در مح دودۀ دهۀ پنج اه میلادی ب ه علاقه و جهتگیری جدیدی توس ط افرادی مانند با کمینس تر فول ر۱0، فلیکس کان دلا۱۱، هاینس ایزرل۱۲ و فرای ات و منتهی گردید ک ه متمرک ز قوانی ن س ازه های س بک بودن د. گروهه ای معم ار و مهندس ین سـازۀ تحت مدیریـت این افراد، ب ا پژوهشهای میان رش تهای خ ود در توس عۀ مبان ی مرب وط به یافتن ش کل س ازه بر اس اس نی رو و نوع مصالح کوش یدند ک ه حاصل ای ن پژوهش ها ،دس تیابی ب ه روشهای ی ب رای ف رم یاب ی۱۳ س ازه گردید. ب ه این ترتیب بهرهگیری از مصالح س نتی خمشـو مانند چوب نرم و بامبو معنای جدیدی در معماری پیدا نمود)5891 ,Gaβ(.
ب ا ص رف زم ان و تلاش ی عظی م ب رای ف رم یاب ی، طراح ی و تعیی ن جنبه ه ای مهندس ی پروژه های ی رویای ی مانن د س الن چندمنظ ورۀ مانهای م۱۴در ۱۹7۴ و چن د پ روژۀ اولی ۀ دیگ ر ،بهره گیری از س ازه های خم ش و وارد مرحلۀ نوینی از زندگی خود گردی د )تصوی ر۲(. هرچن د ت ا همی ن اواخ ر، فق دان روش های مهندس ی برای فرم یابی و تحلیل س ازه ای این گونه س اختارها مانـع توجـه و گسـترش آنهـا بـوده اسـت)Lienhard, 2013-a, 188; Gengnagel, 2013, 365( .

تصویر1- سازۀ خم شو از جنس بامبوهای دسته شده مربوط به فضای عمومی روستایی در گینۀ نو.
)Rudofsky, 1987,127( :مأخذ

تصوی ر2- س قف ش بکهای از جن س چوب ه ای خم ش دۀ س الن چن د منظ ورۀ مانهایم ،ساخته شده در 1974.
)Otto,1995,142( :مأخذ
به موازات توس عۀ س ازه های سـبک در محدودۀ ده ۀ پنجاه می لادی، پلیمره ا ی ا پلاس تیک های تقوی ت ش ده با الی اف۱5 به ص ورت گس ترده ای شـناخته ش ده و قابلیت ه ای منحص ر ب ه ف رد آنه ا در برخ ورداری از مقاومت ب الا در عی ن انعطاف پذیری م ورد توج ه بس یاری قرارگرف ت. صنای ع تولیدکنن دۀ وس ایل ورزش ی، یک ی از گروه های ی بودن د کـه ب ه س رعت متوج ه قابلیت ه ای مطلـوب ایـن گونه پلاسـتیک های مس لح گردیدند و از انعطاف پذی ری آنه ا در تولید محصولات ی از قبیل را کت های تنی س، دس تۀ گل ف، نی زۀ پ رش و میل ۀ چادرهای س فری بهره بردن د. ام ا در معماری، اسـتفاده از ای ن گونه مصالح، بیش تر در جه ت خل ق فرم ه ای آزاد۱6، کمک ب ه تولید محص ولات مدولار صنعت ی، س اخت محص ولات مق اوم در براب ر خوردگ ی و انتق ال جریان برق به کار گرفته ش ده و تا س ال های اخیر کمتر به ویژگی خم ش دن فعال آن توجه گردیده است .
بهرهگیری از سازه های خم شو در سدۀ معاصر میلادی بهخاطر دلای ل اقتص ادی، پیش رفت های صنعت ی و فن ی، قابلیت هـای فرمی و همچنین توس عۀ روشهای تحلیل رفتار غیر خطی س ازه ،توج ه مرا ک ز پژوهش ی معم اری و س ازه را ب ه خود جل ب نموده و س اخت مدل ه ای آزمایش ی و پاویون های تحقیقاتی توس ط این مرا کز نشان دهندۀ این امر می باشد )تصاویر ۳و ۴(.

تصویر3- مراحل شکل دهی به سقف شبکه ای چوبی خمشوی تولدو در حیاط دانشکدۀ معماری شهر ناپل در سال 2011.
)Pone, 2012( :مأخذ

تصویر4- پاویون پژوهش ی ICD/ITKE متش کل از تختههای چند لایۀ خم شده واقع در فضای باز مجاور دانشکدۀ معماری دانشگاه اشتوتگارت مربوط به سال 2010.
مأخذ: )1URL(
در کن ار مطالعات ی ک ه بیش تر ب ه جنبهه ای مختل ف اجرایی و فن ی اس تفاده از عناص ر خمش و متمرک ز گردی ده، در س الهای اخی ر ای دۀ بهره گی ری از این عناصـر در س اختارهای تغییرپذیر نیز ب ه ش کل های متف اوت و در حوزهه ای مختل ف توج ه بعض ی از پژوه ش گ ران را ب ه خود جل ب نموده اس ت. معماری نی ز یکی از ای ن حوزه ه ا را ش امل میش ود. در بخ ش بع دی این مقال ه، به زمینهها و عوامل شکل گیری و همچنین معرفی نمونه های مهمی از س اختارهای تغییرپذی ر خمشـو ک ه ب ا اله ام ازطبیعت س اخته شده اند، می پردازیم.
ریشه های شکل گیری ساختارهای تغییرپذیر خم شو
همان طور که در مقدمه هم به آن اش اره شـد، عناصری مانند لولا، غلتک و ریل در سـاخت ا کثر س اختار های تغییر پذیر معمول نقش ی کلی دی را ب ازی میکنن د. ب ه کمک ای ن عناصر اسـت که تغییر شکل سازه امکانپذیر میشود و با فرسودگی، آسیب دیدگی و خرابی آنها، تغییرپذیری دچار مشکل یا توقف می گردد. به بیان دیگ ر می تـوان گفت س ایر اجزاء س اختاری که عناصری س خت یا نرم هستند، نقشی در تغییر شکل سازۀ تغییرپذیر بازی نمیکنند .حال ا گر بهجای عناصر س خت یا نرم از عناصری خم ش و استفاده ش ود، س اختار تغییرپذیر قابلیتهای جدیـدی را پیدا میکند که در ادامه معرفی گردیدهاند:
نی از ب ه عناص ر لولای ی یا غلتک ی تا حد ام کان کم ش ده و یااین عناصر حذف می گردند، زیرا بخش یا کل تغییرپذیری ساختارب ه عه دۀ عناص ر خم ش و خواه د بود. ب ه ای ن ترتی ب کل اجزای ساختاری در فرایند تغییر شکل دخیل بوده و به صورت سیستمی یکپارچه عمل میکنند۱7.
مش کلات س اختارهای تغییرپذی ر فعل ی ک ه در اث ر آس یب دیدگی یا فرسودگی تجهیزات لولایی یا غلتکی پدید می آید، تا حد زیادی کاهش می یابد.
ان رژی ک ه هن گام بس ته ش دن س اختار درسیس تم ذخی ره میشود، به گسترده شدن و بازگشت به فرم اولیه آن کمک می کند.
با کاهش یا حذف عناصر لولایی یا غلتکی، پیچیدگی سیس تم کاه ش یافته و بدین ترتیب برای تغییر فرم به مکانیزم س اده تری نیاز خواهد بود.
تغییرپذی ری ب ا قابلیت ه ای هندس ی جدی د و متن وع ت ری امکان پذی ر می گ ردد و ب ه ای ن ترتی ب هماهنگ ی با فرم ه ای آزاد بناهای جدید آسان تر خواهد بود )Schleicher, 2011(.
توس عۀ ساختارهای تغییرپذیر خمش و را میتوان تحت تأثیر چن د عامل دانس ت. هر یک از این عوام ل از جهتی خاص بر روی آن موثر بوده که در ادامه بیان گردیده است.
3. 1. توسعۀ صنعتی پلیمرهای تقویت شده با الیافپلیمره ای تقوی ت ش ده با الی اف و بهطور عم ده فایبرگلاس۱8 و فایب ر کرب ن۱۹، در ش کلگیری و تکام ل س اختارهای تغییرپذی ر خم ش و نقش مهمی داشـته اس ت. البته باید توجه کرد که بعضی از ای ن ن وع پلیمر ه ا به خاط ر هزینۀ م واد اولی ه یا فرآین د صنعتی خ اص تولیدشـان، از قیم ت بالای ی برخ وردار می باش ند. ش اید بت وان گف ت ای ن ام ر یک ی از عوام ل مهمی ب وده که ای ن مصالح در ابت دا در حوزه های ی مانند مهندس ی هوافضا ک ه هزینۀ طرح و مصال ح در آن نق ش ثانویه را بازی می کند، مورد توجه قرار گرفته و پس از آن به حوزه های دیگر از جمله معماری گس ترش یافته اند .یک ی از قدیمیتری ن نمونههـای بهرهگی ری از فایب ر کربن ه ا در س اختارهای تغییرپذی ر خمش و در صنع ت هوافض ا ب ه مطالع ۀ دیرک ه ا و لولهه ای خم ش و در ده ۀ 60 میلادی مربوط میش ود )Gertsma,1965; Crawford,1971(. ای ن مطالعات در س دۀ اخیر به توسعۀ پوستههای خم شو برای ساخت آنتنهای بازتابکنندۀ فوق نازک قابل گسترش20 منتهی شده است )Tan,2004(.
3. 2. توسعۀ علم بایونیک21 و الگوبرداری از موجودات طبیعتاله ام از اص ول نهفت ه در پدی ده ه ا، سیس تمها و موج ودات طبیع ت ب رای بهکارگی ری در ف ن آوریه ای م ورد نی از در زندگ ی انس ان، از گذش تههای دور وج ود داش ته ام ا در دههه ای اخی ر ش کل منس جم و روش مندی به خود گرفته است و در زیر عنوان بایونی ک در مجام ع علم ی و مرا ک ز پژوهش ی و دانش گاهی بدان پرداخت ه میگ ردد. در ارتب اط ب ا س اختارهای تغییرپذی ر خم ش و نی ز الگوب رداری از طبیع ت باعث ش کل گیری و یا تکام ل بعضی از ایدههای جدید گردیده که در اینجا به بعضی از آنها اشاره می شود.س ازه های قاب ل گس ترش در صنعت ه وا فضا ب ه صورت هایمختل ف کارب رد دارد. س لول های خورش یدی انعطاف پذی ر و قابل گس ترش )بادبان ه ای خورش یدی22( و یا بازت اب کننده های خورش یدی، نمونههای ی از ای ن س ازهها میباش ند. در س اخت اینگون ه تجهی زات، داش تن حداق ل وزن، گسـترده ش دن در بزرگتری ن ابع اد، جمعش دن در کوچکتری ن فض ا و اس تفاده از حداقل انرژی برای گسترش، از خصوصیات عمده ای است که باید م ورد توجـه قرار گیرد. در این رابطه و با مش اهدۀ سیس تم ذخیرۀ انرژی در فرایند لوله ش دن دم آفتابپرس ت توس ط ماهیچه های آن، متخصصیـن مرک ز هوافض ای آلم ان2۳ ب ه توس عۀ لولههای ی از جنـس فایب ر کرب ن ک ه قابلیت خم و لوله ش دن داش ته دس ت یافتهاند که این عناصر پس از رها شدن میتوانند به کمک انرژی ذخیـره ش دۀ خود بـاز و عنصری بس یار مق اوم و طوی ل را بعنوان سـازۀ بادبانهای خورشیدی تشـکیل دهند )Sickinger, 2005(.
مث ال دیگ ری ک ه از طبیع ت میت وان مط رح نم ود، قابلی ت خاصی اس ت که دم بعضی از ماهی ها از خود نش ان میدهند. در سال ۱۹۹7 شخصی به نام لایف کنیز2۴ به کشف خاصی درباره دم ماهی فلوندر25 دس ت یافت. او مشـاهده کرد که با فش ار عمودی ب ر س طح دم ای ن ماه ی، انته ای آن در جه ت مخال ف نی رو خم میش ود. با مطالعۀ ای ن پدیده به کمک مدلهایی از س اختار دم ماهی در مرکز تحقیقات اولوگیس26 در برلین، قانون نهفته در پشت ای ن ویژگی کش ف و پس از توس عۀ آن ب ه ن ام ® Fin Ray Effect به ثبت رس ید. این ویژگی در واقع نش ان دهندۀ مکانیزمی اس ت که بدون نیاز به خم کردن کل یک ساختار خم شو فقط با وارد کردن نیرو به بخشی از آن میتوان باعث تغییر شکل سایر قسمت ها شد )تصویر 5(.
با استفاده از مکانیزم بدست آمده از دم ماهی، ا کنون ایدههای مختلفی برای ساخت پشتی صندلی های هماهنگ شونده با فرم ب دن، گیرههای حمل قطع ات حس اس در کارخانه ها، پانل های تغییرپذی ر در معم اری داخل ی، گلایدره ای زیردری ا )URL2( و بس یاری از سـاختارهای تغییرپذیر خمش وی دیگر در حال توسعه و تکامل می باشند.
بهعنـوان مثالی دیگر از س ازههای خمشـوی ملهم از طبیعت ،


میت وان ب ه مکانیـزم تا شـدن بدون ل ولا که ب ه ن ام فلکتوفین27در س ال 20۱۱ ثب ت شـده اس ت، اش اره نم ود. ای ن مکانی زم ازقان ون تغیی ر فرم غی ر اختیـاری28 گل مر غ بهش تی2۹ اله ام گرفتهش ده. س اختار این گل به صورتی میباش د که برای گرده افشانیبای د دریچ ۀ مخـزن میل های ب ر روی گل ب از ش ود. ای ن بخ ش با واردشـدن نیروی ی ب ر روی آن ک ه غالباً در اثر نشس تن ی ک پرنده ایجاد می شود خم شده و با این خم شدن دریچۀ مخزن گرده باز می ش ود. با بررسی و شـناخت ویژگی هندسی موجود در این گل ،ایدۀ فلکتوفین در انس تیتوی س ازۀ دانش گاه اش توتگارت۳0 شکل میگی رد. ب ا اسـتفاده از مکانیزم تاش دن بدون ل ولا و بهرهگیری از ویژگـی خی ز ناش ی از انعطافپذیری جسـم میتوان تن وع اجزای س ازندۀ ی ک س اختار خمشـو را کاه ش داد. فلکتوفیـن می تواند در حوزهه ای معمـاری، هوافض ا، پزش کی، مهندس ی مکانیک و موارد دیگر کاربرد داش ته باش د. اس تفادهای که توس ط مبتکرین ای ن ای ده در معماری پیش نهاد گردیـده س ایهبان های تغییرپذیر پوشش ی برای نمای ساختمانها )خصوصاً ساختمان های با فرم آزاد( می باشد )تصویر6( )Lienhard, 2012(.
3. 3. توسعۀ روشهای شبیه سازی کامپیوتریتوس عههای اخیر اب زار مختل ف شبیه سـازی کامپیوتری، یکی دیگ ر از عواملی اسـت که توانس ته بعضی از ویژگیهـای مربوط به تغییرپذیری س ازه های خمش و را قابل پیشبینی نماید. این امر ،پایه های ا کتشافات مختلف در ارتباط با خصوصیات تغییرپذیری ش بکه ها و پوستههای خمش و یا ترکیبی از پوشش های غشایی و اعضای خم ش و را فراهم نموده اسـت. هرچند این گونه سازه ها از اجزایی تشکیل شده اند که تحت تأثیر تنش باقی ماندۀ داخلی در آنه ا، رفتار و قابلیت تحمل نیرو یش ان تغییر یافته و از این جهت با س ازه های معمول قابل مقایس ه نیسـتند. از طرف دیگر، خیزی که در اثر وارد ش دن نیرو بر آنها وارد میش ود، بسیار زیاد می باشد .ب ه همین دلایل هنوز در فرایند فرم یابی آنها به مدل های فیزیکی رج وع میشـود. بهعنـوان مثال ی از بهرهگیـری شبیه س ازی های کامپیوت ری میت وان ب ه مطالع ۀ تاثی ر تغییـر مقی اس در ماهی ت س ازههای خمش ده بهکم ک ن رم اف زار سافیس تیک۳۱ ب ه روش اجزای محدود۳2 را اشاره نمود )Lienhard, 2013-b(.

تصوی ر6- نم ای تغییرپذی ر تماتی ک پاوی ون) Thematic Pavilion( در ا کس پو 2012 در ش هر یئوس و در کرۀ جنوبی که توسط شرکت س ازه ای کنیپرز-هلبیگ) Knippers Helbig Advanced Engineering( توس عه یافت ه اس ت. ای ن نم ا بط ور غیرمس تقیم مله م از مکانیزم فلکتوفین است اما در جزییات با آن تفاوت هایی دارد.
)Lienhard, 2012( :مأخذ
تصوی ر5- س اختار هندس ی اله ام گرفت ه از اث ر بال ه ماه ی) ® Fin Ray Effect ( و یکی از موارد استفاده از آن.
)Fischer, 2002( :مأخذ
روش های انتقال قوانین طبیعت
به ساختار های تغییرپذیر خم شو در معماری
اله ام از الگوهای طبیعت به عنوان یکی از عوامل مهمی که در س الهای اخیر در توسعۀ ساختار های تغییرپذیر خم شو تأثیرگذار ب وده باع ث گردید تا در بخش ی جدا در این مقاله ب ه آن پرداخته ش ده و ب ه ط ور دقیقتری فراین د انتقال قوانی ن طبیعت به طرح این گونه ساختارها معرفی شود.
طبیع ت منبع ی بیانته ا از الگوه ای تغییرپذی ری اس ت .تغییرات ی ک ه ب رای رش د، تکام ل، حرک ت، س ازگاری ب ا تغیی رات محیطـی، حف ظ امنی ت، دگردیس ی، تغیی ر ش کل ظاه ری و … در ب دن گیاه ان و جان وران ایج اد می ش ود. منشـأ ش کل گیری ای ن تغیی رات، درون ی ب وده و خ ود ای ن موج ودات در ایج اد آن موثر هسـتند. اما بس یاری از تغیی رات نیز در اثر وارد ش دن عاملی خارجی بوجود میآیند، مانند تغییر فرمهایی که در اثر وارد شدن نی رو ی ا ضربه، تغیی ر رطوبت، گرما و ی ا عواملی از ای ن قبیل ایجاد میشوند. هر دو نوع این حرکت ها میتوانند به عنوان منبع الهام ب رای م ا عمل کنن د. در میان تغییرات مختلفی ک ه در بالا به آنها اش اره ش د، تغییر فرم بدن موجودات جایگاه ویژهای دارند. تغییر فرمهای ی ک ه در ب دن جان وران ب ا منش أ داخل ی ایج اد میگردد ،در مه ره داران ب ه ط ور عم ده باحرک ت اس تخوانها ک ه ا کث راً به ص ورت لولایی ب ه هم متصل هس تند، ص ورت میگیرد. اس کلت ب دن بی مه ره گان ب ر خ لاف مه ره داران، به صورته ای دیگری تغییر فرمها را ایجاد میکنند که در این میان، خم ش دن اس کلت ب دن یک ی از الگوه ای معم ول میباش د. در گیاه ان، ا کث ر تغییر فرم هایی که با منشأ داخلی صورت می گیرد، از نوع خمشو است .در بین تغییر فرم بدن جانوران یا گیاهان در اثر عوامل خارجی نیز نمونه های زیاد و متنوعی از الگوهای خم شو وجود دارد.
ای ن الگوه ا قوانیـن مختلف ی را ب رای الهامگیـری م ا ارای ه مینماین د ام ا فرایند اس تخراج ای ن قوانین و بهره گی ری از آنها در جهتی که ما دنبال آن هس تیم، نیازمند رویکردی علمی می باشد ک ه ط ی مراح ل مختلفی ایـن الگوه ا به آنچ ه مطلوب ما اس ت ،تبدی ل ش وند. یک ی از پژوهش گران مه م بی ن الملل ی در ح وزۀ بایونیک که در این رابطه فرایندهای مشخصی برای الهامگیری از طبیعت را معرفی نموده است، پروفسور توماس اشپک از دانشگاه فرایبـورگ۳۳ می باشـد )Speck, 2008(. س اختار کل ی ک ه در ادامۀ بح ث برای الهام گی ری از طبیعت ارائه می گردد، بر اس اس اصولی اس ت که توس ط اش پک مش خص ش ده اس ت. البته این اصول قالب ی بس یار کلی داشـته ت ا ب رای بهره گی ری رش تههای مختلف در ح وزۀ بایونی ک و در ه ر رش ته و تخصصی با توجه ب ه ماهیت ،خصوصی ات و اولویت ه ای آن رشـته خود را هماهن گ نماید. در ادامه ابتدا به معرفی این اصول پرداخته و پس از آن مس یری که در الهام گیری از طبیعت برای ساختارهای تغییرپذیر خمشو مورد نظرمان بوده است، معرفی میشوند.
در تمام ی مراح ل، ی ک رویک رد بایونیکی که در ی ک طرف آن الگوی ی از طبیع ت و در طـرف دیگ ر آن محصول ی قاب ل عرض ه در ح وزه ای خاص ق رار دارد، همکاری نزدیک بین بایولوژیس تها بامهندس ین، پژوهشگران و دانش مندان حوزههای دیگر از اهمیتوی ژه ای برخوردار اس ت. در این گونه پژوهش های بین رش ته ای ،ب رای داش تن راه کاری روش من د در انج ام پروژه ه ای پژوه ش و توس عه۳۴ میتوان دو رویکرد متفاوت را مشخص نمود که عبارتند از: ”فرایند پایین به بالا۳5“ و ”فرایند بالا به پایین۳6“.
4. 1. فرایند پایین به بالا
نقطۀ ش روع این فرایند، نتایج جدید و الهام بخش پژوهش ها و مطالعات پایۀ بایولوژیس ت ها میباش د. سایر مراحل این فرایند عبارتند از:
تحلی ل بایومکانیک و ریخت شناس ی کاربردی یک سیس تم بایولوژیکی
درک دقیق ت ر و گس ترده تر از اصول و قوانین پنهان در پش ت ش کلها، کاربریه ا و س اختارهای بایولوژیکی به کم ک تجزیه و تحلیل های کمّی
انتزاعی نمودن که در آن اصول و قوانین کش ف ش ده از مدل بایولوژیکـی ج دا میگردند. این بخ ش از مهم ترین و دش وارترین مراحل میباش د زیرا باید بینش و ش ناخت عمیق اصول و قوانین طبیعت برای بهرهگیری هرچه بهتر درکاربردهای فنی توسط افراد غیر بایولوژیست قابل درک شوند .
گام نهای ی، ب ه مس ایل فن ی اج را ک ه در ابت دا در مقی اس آزمایشگاهی و سپس در مقیاس مهندسی و واقعی انجام می گیرد ، میپ ردازد. در ادام ه تکنی ک و روشه ای تولی د صنعت ی م ورد استفاده قرار میگیرند تا محصولات الهام گرفته شده از طبیعت با توجه به اولویتها و هزینه ها، بهینه، و وارد مراحل تولید گردند.
4. 2. فرایند بالا به پایین
این فرایند به طور معمول با یک س ؤال مهندس ی برای توسعه ی ا بهب ود محصول ی صنعتی آغاز میگ ردد که در ابتدا باید مش کل فن ی و ش رایط پیرامون ی آن به دق ت تعریف گ ردد. مراحل بعدی این فرایند در ادامه آمده است:
جس تجوی الگوهایی از طبیعت که احتمال پاس خ به س ؤال مطرح شده از طریق آنها وجود دارد. این مرحله با کمک و همکاری بایولوژیس تها انج ام میش ود. ب ه ط ور معم ول در ای ن فرایند ،غرب ال گری تع داد متفاوتی الگ وی بایولوژیکی که بهترین ش رایط را ب رای تولی د ایده ه ای پاس خگو ب ه الزام ات فنی س ؤال مطرح شده را دارند، از طریق بایولوژیست ها و مهندسین ارایه می گردند.
انتخ اب یک ی ا دو نمون ه از امیدوارکننده تری ن راه حل های بایولوژیکی و تجزیه و تحلیل بیش تر و بررس ی های تجربی کامل تر برای اطمینان از مناسب بودن نمونههای انتخابی.
انتزاعی نمودن؛ که در این مرحله راه حلهای یافته ش ده از الگوهای بایولوژیکی جدا میشوند.
مرحل ۀ نهای ی پ س از انتق ال موفقیت آمی ز دان ش برگرفته از طبیع ت به حوزۀ مهندس ی، بررس ی پتانس یلهای پیاده س ازی فن ی، ارایۀ پروتوتایپهای اولیه و آزمایش آنها توس ط مهندس ین می باش د. در ص ورت موفقی ت آمی ز ب ودن آزمایشه ا، محص ولبدست آمده وارد مراحل تولید صنعتی می گردد.
البت ه فراین د ب الا ب ه پایین ممک ن اس ت در مراحل ذکر ش دۀ ف وق بهطور کامل خاتمه نیافته و چرخۀ پژوهشهای بایولوژیکی بع د از مراحل غرب ال گری اولیه، مجدداً ب رای چندین مرتبه تکرار شود. این امر گاهی اوقات برای تضمین یافتن یک الگوی مناسب بایولوژیک ی ک ه دارای اطلاع ات موج ود بیش تری بوده یا م ا را به راهحل های بهتری هدایت کند، ضروری می باشد )Speck, 2008(.
۴. ۳. بهره گی ری از فراین د بالا به پایی ن در انتقال مکانیزمهای تغییرپذیری از طبیعت به ساختارهای تغییرپذیر خمشو
آنچ ه در ب الا به صورت دو فراین د انتقال ایده ه ا از طبیعت به حوزۀ مهندسی بیان شد، از مطالعه و بررسی تجربیات مختلف در حوزۀ بایونیک بهدست آمده است. فرایندهای فوق، نشاندهندۀ این نکته اس ت ک ه اولاً در یک پروژۀ بایونیکی پژوهش و توس عه ،مراحل مختلفی برای انتقال ایده ها از طبیعت به حوزۀ مهندس ی وج ود داش ته و ثانیاً لازم ۀ یک پروژۀ موفق در ای ن زمینه، ارتباط تنگاتن گ بایولوژیس تها ب ا متخصصی ن حوزهه ای دیگر اس ت .نکت ۀ دیگ ری که در اینجا می توان ذکر کرد، جزییات و راه کارهایی اس ت ک ه در هر ی ک از این مراحل به طور اختصاص ی و با توجه به خصوصیات رشته و حوزۀ مورد نظر باید تعیین گردد.
برای توسعۀ س اختارهای تغییرپذیر خم شو، سؤالات مختلفی مطرح می باشند که چند نمونه از مهم ترین آنها عبارتند از:
ویژگی ه ای مناس ب مصال ح س ازندۀ این گونه از س اختارها برای بدست آوردن بالاترین بهره وری چیست؟
چ ه مکانیزمهای ی ب رای تغیی ر ف رم ای ن گونه س اختارهای تغییرپذیر می توان درنظر گرفت؟
چه تغییر فرمهایی توسط اینگونه ساختارها امکانپذیر است؟
مناس بترین کاربرده ای معم اری ای ن گون ه س اختارها در کجاست؟
از بین س ؤالات فوق برای پاسخ به سؤالات اول و دوم می توان مس تقیماً ب ه مثالهای طبیعت رجوع کرد. پاس خ س ؤال س وم و چهارم تا حدی وابس ته به نتایج س ؤال دوم بوده و ش اید مراجعۀ مستقیم به طبیعت نتواند راه کار مناسبی برای این دو سؤال باشد.
از میان سؤالهای اول و دوم، سؤال اول ارتباط کمتری با رشتۀ معماری داش ته و فقط س ؤال دوم به طور عمده به حوزۀ معماری مربوط می شود. البته لازم به یادآوری است که برای انجام یک پروژۀ کامل پژوهش و توسعۀ بایونیکی در رابطه با ساختارهای تغییرپذیر خمش و، علاوه بر نیاز به ارتباط نزدیک معماران و بایولوژیس تها ،ب ه هم کاری نزدی ک تخصص ه ای دیگ ری از قبی ل ش یمی ،مکانیک و سازه نیز نیاز می باشد. اما به هر حال در اینجا موضوعی با محوریت اصلی معماران در کار پژوهش ی مورد نظر بوده اس ت.
بنابرای ن س ؤال فن ی مط رح ش دۀ م ا از طبیع ت در رابط ه ب ا مکانیزمهای ی اس ت ک ه میتوانن د باع ث تغییر فرم س اختارهای تغییرپذیر خمش و در معماری گردند. مسلماً فرایندی که در اینجا مورد استفاده قرار می گیرد، فرایند بالا به پایین خواهد بود.

در ادامه به تشریح مراحل مختلف این فرایند می پردازیم:
تعریف دقیق مسئله و مسایل پیرامونی آن: بر اساس تعریفی کهاز مکانیزم در دایره المعارف بروکهاوس۳7 آمده است، مجموعه ایاز اج زای مرتب ط ب ا یکدیگر که حرکت یک جزء باعث حرکت س ایراجزاء میگردد، یک مکانیزم نامیده میشود. حال با توجه به این تعری ف میت وان گفـت آنچ ه ما در جس تجوی آن هس تیم، یافتن ترکیبی از اجزاء و عناصر در یک س اختار تغییر پذیرخمشو می باشد ک ه با حرکت یک عضو، س ایر اعض ا به صورت یکپارچه خمش ده یا ب ه حالت اولی ه بازگردند. البته ب ا مطالعۀ س اختارهای تغییرپذیر معم ول می توان دریافت که فقط در بعضی از آنها )به عنوان مثال چترها(، با حرکت یک عضو میتوان باعث تغییر فرم یکپارچۀ سایر اعضا شد و در بعضی از نمونه های دیگر، این تغییر پذیری، وابسته به حرکت چند عضو می باشد .
بنابراین می توان موضوع مورد جس تجو را بدینصورت تدقیق ک رد ک ه چ ه ترکیب ی از اج زاء و عناص ر در ی ک سـاختار تغییر پذی ر خم ش و میتوان د باعث ش ود بـا حرکت حداق ل اعضا، س ایر اعضا بهص ورت یکپارچه خم ش ده یا به حالت اولیه ب از گردد؟ در اینجا منظور از س اختار خمشو، ترکیبی اس ت از عناصر سازه ای و عناصر پوششی که بخش عمدۀ عناصر سازه ای و ترجیحاً عناصر پوششی از جنس خم شو باشند.
جس تجوی الگوهای مناس ب در طبیع ت: مثالهای مختلفی از تغییرپذیری خمش و با منشأ داخلی در میان جانوران یا گیاهان طبیعت وجود دارند که هر یک نشاندهندۀ مکانیزمی خاص برای ایج اد این تغییرات میباشـند. همچنین میت وان به نمونه هایی از تغیی رات خم ش و ب ا منش أخارجی در طبیع ت برخ ورد نمود که مکانیزم مخصوص به خود را دارا هستند. البته جزییات تخصصی این بخش بهطور عمده در محدودۀ کار بایولوژیس ت ها بوده ولی کلیات آن می تواند توس ط س ایر متخصصین نیز شناخته شود. در این قسمت، برای جلوگیری از طولانی شدن بحث فقط به صورتی کل ی به معرف ی چند مث ال از مهم ترین مکانیزم های مورد بررس ی در طبیع ت میپردازیم. این مثالها عبارتند از: مژک ها و تاژک ها ، کرمهای په ن، عروس های دریایی، گیاه میموس ا پودیکا، ونوس مگس خوار، میوۀ کاج و گل میمون.
در جس تجو ب ه دنب ال الگوهای مناس ب در طبیع ت می توان گسترۀ جستجو را در مقیاس های مختلف و به طور کلی در مقیاس میکرو و ما کرو تعیین نمود.
مثال اول: یکی از مثال های مربوط به مقیاس میکرو، مکانیزم خ م ش دن مژکه ا۳8 و تاژکهـا۳۹ می باش د. مژکه ا، عناص ری پرز مانند هس تند که گرد بدن دس ته ای از جانوران تک س لولی را فرا گرفته و تاژک ها عناصری شلاق مانند می باشند که به بدن بعضی از جان وران تکس لولی متص ل هس تند. حرکت مژک ه ا و تاژک ها باعث حرکت موجودات ذره بینی میشـوند. عناصر اصلی س ازندۀ مژکه ا و تاژک ه ا، ریزلوله ه ا۴0 میباش ند ک ه دوجف ت ریزلوله در مرکز و ۹ جفت ریزلوله در آرایشی دایرهای در اطراف قرار گرفته اند .این ترکیب به ۹+۲ موس وم اس ت. مابین ریزلوله ها، دستک هایی

این ترکیب به ۹+2 موس وم اس ت. مابین ریزلوله ها، دستک هاییاز جن س پروتئی ن۴۱ قـرار دارن د ک ه حرک ت آنه ا باعث س رخوردن ریزلولهها بر روی هم و در نتیجه خم ش دن مژک یا تاژک می شود.
مثال دوم: همانطور که در ابتدای این بخش نیز به آن اشاره شد ،در می ان جانوران مختلف، بی مهره گان نمونه های مناس بی را در ارتباط با تغییرپذیری خمشو و در مقیاس ما کرو به ما نشان میدهند.
مکانی زم انحن ا پیدا کردن بدن کرمهای په ن۴2 که از جانوران بیمهره میباشـند، نمونۀ خاص دیگری از طبیعت برای مکانیزم سازههای خمشو است. کرمهای پهن ا کثراً جزو انگلها هستند و بخشی از آنها در دریا زندگی میکنند. بدن کرم های پهن با سطحی ماهیچهای احاطه ش ده که در زیر اپیدرم۴۳ جای گرفته و به بدن آنه ا فرم میدهد. این س طح ماهیچهای از یک بخش پیرامونی و یک بخش طولی داخلی تش کیل ش ده است. در بین این دولایه ،معم ولاً دو لای ه ماهیچ ۀ م ورب متقاط ع نی ز ق رار دارد. ب ا تغیی رطول این ماهیچهها بدن کرمهای پهن می تواند انحنا پیدا کند.
مثال سـوم: عروسهای دریای ی، نمونۀ دیگ ری از بیمهرگان هس تند کـه در دریاه ا و اقیانوس ه ا زندگ ی میکنند و س اختاری چت ری ش کل، بدن آنه ا را می س ازد. این چت ر خود مثال ی از یک س اختار تغییرپذیر خم ش و در طبیعت اس ت. عروسهای دریایی از طریق منقبض و منبس ط ش دن چترش ان به آب در پشت بدن خود فش ار وارد کرده و به جلو رانده می ش وند. عامل این انقباض ی ا به عبارت ی تغیی ر انحنای چت ر، ماهیچه های ب دن عروس های دریایی می باشد اما منبسط شدن چتر به دلیل قابلیت الاستیک آن بوده که چتر را به حالت اولیه خود برمیگرداند.
مث ال چه ارم: در می ان گیاهان نیز ب ا مکانیزم هـای متفاوتی برای تغییر فرم خم ش و روبرو می ش ویم که می توانند مورد بررس ی قرار گیرند. بعضی از مکانیزم هایی که برای پاسخ تنجشی۴۴ )پاسخ ب ه ی ک مح رک بیرون ی مانند تم اس، دم ا، رطوبت یا ن ور( وجود دارن د، از این دس ته هس تند. مث لاً گیاه میموسـا پودی کا۴5 که در برابـر حرک ت، تم اس، تاریکی و گرم ا از خود وا کنش نش ان داده و برگهای مرکب خود را جمع میکند، دارای مکانیزمی خاص برای خم کـردن برگ ه ا در محل اتصال به دم برگ می باش د. این محل اتصال که به صورت بالش تکی در س اقۀ گیاه اس ت، از سلول هایی مت ورم ش ده ب ا آب تش کیل ش ده. تغییرات ی ک ه پـس از دریاف ت س یگنال مح رک در یون ه ای قس مت پایی ن بالش تک اتف اق میافت د، باع ث تغییر فش ار اسـمزی و در نتیجه خ روج آب از این س لول ها می گ ردد. ب ا خ روج موقتی آب از این س لول ها، قس مت پایین بالشتک جمع شده و کل ساختار خم میشود.
مث ال پنج م: از نمونههای قابل توجه دیگر پاس خ تنجش ی در گیاهان، فرایند ش کار حش رات توسـط ونوس مگسخوار۴6 است .ای ن مکانی زم در اث ر تعام ل پیچی دهای مابی ن قابلی ت انعطاف ،تورژسانس۴7 و انبساط سطوح می باشد. این گیاه از دو لبۀ متصل به یکدیگر تشـکیل ش ده اس ت ک ه در حالت عادی مح دب بوده )خم به سمت خارج( اما در اثر تماس با موهای ریز سطوح داخلی ای ن گیاه، فرم آنها به س رعت از محدب به مقعـر تغییر یافته و این تغییر خم سطوح باعث بستۀ شدن سریع آن می شود .
مث ال شش م: از مثال ه ای مکانی زم غیرفع ال۴8 ب رای تغیی رانحن ا در گیاه ان میت وان ب ه حرک ت هیگروس کپیک۴۹ در می وۀدرخ ت کاج اش اره ک رد. دی وارۀ خارج ی پولکهای می وۀ کاج دره وای مرط وب با جـذب رطوبت محیـط متورم ش ده و در نتیجهپولک ها به داخل خم ش ده و به عبارتی میوه بس ته میش ود. در هوای خشـک، دیوارۀ خارجی پولک ها خشـک و منقبض ش ده و پولک ها به خارج خم می شوند و میوۀ کاج باز شده و دانههای آن می توانند به بیرون بریزند.
مث ال هفتـم: در بین گیاهان میت وان به نمونههای ی برخورد نم ود ک ه دارای مکانی زم ویژهای برای تغییرات خمش و هس تند .ای ن مکانیـزم را می ت وان از طریـق وارد ش دن نیروی ی خارج ی به بخش خاصی از آنها مش اهده نمود. نمونه ای که قبلاً به آن اشاره ش د، مکانیزم مربوط به گل مر غ بهش تی بود. نمونۀ دیگر در این رابطه گل میمون50 میباش د که به خاطر هندس ۀ خاص این گل وقتی از دوطرف به آن نیرو وارد می شود، این نیرو باعث خم شدن گلبرگ های این گل شده و بخشی که مانند دهان است باز میگردد.
• انتخ اب مناس ب ترین الگوهـا و تجزیه و تحلی ل دقیقتر آنها: از می ان الگوهـای مختلف ی ک ه مهم تری ن آنه ا در بالا ذکر ش د، با توج ه به ماهیت هندس ی تغییرپذی ری، مکانیز خم ش دن و عدم پیچیدگی های ی که تغییرات فرم را وابس ته به تغییرات ش یمیایی و یـا نیازمن د بهرهگی ری از مصال ح خ اص می نمای د، در نهای ت دو الگ و مـورد انتخ اب نهایی ق رار گرفتند. ای ن الگوه ا عبارتند از ع روس دریایی و گل میمون که در اینجا مکانیزم تغییرپذیری آنها بهصورت دقیق تر معرفی می گردند.
ع روس دریایـی: ب دن عروسه ای دریای ی ک ه ب ه ش کل چت ر میباش د، از دولای ۀ مج زا تش کیل ش ده اس ت که پوس ت بیرونی و پوس ت درونی آن را میس ازند. مابین پوس ت بیرون ی و درونی، یک لایۀ نیمه شفاف، غیرزنده، بدون سلول و ژلاتینی به نام مزوگلیا5۱ قرار گرفته است که بهعنوان اسکلت حمایتی هیدرواستاتیک برای عروس دریایی عمل میکن د. عروسهای دریایی دارای گونههای مختلفی هس تند. در این بین فنجانزی ان52و آب س انزیان5۳ دارای عضلات قدرتمن د حلقوی و شـعاعی در بخ ش زیرین چتر خود هس تند. اما جعبهزیان5۴، تنها عضلاتی شعاعی دارند و فقط در بخش چینخوردۀ پایینی چتر خود با الیاف عضلانی حلقوی مجهز هستند.
ا کثر عروسهای دریایی به طور دایم در حال حرکت بوده و این

تصوی ر7- حرک ت ع روس دریایی از طریق جمع ش دن چتر به دلیل انقب اض ماهیچه های حلقوی و باز شدن آن توسط فشار مزوگلیا.
)Ruppert, 2004, 116( :مأخذ
جمع ش ده به س مت عقب ممکن می ش ود. انقباض چتر توس ط ماهیچههای حلقوی ایجاد میش ود اما بازگشت چتر به فرم اولیۀآن بوس یلۀ خاصیت ارتجاع ی مزوگلیا صورت میگی رد )تصویر7(، )Heeger, 2004, 43(.
گل میم ون: در نمون ۀ انتخاب ی دوم یعن ی گل میم ون، ب ا س اختاری انعطافپذیر از طبیعت روبه رو هس تیم که نوع خاصی از تاش دگی س بب مکانیزم ی منحص ر بهف رد در آن شده اس ت .گلبرگ ه ای گل میم ون از دو بخ ش بالایـی و پایین ی تش کیل یافته اس ت. ای ن دو گلبـرگ، فرم ی ش بیه ده ان را ب رای این گل ایجاد کردهاند. ا گر دوطرف این گل فش ارداده شود، دهان گل باز میگ ردد. با نگاهی دقیقتر میتوان مش اهده کرد که فقط گلبرگ پایین ی قاب ل حرکت بوده و گلبرگ بالا ثابت اس ت. ویژگی خاصی که در واقع باعث خم شدن گلبرگ پایین گل میمون در اثر فشار به دو طرف آن می ش ود، تاش دگی منحنی آن میباشد. این تاشدگی باع ث میگ ردد تا نیروی واردش ده از دوط رف در آن چرخش پیدا نم وده و باعث خم ش دگی گلبرگ در امتداد لولۀ جامگل55 ش ود .در واقع تاشدگی منحنی گلبرگ، راستای نیرو را در جهتی عمود بر راستای اولیه تغییر داده و خم شدگی در راستای جدید نیرو ایجاد میگردد. با حذف نیرو از دوطرف گلبرگ، قابلیت الاستیک آن باعث بازگش ت ب ه ف رم اولی ه میش ود )تصوی ر8(، )Matini, 2007, 37(.
خ ط به یک منحن ی متصل کنندۀ نقاط ی ا تغییر ماهیت خطوط ب ا تغیی ر رن گ آنها ب ه مرحلۀ بعدی منتقل میش ود که ای ن امر از بالا به پایین اتفاق افتاده و با فلش ی عمودی جهت تغییر نمایش داده ش ده اس ت. ای ن تعدیل و تبدیله ا در هر قس مت با توجه ب ه قابلیت های ی کـه میتوانن د پاس خهای ب ه دس ت آم ده را ب ه مکانیزمی مناس ب تر برای تغییرپذیری س اختاری خم ش و تبدیل کنن د، انجام میش وند. تعدیل و تبدیل ها ت ا جایی ادامه می یابد که مناس ب ترین تغییر فرم خمش و )توس ط اعضاء آب ی( با حداقل تغیی ر ط ول اجزاء کشش ی یا فش اری )توس ط اعضاء قرمز یا س بز( امکان پذیر گردد )Matini, 2008(.
در ج دول ۱ و در مرحل ۀ ۱، مش اهده میش ود ک ه قال ب کل ی تغیی ر ف رم بدن ع روس دریایی با نق اط، خطوط منحنی ش عاعی و دایره ه ای مداری نش ان داده ش ده اس ت. تغیی رات از چپ به راست نشان میدهد که منحنی های شعاعی تغییر طولی نداشته
تصویر8- تصاویر و برشهای گل میمون در حالت بسته و باز.بنابرای ن به رنگ آبی هس تند ولی محی ط مدارها پس از تغییر فرم ماخذMatini, 2007, 37- 38( کوچ ک میش وند، بنابراین ب ه رنگ قرمز میباش ند. در مرحلۀ۲،
• انتزاع ی نمودن الگوهای طبیع ت: هدف اصلی در این بخش ،تبدی ل پدیـدۀ م ورد مطالع ه در طبیع ت ب ه مکانیزم ی اس ت ملم وس و قاب ل درک ک ه با ابزار انس ان س اخت قابل اجرا باش د .ای ن بخ ش که مهم ترین مرحل ۀ فرایند بالا به پایین می باش د، با توجه به ماهیت هر موضوع، راه کاری خاص پیدا می کند. با توجه به موضوع این پژوهش که یافتن مکانیزم تغییرپذیری س ازه های خم شو در معماری میباشد، راه کارهایی که برای انتزاعی نمودن الگوه ای طبیع ت انتخ اب می ش وند، بای د با دس تور زب ان مورد اس تفاده در ح وزۀ معمـاری هماهن گ باش ند. ب ه ای ن دلی ل در

75
اینج ا بهرهگی ری از ” الگوه ای هندس ی“ و همچنی ن به کارگی ریاز ” مدله ای فیزیک ی“ ب ه عن وان راه کار های مناس ب تش خیصداده ش ده که هریک جزو ابزار بیانـی معمول و دارای قابلیتهایمناس ب در ح وزۀ معم اری هس تند. ب ا توج ه به ماهی ت هریکاز الگوه ای انتخاب ی، یک ی از ای ن راه کارها ب رای انتزاع ی نمودن هریک به کار گرفته شده که در ادامه معرفی می گردند.
بهرهگی ری از الگوهـای هندس ی: ب رای انتزاع ی نم ودن مکانی زم تغییرپذی ری ب دن ع روس دریای ی، در ای ن قس مت از الگوهای هندسـی اسـتفاده گردیده اس ت. این الگوه ا در روندی سلسله مراتبی و با اعمال تغییر، تعدیل و تبدیلهایی در هر مرحله نس بت ب ه مرحلۀ قبلی م ا را به نتیجۀ نهایی نزدی ک می کنند. در ای ن قس مت ب ا توج ه ب ه محدودی ت فض ای مقاله، س عی ش ده خلاص های از ای ن مراح ل ارایه ش وند. این روش تا حدی مش ابه روش گرامر ش کلی56 بوده اما سلس له مراحل تغییرات در آن در دو جهت )چپ به راست و بالا به پایین( اتفاق میافتد. در این روش ابت دا قالب کل ی تغییر فرم بدن عروس دریایی که از ش بکۀ نقاط ،پ اره خطه ا و منحنیه ای متص ل کنن دۀ نق اط تشکیل ش ده ،مدلس ازی میگردن د. این م دل از دو بخش چپ و راس ت )قبل و بع د از تغیی ر فرم( تش کیل ش ده اس ت که با فلش ی افقی قس مت چپ به راست مرتبط میگردد. تغییر طول پاره خط ها و منحنیها بع د از تغیی ر فرم مدل با رنگ کدگذاری می ش ود که در اینجا رنگ آبی به معنی عدم تغییر طول، قرمز به معنی کوتاه تر ش دن و س بز به معنی بلندترش دن اسـت. بنابرای ن اعضاء آبی رن گ می توانند نمای ش دهندۀ عناصر خمش و ب وده، اعضاء قرم ز نمایش دهندۀ عناص



قیمت: تومان

دسته بندی : معماری و شهرسازی

دیدگاهتان را بنویسید