التصميم بالاستناد إلى الطبيعة

2014 أبجدية مهندس

هنري بيتروسكي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الرياضيات والهندسة الهندسة

التصميم بالاستناد إلى الطبيعة (Nature-Based Design). من الشائع اعتبار أن بعض التصاميم الهندسية الذكية استوحيت من الطبيعة. وأحد الأمثلة الشائعة التي تُساق كمثال هو اللاصق الشوكي القماشي (Velcro)، الذي جاءت فكرته من المهندس والمخترع الكهربائي السويسري جورج دو ميسترال(George de Mestral) (1907-1990) عندما كان يزيل بعض بقايا من ثمار وأوراق أشجار من نوع البلوط التصقت ببنطاله وبفروة كلبه بعد نزهة في الغابة. ومثال آخر هو الأسلاك الشائكة. ومع أنه يعتقد بأن أصل الاختراع أتى من فرنسا، ولكن فكرة استخدامها لحجز بعض الحيوانات في حقل تعود إلى المخترع الأميركي مايكل كيلي  (Michael Kelly). وقد ادعى صراحة بأن اختراعه في براءة الاختراع الأميركية عام 1868 (رقم 84062 "تحسين في السياج المعدني") (No. 84, 062, "Improvement in Metallic Fences") يعود إلى بناء سياج شائك (Thorny Fence) الذي يوفر بديلاً ميكانيكياً للسياج الشجري الشوكي، وهي طريقة السياج الطبيعي التي كانت فعّالة جداً في حجز الماشية ولكنها تحتاج إلى سنوات لتنمو. وبالفعل فقد فضّل كيلي تسمية سياج الشريط الشائك باسم "السياج [الزعروري] الشائك" وسميت الشركة التي تصنع ذلك "شركة سياج سلك الزعرور الشوكي" (Wire Hedge Company).

يمكن للكتّاب أن يكونوا في أي من طرفي السياج، لكن عندما يُعزا الأمر إلى الاستيحاء من الطبيعة، كما في تدافع دلتا ويليس (Delta Willis) في كتابهاThe Sand Dollar and the Slide Rule: Drawing Blueprints from Nature (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1995) عن وجهة نظر أن "البحث والهندسة الناجحينp هما مرآتان عاكسان للعالم الطبيعي"، في حين أن البيولوجي ستيفن فوغل (Steven Vogel) فيقول، إنه من المستغرب أن أفكاراً هندسية قليلة يمكن توثيق أنها أتت من نماذج طبيعية. وهو يدافع عن دعواه في كتابه: Cats’Paws and Catapults: Mechanical Worlds of Nature and People (New York: Norton, 1998) وهو يشير إلى أن المصممين يفضلون الزوايا القائمة ولكن الطبيعة تفضل المنحنيات. مع استثناء وحيد هو الدولاب الكثير الانتشار في المصنوعات، ولكنه غير موجود تقريباً في الطبيعة. والمفصّلات الميكانيكية تعمل بحسب مبدأ الانزلاق، في حين أن المفصّلات الطبيعية، مثل آذان الحيوانات، تعمل وفق عملية الانثناء. وهو يقبل أن الطبيعية أوحت بفلكرو والأسلاك الشائكة، ولكنه يجادل المعتقد الشائع بأن الأصول الطبيعية لمنارة إيديستون هي شجرة السنديان، وأن واقية الأنفاق العازلة مأخوذة من بعض ديدان البحر، وأن القصر الكريستالي (Crystal Palace) مأخوذ عن زنبق المياه العملاق.

انقاد المهندسون بسهولة أكبر لرؤية صلات بين التصميم في الطبيعة والهندسة. وبخصوص كتاب جامعي هندسي يبيّن المبادئ المشتركة التي تقف خلف عملية تصميم الأشياء المصنوعة والطبيعية، انظر كتابM. J. French, Invention and Evolution: Design in Nature and Engineering, 2nd ed. (Cambridge: Cambridge University Press, 1994). وفي عام 1996 أفصح المهندس الميكانيكي والترموديناميكي أدريان بيجان (Adrian Bejan) (مواليد عام 1948) عن قانونه البنيوي، والذي صاغه كما يلي: "لكي يدوم زمنياً نظام ذو أبعاد محددة، (لأن يعيش)، عليه أن يتطوّر بطريقة تتيح النفاذ الأسهل لتيارات مفروضة تتدفق عبره". يرى بيجان هذا القانون باعتباره يوضح شكل كل شيء من الشجرة، إلى دلتا الأنهار، وإلى الرئات، وإلى أنماط السير في المناطق الحضرية والتدفّق الحراري في التعليبات التي تضم دارات إلكترونية. انظر كتاب:Adrian Bejan, Shape and Structure, from Engineering to Nature (Cam­bridge: Cambridge University Press, 2000).