07132355603
وبلاگ
ساخت و ساز بیوژنیک چیست؟
آیا آماده‌اید مهندسی را نه به عنوان “کنترل طبیعت”، بلکه به عنوان “همکاری با طبیعت” بازتعریف کنید؟ فرض کنید سازه‌ای ساخته‌اید که از هر نظر فنی بی‌نقص به نظر می‌رسد: مصالح استاندارد، طراحی زیبا و نیروی انسانی ماهر. اما با اولین باران شدید، دیوارها ترک برمی‌دارند، سیستم تهویه از کار می‌افتد و گیاهانی که برای نمای سبز کاشته شده بودند، پژمرده می‌شوند. همه می‌پرسند: چرا با یک تغییر آب‌وهوایی کوچک، همه‌چیز فرو می‌پاشد؟ این دقیقاً نقطه‌ای است که سیستم‌شناسی ساخت و ساز بیوژنیک خود را نشان می‌دهد.
ما اغلب فکر می‌کنیم با اضافه کردن چند متر مربع فضای سبز یا استفاده از مصالح بازیافتی، “ساختمان پایدار” ساخته‌ایم. اما واقعیت این است که بدون درک روابط پویا بین اجزای سیستم – از میکروارگانیسم‌های خاک گرفته تا چرخه آب و انرژی – هر طرحی فقط یک لایه سطحی از پایداری است، نه یک اکوسیستم زنده و خودتنظیم.
سیستم‌شناسی در ساخت و ساز بیوژنیک یعنی:
- تشخیص دهید که یک دیوار زندهِ متشکل از قارچ‌های خودترمیم‌گر (mycelium) چگونه با رطوبت هوا تعامل می‌کند.
- بفهمید که چرا طراحی الهام‌گرفته از لانه موریانه‌ها در دبی موفق می‌شود، اما در نروژ شکست می‌خورد.
- محاسبه کنید که آیا استفاده از باکتری‌های تولیدکننده سنگ (MICP) واقعاً از تولید سیمان کربن‌زدایی می‌کند یا فقط آلایندگی را جابه‌جا می‌نماید.
این مقاله نشان می‌دهد که چگونه مهندسی عمران می‌تواند از تفکر سیستمیِ زیست‌شناسی الهام بگیرد: نه با کپی‌برداری سطحی از طبیعت، بلکه با درک عمیق روابط علّی، حلقه‌های بازخورد و انعطاف‌پذیری ذاتی سیستم‌های زنده. تا زمانی که نپذیریم یک ساختمان بیوژنیک واقعی بیشتر شبیه به یک جنگل زنده است تا یک ماشین ایستا، هر نوآوری‌ای محکوم به شکست خواهد بود.
با افزایش تقاضا برای ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها و چالش‌های فزاینده‌ای که با فناوری‌های ساخت‌وساز کنونی مانند انتشار بالای گازهای آلاینده، آلودگی زیاد و مصرف انرژی بالا همراه است، حرفه مهندسی عمران در نقطه عطفی برای تحول یا ارتقاء قرار دارد تا بتواند برای مقابله با این چالش‌ها به کار گرفته شود. با الهام از مفهوم همزیستی هماهنگ بین انسان و طبیعت، در این مقاله مفهوم جدیدی به نام «ساخت و ساز بیوژنیک» برای مهندسی عمران ارائه می‌شود. تعریف ساخت‌وساز بیوژنیک ارائه شده و چارچوب و چهار مؤلفه آن معرفی می‌گردند.
این مؤلفه‌ها شامل چه مواردی هستند؟
- ساخت‌وساز میکروبی
- ساخت‌وساز گیاهی
- ساخت‌وساز جانوری
- ساخت‌وساز الهام‌گرفته از زیست‌شناسی (بیومیمتیک)
برای هر مؤلفه مثال‌هایی ارائه شده است. همچنین یک سیستم ساخت‌وساز جدید برای خلق محیطی سازگارتر با محیط زیست، سالم‌تر و پایدارتر برای توسعه‌های آینده مهندسی عمران پیشنهاد می‌شود.
فناوری‌های ساخت‌وساز در مهندسی عمران طی هزاران سال توسعه یافته‌اند؛ از تولید آجر با خاک رس در کوره تا ساخت‌وساز هوشمند با استفاده از هوش مصنوعی و دوقلوهای دیجیتال. با توجه به تغییرات آب‌وهوایی و مشکلات زیست‌محیطی ناشی از توسعه انسانی، اخیراً مفهوم سازگاری با محیط زیست و کربن‌کم مورد توجه قرار گرفته است.
حجم انبوه بتن‌سازی به یکی از چالش‌های اصلی زیست‌محیطی در حوزه ساخت‌وساز تبدیل شده است، چه به دلیل انتشار بالای دی‌اکسید کربن در تولید سیمان و چه مشکل دفع پسماندهای جامد. بنابراین، توسعه یک سیستم ساخت‌وساز پایدار برای مهندسی عمران آینده به یک چالش تبدیل شده است.
ساخت و ساز بیوژنیک چیست؟
الهام‌گیری از زیست‌شناسی و ترویج همزیستی هماهنگ بین ساخت‌وساز و اکولوژی می‌تواند محور نسل بعدی مهندسی عمران باشد. سیستم‌های زیستی در طبیعت می‌توانند الهام‌بخش بی‌شماری برای ساخت‌وساز باشند. موجودات زنده را می‌توان به ریزاندامگان (میکروارگانیسم‌ها)، گیاهان و جانوران دسته‌بندی کرد. اخیراً از فرآیند رسوب‌دهی کربنات کلسیم با کمک میکروارگانیسم‌ها (MICP) برای تقویت خاک و بتن استفاده شده است.
چوب، بامبو و الیاف از دیرباز به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در گذشته، انسان‌ها از استخوان، پوست و موی حیوانات به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می‌کردند و جزایر مرجانی نیز از رسوب صخره‌های مرجانی تشکیل شده‌اند. ساخت‌وساز الهام‌گرفته از زیست‌شناسی (بیومیمتیک) بر پایه این سه گروه از موجودات زنده استوار است و با بهینه‌سازی طراحی و کاهش مصرف انرژی همراه است. بر این اساس، چهار حوزه برای ساخت و ساز بیوژنیک قابل تعریف است (لیو، ۲۰۲۳).
ساخت و ساز بیوژنیک یک مدل نوین مهندسی ساخت‌وساز است که در آن از موجودات زنده به عنوان بستر ساخت‌وساز استفاده می‌شود یا مصالح، تجهیزات و فرآیندهای جدیدی بر اساس اصول زیستی توسعه می‌یابند. نمونه‌های اصلی این روش شامل ساخت‌وساز میکروبی، ساخت‌وساز گیاهی، ساخت‌وساز جانوری و ساخت‌وساز الهام‌گرفته از زیست‌شناسی است. این مدل با ویژگی‌های سبز، کم‌کربن و هماهنگی با محیط‌زیست شناخته می‌شود (لیو، ۲۰۲۳).
سیستم ساخت و ساز بیوژنیک
سیستم ساخت و ساز بیوژنیک شامل چهار بخش اصلی است:
1.ساخت‌وساز میکروبی
این روش شامل استفاده از مواد فعال مانند آنزیم اوره‌آز تولیدشده توسط متابولیسم میکروبی و محیط ایجادشده در اثر این متابولیسم است. با کنترل رشد و رفتار متابولیک میکروارگانیسم‌ها، می‌توان مصالح ساختمانی سبز و کم‌کربن تولید کرد و یک فناوری ساخت‌وساز جدید را شکل داد.
۲. ساخت‌وساز گیاهی
این حوزه بر استفاده از سیستم‌های زنده گیاهی به عنوان مصالح یا سازه‌های ساختمانی تمرکز دارد. نمونه‌های بارز شامل استفاده از چوب، بامبو و الیاف گیاهی است که از دیرباز در ساخت‌وساز کاربرد داشته‌اند. فناوری‌های جدید امکان پرورش سازه‌های ساختمانی از بافت زنده گیاهی را فراهم کرده‌اند که می‌تواند به کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن کمک کند.
۳. ساخت‌وساز جانوری
این روش از مواد و فرآیندهای تولید شده توسط جانوران در ساخت‌وساز بهره می‌برد. نمونه‌های تاریخی شامل استفاده از استخوان، پوست و موی حیوانات است. امروزه پژوهش‌ها بر روی موادی مانند ابریشم عنکبوت و ترشحات کرم‌های دریایی برای تولید مصالح ساختمانی پایدار متمرکز شده‌اند. تشکیل جزایر مرجانی توسط موجودات دریایی نیز نمونه‌ای طبیعی از این نوع ساخت‌وساز است.
۴. ساخت‌وساز الهام‌گرفته از زیست‌شناسی (بیومیمتیک)
این حوزه با تقلید از راهکارهای تکامل یافته در طبیعت، سیستم‌های ساخت‌وساز کارآمدتر و پایدارتری را توسعه می‌دهد. نمونه‌ها شامل طراحی سازه‌ها بر اساس ساختار استخوان‌های جانوری یا سیستم‌های تهویه الهام‌گرفته از لانه موریانه‌ها است. این روش بهینه‌سازی مصرف انرژی و مواد را در پی دارد.
سیستم ساخت و ساز بیوژنیک با ترکیب این چهار رویکرد، پارادایمی جدید در مهندسی عمران ایجاد می‌کند که می‌تواند به چالش‌های زیست‌محیطی فعلی پاسخ دهد. این سیستم با ویژگی‌های زیر شناخته می‌شود:
- کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن
- استفاده از مواد تجدیدپذیر و زیستی
- هماهنگی با اکوسیستم‌های طبیعی
- توسعه فناوری‌های ساخت‌وساز پایدار
پیاده‌سازی این سیستم نیازمند همکاری میان‌رشته‌ای بین مهندسی عمران، زیست‌شناسی، علم مواد و علوم محیطی است. با توسعه این رویکرد، می‌توان به آینده‌ای پایدارتر در صنعت ساخت‌وساز امیدوار بود.
سیستم ساخت و ساز بیوژنیک
مفهوم ساخت و ساز بیوژنیک را می‌توان به سیستمی توسعه داد که تحقیقات و فعالیت‌های مهندسی را در حوزه‌های میان‌رشته‌ای مرتبط با مهندسی عمران یکپارچه می‌کند. این حوزه‌ها شامل بیوتکنولوژی، علم مواد، معماری، بیونیک، مهندسی مکانیک و سایر رشته‌ها می‌شود. با افزایش تقاضا برای پایداری، انتظار می‌رود ساخت و ساز بیوژنیک به هسته مرکزی نسل آینده مهندسی عمران تبدیل شود تا تأثیرات منفی ناشی از انتشار دی‌اکسید کربن، مصرف بالای انرژی و تولید بیش از حد پسماندهای جامد را کاهش دهد.
آیا ادغام با فناوری‌های هوشمند امکان پذیر است؟
علاوه بر این، ساخت و ساز بیوژنیک را می‌توان با ساخت‌وساز هوشمند تلفیق کرد تا فناوری‌های ساخت‌وساز هوشمند و اکولوژیک خلق شود. ترکیب ساخت و ساز بیوژنیک با فناوری‌های هوشمند منجر به توسعه فناوری‌های ساخت‌وسازی خواهد شد که کارآمدتر، پایدارتر و سازگارتر با محیط زیست هستند (لیو، ۲۰۲۳).
چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده چه چیزهایی هستند؟
اگرچه مفهوم ساخت و ساز بیوژنیک مطرح شده است، اما نظریه‌ها، فناوری‌ها، مواد، تجهیزات و روش‌های آزمون و ارزیابی مرتبط با آن هنوز نیاز به توسعه دارند.
پیش‌بینی می‌شود که افزایش مطالعات در زمینه ساخت‌وساز میکروبی و ساخت‌وساز الهام‌گرفته از زیست‌شناسی (بیومیمتیک)، با تلاش‌های جمعی محققان و متخصصان از حوزه‌های مختلف، به توسعه سریع ساخت‌وساز بیوژنیک منجر شود.
این تلاش‌ها در نهایت به خلق محیط مصنوع زیباتر، سالم‌تر و پایدارتر برای بشریت کمک خواهد کرد. اگر پیگیر محتواهای تخصصی حوزه عمران و ساختمان هستید شرکت انبوه سازی جهان پیکر را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید.