构建我们的设计挑战:介绍生物设计立方体

如果我们要有效地将自然视为“模型、衡量和指导”珍妮BenyuS在她开创性的书中写道，"仿生学:由自然启发的创新"然后我们可能需要一个搜索框架。这个框架应该是完整的、有用的、有启发性的。换句话说，它应该描绘出一个合理的可能性的宇宙，对开始搜索有直接的帮助，为进一步的研究提供信息，并激发对研究本身的思考。

仿生设计领域的特点是新兴和快速变化的发展，专业学科的分散来源，以及看似无限的范围。这对于寻找简单的调查协议的多面手设计师来说是不可靠的。经常提出的生物灵感和技术应用的结合看起来更像是碰撞。

当然，有些设计师遵循合理的路径来设计他们的生物解决方案，这里也有一个很好的搜索资源www.AskNature.org，您可以根据几个标准和类别跟踪解决方案。

然而，许多设计师似乎不知道如何开始他们的探索，或者他们的探索如何适应更大的计划。不幸的是，他们常常迷失在神奇生物的奇闻轶事中，忘记了自己的终极目标:解决问题。

我的解决方案是生物设计立方体。像所有的立方体一样，这个立方体有三维空间，因此有三个轴。每个轴代表一个主要特征，分为三部分。因为我的目的是为设计师提供一个“搜索框架”来组织他们的生物设计查询，我已经把细胞的数量控制在最小，但立方体是可扩展的。

第一个轴:“这是什么?”形式、过程和系统这三种现象似乎涵盖了这个宇宙中的各种可能性，事实上，这些划分在生物学研究中经常使用。

第二轴:“它的关键参数是什么?”为此，我选择了信息、能源和结构作为可能驱动特定现象的因素。稍后我们将看到还有其他参数可以考虑。我们还将看到重点从一个转向另一个会对我们的建筑世界产生怎样的影响。

第三个轴:“它可以应用在哪里?”最大类的人类的努力,我能想到的是发现、创造和生产,但我假设一个更实用的版本会列出科学的专业领域,设计和业务部门的这个轴(这里用的是业务作为一个普遍的术语,它包括政府的“业务”)。我的朋友兼同事诺伯特·赫勒(Norbert Hoeller)提出了这三个词来统一我的观点:理解、探索和创造。

从理论上讲，您的解决方案应该包含在立方体的27个单元中，每个单元都是以下三个因素之一的组合:现象、关键参数和努力领域。

就像典型的仿生设计一样，你可以使用立方体从问题的一端来解决你的问题——“我需要一个由我在商业领域中可以使用的信息决定的流程”——或者从生物导师的一端来解决问题——“这个自清洁”荷叶最明显的是形式，最显著的参数似乎是结构，我认为我可以在设计应用中最好地使用它。”

自然地，我们世界上的许多事件并不完全或完全适合这些细胞。您可能也很清楚，多维数据集中可能存在多向的信息流。选择一个细胞或轴作为起点将决定你的设计方法中的独特路径，每个细胞的所有壁都有双向的影响流，就像一个天然膜。因此，细胞之间的关系(以及对每个细胞的相对强调)与它们空间中发现的实质性内容同样重要。简而言之，尽管其简化的外观，这个搜索框架可以扩展成一个更系统的工具。

无论是否扩展，多维数据集都有助于可视化关键参数中重点的更改如何成为创新路径。在“自然资本主义”,作者保罗·霍肯、艾默里·洛文斯和亨特·洛文斯列举了许多例子，说明改变重点可以带来改善。其中一篇是这样写的:一位工程师质疑教条，意识到扩大建筑内管道的直径并设计一种更直接的布局将减少对更大功率泵的需求，从而节省能源、空间和资金。对于立方体，他不再强调能量参数(更大的泵)，而强调结构(更大管道的更明智的布局)。正如Janine Benyus所指出的，大自然为这些“跳跃”的创新想法提供了一个宝库。

朱利安·文森特(Julian Vincent)花了几十年时间挖掘其中一些想法。他是美国大学的仿生学教授机械工程系和巴斯大学的主任仿生学和自然技术集团。他也是《世界新闻报》的副主编仿生工程学报．他和他的同事们认真研究了与解决问题有关的六个参数:信息、能量、结构、时间、空间和物质。他们的目的是比较不同尺寸的技术和生物解决问题的方法。

他们的结论应该会引起那些渴望创造创新解决方案的设计师的兴趣。文森特指出:“……在技术领域，对能量的操纵可以占到解决技术问题的70%，而在生物领域，能量所占的比例从来没有超过5%。”文章的结论是，生物解决方案往往强调信息和结构，更分层和系统为基础，因此更适用于广泛的规模。相比之下，技术解决方案往往侧重较窄，可扩展性较差，有时在不同的规模上存在问题。

换句话说，根据文森特的说法，我们的标准解决方案，能源，根本不是大自然的首要选择。事实上，它也不总是我们的。文森特教授认为，我们目前的“热、拍、治”方法可以追溯到工业革命时期，以及我们利用化石燃料(首先是煤，然后是石油)获得廉价而丰富的能源的能力。与自然不同的是，我们现在用巨大的能量将物质中嵌入的信息和结构敲出来，对其进行改造，甚至用更多的能量，将一些有选择性的信息放回去。

我想补充一点，工业革命本身可以被定义为一种新的捕捉、储存和集中工作能量的能力。所谓的信息时代可以被看作是出于同样目的对信息进行类似处理的能力。我们的下一个历史性进步可能是生物革命，在自然系统中基于信息、结构、能源和物质的概念和方法将为我们目前的做法提供令人信服的替代方案。会实现吗?我不知道，但带你的生物导师去生物设计库找些意想不到的点子可能会有帮助。

Tom McKeag在加州艺术学院和加州大学伯克利分校教授生物灵感设计。他是生物梦想机器(BioDreamMachine)的创始人和总裁，这是一个非营利教育机构，为K12学校带来生物灵感设计和科学教育。

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