Arsitektur Bionik

Pendahuluan

Bionik lebih dari sekadar gerakan arsitektur, ini adalah proses belajar dari sumber sempurna yang telah berkembang selama lebih dari tiga setengah miliar tahun – alam. Alam memiliki banyak contoh organisme yang telah berkembang pesat di antara yang lain, yang telah memecahkan masalah yang paling pelik dan sekarang menjadi kisah sukses yang dapat kita pelajari. Umat manusia telah mencoba meniru spesies biologis dalam berbagai bidang ilmiah, tetapi dalam banyak kasus, sulit untuk menyamai efisiensi bentuk kehidupan alami.

Asal Istilah Bionik

Istilah “bionik” pertama kali dicetuskan pada tahun 1958 oleh dokter medis Amerika Jack E. Steele. Ia mengidentifikasi bionik sebagai penerapan metode dan sistem biologis yang ditemukan di alam untuk mempelajari dan merancang sistem rekayasa dan teknologi modern. Istilah itu sendiri mungkin berasal dari kata Yunani “beta” [biologi], arti "unit kehidupan" dan akhiran-aku, arti "menyukai" atau “dengan cara“, karena itu “seperti kehidupan". Namun, beberapa kamus membentuk kata tersebut dari “biografi“logi” + “elektro”nik" "(Ensiklopedia Bionity). Beberapa tahun kemudian, ahli saraf WS McCulloch menggunakan “biomimikri” dalam karya ilmiahnya dan istilah tersebut mulai populer pada tahun 1980-an, khususnya di kalangan ilmuwan material.

Dalam dua puluh tahun terakhir bionik (juga biomimikri atau juga biomimetika) telah mendapatkan prevalensi yang sangat besar, terutama karena pengaruh ilmuwan individu seperti Profesor biomimikri Julian Vincent, penulis biologi Janine Benyus, Profesor Biologi Steven Vogel dan arsitek Michael Pawlyn. Meskipun mereka semua telah merumuskan makna bionik, biomimikri, atau biomimetika mereka sendiri, semua definisi mencerminkan gagasan meniru bentuk, sistem, atau proses alami untuk menghasilkan solusi yang berkelanjutan.

Gambar 1 Struktur bulu burung merak membantu ilmuwan dari Pennsylvania dan Chicago dalam mengembangkan tampilan warna berkualitas tinggi.

Bionik Di Dunia Kontemporer

Sepanjang sejarah, arsitek telah meneliti alam untuk menemukan inspirasi dalam bentuk, untuk menghiasi lingkungan buatan manusia, atau untuk menyelesaikan masalah konstruksi. Hal ini membantu mereka menghasilkan karya arsitektur yang luar biasa. Misalnya, Frank Lloyd Wright terinspirasi oleh bunga lili air untuk interior gedung Wax (Gambar 2) atau Herzog & de Meuron menggunakan motif tanaman untuk fasad Ricola Milhouse (Gambar 3-4). Tujuan mempelajari alam adalah untuk menemukan dan menerapkan solusi yang indah dan efektif dalam arsitektur. Sekarang kita memasuki Zaman Ekologi dan solusi untuk masalah kompleks yang kita bawa bersama kita dapat ditemukan di alam (Pawlyn M., 2011). Umat manusia telah mencapai banyak hal yang benar-benar luar biasa, seperti penemuan medis, digitalisasi, atau penerapan metode manufaktur alami (Unruh G., 2008). Misalnya, konfigurasi rahasia warna-warna yang memukau pada ekor burung merak (Gambar 1) telah melakukan revolusi dalam produksi tampilan warna berkualitas tinggi. Para ilmuwan dari Pennsylvania dan Chicago telah menemukan bahwa permukaan ekor ditutupi dengan alur-alur kecil, yang memungkinkan ekor memantulkan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Penemuan ini membuat layar jauh lebih hemat energi (BBCworldservice, 2019).

Gambar 2 Frank Lloyd Wright terinspirasi oleh bunga lili air saat menciptakan interior gedung Wax.

Gambar 3 Herzog & de Meuron menggunakan motif tanaman untuk fasad Ricola Milhouse.

Gambar 4 Gambar tanaman digunakan untuk menghiasi fasad Ricola Milhouse.

Contoh lain adalah baju renang bionik yang dirancang berdasarkan kulit hiu. Kulit hiu dan lainnya hewan bertulang belakang (ikan pari) ditutupi sisik pipih kecil berbentuk V (Gambar 5), disebut dentikel dermal, yang menciptakan permukaan yang ramping. Struktur ini mengurangi hambatan dan turbulensi dan meningkatkan kemampuan berenang ikan. Kostum inovatif yang dibuat oleh Michael Pheps menyebabkan serangkaian rekor dunia dan dilarang oleh FINA, badan renang dunia, pada tahun 2009.

Gambar 5 Sisik ikan hiu menginspirasi desainer produk untuk menciptakan pakaian renang inovatif bagi perenang.

Untuk hampir setiap masalah yang kita hadapi - dari produksi energi hingga desain produk - solusinya ditemukan di antara berbagai model yang tak terhitung jumlahnya di alam. Kita percaya, masih banyak perubahan yang perlu kita lakukan.

Asal Usul Bionik, Subdivisi dan Studi Kasus

Mendapatkan Inspirasi Dari Alam

Inspirasi pertama dari alam dapat ditelusuri kembali ke peradaban Mesir pada saat mereka membangun piramida sekitar tahun 2630 SM. Lebih dari sekadar abstrak atau mendalam dalam pengamatan, para pendahulu telah menggunakan hal-hal alami sebagaimana adanya. Memiliki serangkaian piramida dalam berbagai ukuran di samping satu sama lain menunjukkan bahwa mereka telah terinspirasi oleh komposisi pegunungan alami. Yang mengherankan bahwa, proporsi tubuh manusia bersama dengan cetakan bunga teratai dapat diamati dari kolom-kolom Mesir kuno secara sekilas.

Upaya selanjutnya untuk meniru alam dalam arsitektur dengan bukti dapat ditemukan pada bangunan-bangunan Yunani kuno. Orang-orang Yunani terobsesi dengan komposisi tubuh manusia, setiap bagian arsitektur benar-benar simetris. Kepala kolom dari tatanan Korintus terdiri dari dedaunan Acanthus dan cetakan elemen bunga pada pedimen selanjutnya dihitung sebagai upaya untuk meniru alam dalam arsitektur Yunani kuno.

Mengingat gagasan bentuk telur Brunelleschi untuk kubah Katedral Florence pada periode pra abad ke-18 dan semua karya Leonardo da Vinci yang merupakan alias sebagai ilmuwan pertama memberikan cukup banyak bukti bagi fondasi untuk memasuki arsitektur bionik.

Perkembangan Arsitektur Bionik Dari Masa Ke Masa: Dari Dulu Hingga Sekarang.

Periode Abad 18 – 19

Dengan adanya revolusi industri, arsitektur yang berpusat pada alam telah ditemukan kembali. Berasal dari konstruksi besi, beberapa arsitek mencoba menciptakan gaya bionik futuristik agar menonjol dari gaya arsitektur umum pada saat itu. Meniru gaya struktural yang ditemukan di alam untuk membuat struktur yang kaku dapat dilihat sebagai salah satu inspirasi bionik utama di era ini.

La Sagrada Familia

Karena meyakini bahwa itulah cara terbaik untuk menghormati Tuhan, Antoni Gaudi mengambil inspirasi dari alam. Dari estetika gereja hingga sistem strukturalnya, inspirasi bionik dapat diamati (Gambar 6-8). Studi mendalam tentang alam telah membantu memecahkan berbagai masalah yang berasal dari rekayasa struktural hingga pencahayaan alami. Dengan memiliki struktur yang mentransfer beban secara efisien, material yang digunakan telah diminimalkan.

Gambar 6 Interior La Sagrada Familia oleh arsitek Antoni Gaudi.

Gambar 7 Interior Basilica La Sagrada Familia Antoni Gaudi terinspirasi dari cabang dan ranting pohon.

Gambar 8 Desain basilika ini sebagian besar terinspirasi oleh batang, dahan, dan ranting pohon.

Desain basilika ini sebagian besar terinspirasi oleh batang, dahan, dan ranting pohon. Area tengah utama gereja (Nave) dirancang sedemikian rupa sehingga terasa seperti berjalan di tengah hutan. Terinspirasi oleh cabang-cabang pohon yang tumbuh keluar dari kolom-kolom Sagrada Familia yang menyerupai pohon telah mampu memberikan dukungan yang signifikan pada atap berkubah. Bergantung pada beban yang ditanggungnya, jumlah cabang telah diputuskan untuk meniru distribusi berat pohon. Sebagai perbandingan, kolom-kolom ini lebih besar dalam menahan beban daripada kolom tradisional yang umum. Hasilnya, kebutuhan untuk memiliki penopang terbang seperti di katedral Gotik pada umumnya telah dihilangkan.

Kemiringan cabang ditentukan oleh dorongan lateral dan mentransfer dorongan tersebut secara vertikal semaksimal mungkin. Lengkungan katenari, yang merupakan bentuk yang diciptakan oleh gravitasi, telah digunakan di seluruh desain sebagai hasil pengamatannya dari model yang dibuatnya.

Crystal Palace, London.

Meskipun sekilas tidak menunjukkan bionik, Crystal Palace karya Joseph Paxton (1851 – 1936) memiliki struktur tulang manusia tiruan pada kisi-kisi kisinya. Ia juga terinspirasi dari tulang paha manusia yang mengurangi ketegangan permukaan sehingga memungkinkan untuk membawa beban lebih banyak dengan bahan yang lebih sedikit.

Periode Abad 20 – 21

Arsitektur bionik mulai berkembang pesat pada awal abad ke-21 sebagai hasil dari pencarian solusi terbaik untuk berbagai masalah masa kini seperti perubahan iklim dan pemanasan global. Arsitek dan insinyur mulai mempelajari dan mengamati alam beserta sistemnya secara saksama untuk mendapatkan hubungan yang kompleks dalam bentuk, material, dan struktur yang paling estetis.

Dengan memiliki semua sarana teknis yang memungkinkan untuk meningkatkan dan menghasilkan material baru, para perancang menghasilkan struktur bangunan yang andal, yang konsumsi energinya rendah dan sangat konservatif.

The 30 St Mary Axe (Gambar 9-10)

Gambar 9 The 30 St Mary Axe - bangunan yang dikenal sebagai Gherkin oleh arsitek Nicholas Grimshaw’s.

Gambar 10 Venus Flower Basket Sponge.

Bangunan yang terkenal di dunia sebagai Gherkin, karya Nicholas Grimshaw, terinspirasi oleh 'Venus Flower Basket Sponge'. Makhluk laut ini menyebarkan gaya dari arus air melalui rangka luar kisi dan bentuknya yang bundar. Dengan meniru fitur Venus Flower Basket Sponge, bangunan ini mampu memungkinkan pendinginan, pemanasan, ventilasi, dan pencahayaan pasif di dalam bangunan yang memotong sejumlah besar energi selama musim yang berlaku. Bagian luar dengan struktur kisi baja berlapis aluminium juga menampilkan spons laut.

Stadion Olimpiade Munich

Untuk stadion Olimpiade di Munich, sebagai seorang arsitek yang melakukan banyak penelitian dan eksperimen mengenai struktur, Archt. Frei Otto mendapat inspirasi dari jaring laba-laba. Bentuk awal desainnya dapat dilihat sebagai pendekatan teknis terhadap struktur ringan yang juga memiliki stabilitas dan keindahan jaring laba-laba.

Berbagai Pendekatan Bionik

Struktur Bionik

Untuk mencapai kestabilan sempurna pada sebuah bangunan, beban harus ditransfer dengan sempurna. Dalam hal ini, bionik struktural memainkan peran besar dalam arsitektur bionik. Mulai dari bionik yang terlihat pada bangunan arsitektur besar hingga struktur materialnya, semuanya termasuk dalam kategori ini.

Efek Lotus dapat diidentifikasi sebagai salah satu metode yang umum dikenal yang menghasilkan fasad yang dapat membersihkan diri. Pada tanaman, hal ini terjadi karena lapisan lilin luarnya yang membuat permukaan hidrofobik (Gambar 11). Dengan mengembangkan struktur mikro serupa di bagian luar, tim ahli biologi (dipimpin oleh ahli biologi Wilhelm Barthlott) merancang lapisan dengan kemampuan membersihkan sendiri pada tahun 1990-an. Saat ini, dengan kombinasi nanoteknologi, tersedia berbagai produk dan bahan berbeda berdasarkan efek Lotus. Ada beberapa karakteristik umum yang ditemukan pada bahan-bahan ini. Bahanbahan ini mengandung sejumlah lapisan dengan setiap lapisan dirancang untuk kualitas atau fungsi struktural tertentu. Umumnya, bahan-bahan ini ringan dan dapat didaur ulang.

Gambar 11 Tetesan air pada daun teratai.

Konstruksi Bionik

Dalam hal konstruksi ringan, kabel, membran, dan cangkang tipis, konstruksi bionik merupakan bidang yang menjanjikan. Potensi metode konstruksi baru telah ditemukan melalui interpretasi mekanisme bentuk alami, tanaman, dan struktur tulang.

“Bangunan Crystal Palace meniru jaringan pembuluh tanaman dan menahan beban maksimum dengan material minimum. Denah langit-langit terinspirasi dari bunga lili air untuk memberikan dukungan yang dibutuhkan guna membuat bangunan yang kuat dan kaku” (Gambar 12).

Gambar 12 Pola urat pada daun.

Kerang di alam telah menjadi panutan sebagai inspirasi bagi arsitektur. Gedung Opera Sydney dapat disebut sebagai salah satu contoh yang paling jelas. Bersama dengan semua penelitian yang menyelidiki kerang laut sebagai struktur tiga dimensi telah menjadi dasar bentuk arsitektur dalam banyak jenis penelitian terkini dalam arsitektur dan teknik sipil.

Terinspirasi oleh cangkang diatom (sekelompok arsitek alga seperti Richard Buckminster Fuller menemukan Geodesic Dome yang optimal untuk hubungan antara volume dan berat, penggunaan material yang efisien dalam konstruksi.

Mengambil pendekatan teknis yang terinspirasi oleh ketidakstabilan dan keindahan jaring laba-laba, Frei Otto dan kelompoknya merancang bentuk awal untuk stadion Olimpiade Munich. Ini menjadi contoh lain untuk penggunaan material yang lebih sedikit di area yang luas, membuktikan hal itu dapat dicapai melalui arsitektur Bionik.

Gambar 13 Fasad dari bangunan crystal palace.

Bionik Iklim

Dalam kategori ini, bangunan yang meniru metode alami untuk menanggapi masalah iklim dan energi seperti ventilasi, pendinginan, pemanasan, dan pencahayaan dapat dilihat. Gundukan rayap (Gambar 14) mendapat apresiasi di dunia bionik karena jawaban untuk sistem ventilasi pasif yang efektif. Angin yang berhembus ditangkap oleh gundukan di atas tanah dan melalui salurannya, ia mendinginkan sarang berbentuk jamur di bawah gundukan. Kota rayap ini tidak hanya ramah lingkungan, tetapi juga cantik karena dindingnya yang melengkung dan lengkungan yang anggun.

Gambar 14 Potongan melintang gundukan rayap.

Pusat Eastgate di Zimbabwe (1996) telah mendekati desain yang sepenuhnya didinginkan dan diventilasi dengan cara alami hanya dengan meniru strategi Gundukan Rayap yang disebutkan di atas. Dengan mengamati perilaku tanaman terhadap matahari, adaptasi daun untuk mengurangi penguapan, fasad dan atap pintar telah dirancang. Sebagian besar bionik iklim ini akan mendapatkan hasil yang lebih tinggi ketika diintegrasikan dan dikombinasikan dengan bionik prosedural.

Bionik Prosedural

Bionik prosedural terdiri dari semua kategori yang disebutkan di atas dan cara bermainnya terapan. Semua prosedur ini milik Biologi Terapan, dimana proses biologi berada diselidiki, ditiru, atau diterapkan dalam teknologi. Ini bisa dianggap sebagai yang paling rumit dan merupakan kategori untuk melengkapi gambar akhir arsitektur bionik.

Dimulai dengan pengembangan hidrogen teknologi, proses daur ulang, desalinasi yang terkait dengan ekologi selanjutnya adalah topik terkait dengan bionik prosedural. Sel surya baru diselidiki dan dikembangkan untuk mencetak tipis film sel surya organik, bukan solar silikon yang lain, teknologi baru dapat diintegrasikan ke dalamnya semua jenis produk serta elemen arsitektural (Gambar 15).

Gambar 15 Fasad kinetik pada Menara Al Bahar, Abu Dhabi, Uni Emirat Arab.

Arsitektur Bionik Sebagai Kunci Arsitektur Berkelanjutan

Pembuatan Material

Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana laba-laba menenun jaring? Spesies ini telah mengembangkan kemampuan untuk memintal serat sutra yang sangat kuat, yang jauh lebih kencang daripada kain Kevlar (serat sintetis buatan manusia yang paling kuat) dan sekuat baja dengan massa yang sama tetapi jauh lebih lentur daripada yang terakhir. Laba-laba memiliki banyak kelenjar pemintal (Gambar 16), yang menghasilkan sutra. Setelah itu polimer sutra dipintal menjadi benang dengan kaki belakang laba-laba. Setelah mengering, ia dapat melayani tujuan laba-laba. Mayoritas laba-laba memiliki beberapa kelenjar sutra untuk mengeluarkan berbagai jenis serat. Hal ini memungkinkan laba-laba untuk menyesuaikan jaring dengan kondisi lingkungan.

Gambar 16 Kelenjar laba-laba pada perut laba-laba yang seratnya dipintal lebih kuat daripada yang pernah dibuat manusia hingga saat ini.

Proses pembuatan kain Kevlar misalnya, memerlukan minyak bumi (juga dikenal sebagai minyak mentah) dan asam sulfat (asam mineral yang terdiri dari sulfur, oksigen dan hidrogen) yang direbus pada suhu 750°C, yang menghasilkan limbah beracun dalam jumlah besar. Setelah itu campuran tersebut harus ditekan untuk menyusun molekul dalam urutan yang tepat (Algahtani A., 2006). Seluruh proses ini menuntut kondisi ekstrem, seperti suhu dan tekanan tinggi yang sangat tinggi dan juga menghasilkan banyak limbah berbahaya, sementara pada saat yang sama laba-laba dapat mencapai hasil yang sama pada suhu sekitar, dengan sedikit air dan lalat mati (Harris. T., 2002). Kasus ini menegaskan bahwa manusia masih harus banyak belajar tentang cara memproduksi material, dan beberapa inspirasi dapat diambil dari alam.

Manusia memiliki dua perbedaan yang paling menonjol dalam hal bahan manufaktur dibandingkan dengan alam.

Pertama, selama produksi kita sering kali menciptakan berbagai macam emisi beracun (seperti dalam ujian dengan kain Kevlar). Secara teratur, sisa limbah tidak dapat disimpan, didaur ulang, atau digunakan kembali lebih lanjut. Sementara itu, proses alami dipertahankan dalam siklus loop tertutup tanpa polutan berbahaya.

Kedua, alam menggunakan sumber yang sangat terbatas. Profesor Julian Vincent dalam makalahnya "Biomimetika: Sebuah Tinjauan" menjelaskan bagaimana alam memperoleh semua yang dibutuhkan hanya dengan menggunakan protein dan polisakarida. 96% materi hidup terbuat dari hanya 4 elemen dari tabel periodik, yakni karbon, oksigen, hidrogen, dan nitrogen. Sisanya 4% memanfaatkan tujuh elemen, seperti kalsium, fosfor, kalium, sulfur, natrium, magnesium, dan klorin. Sebagai perbandingan, manusia benar-benar menggunakan setiap elemen dari tabel periodik. Ini membawa kita ke poin pertama, yang disebutkan di atas, bahwa kita menciptakan sistem bahan manufaktur yang boros dan berpolusi. Mengingat masalah penipisan sumber daya dan perubahan iklim yang ada, tampaknya niat yang layak untuk meniru alam dalam proses ini.

Manufaktur Adaptif

Salah satu kisah sukses bahan biomimikri tidak diragukan lagi adalah daya rekat kerang (Gambar 17). Menempel di bawah air untuk waktu yang lama merupakan misteri bagi para ilmuwan hingga tim peneliti dari POSTECH (Pohang University of Science and Technology), Chungnam National University di Korea (KAIST) dan Central Leather Research Institute di India memperkenalkan metode untuk mensintesis protein kerang yang lengket. Kerang mudah menempel pada apa saja: kapal logam, tiang kayu, batu, pelampung plastik. Mereka menempel kembali pada permukaan di bawah air, pada saat air surut dan bahkan dapat menahan gelombang yang kuat. Mereka dapat melakukannya karena protein khusus, berdasarkan benang perekat yang disebut byssus.Tim ilmuwan mengembangkan metode kimia khusus, di mana mereka mensimulasikan proses alami kerang Pembentukan "lem" untuk memperoleh asam DOPA yang dibutuhkan. Hasilnya, mereka memperoleh protein yang setara dengan protein alami, yang melekat pada berbagai permukaan kering dan basah. Saat ini instrumen ini melayani banyak aplikasi biomedis, perbaikan bawah air, dan aplikasinya direncanakan akan diperluas lebih lanjut (Yang et. al, 2014).

Gambar 17 Kerang membantu membuat perekat kedap air.

Material Pintar

Banyak material alami bereaksi terhadap perubahan kondisi lingkungan. Daun tanaman bereaksi terhadap kekuatan radiasi matahari dan mampu menghadap ke arah sinar matahari atau bersembunyi jika matahari terlalu berbahaya. Kerucut pohon pinus bereaksi terhadap tingkat kelembapan di atmosfer (Gambar 18).

Gambar 18 Kerucut pohon pinus bereaksi terhadap tingkat kelembapan di atmosfer.

Penelitian yang dilakukan oleh pusat Biomimetik di Universitas Bath, Inggris, telah menunjukkan bahwa kerucut pohon pinus tetap dekat saat tergantung di pohon dan terbuka setelah jatuh dan mengering untuk melepaskan bijinya. Pembukaan terjadi karena kerucut pohon pinus terdiri dari dua material, yang bereaksi secara berbeda terhadap tingkat kelembapan lingkungan. Satu material menyusut lebih cepat daripada yang lain, oleh karena itu, sisik dapat terurai sementara seluruh struktur tetap utuh. Ide ini dikembangkan menjadi permukaan responsif oleh Steffen Reichert dan Prof. Achim Menges (Gambar 19-20).

Gambar 19 Fasad paviliun yang dirancang oleh Steffen Reichert dan Prof. Achim Menges.

Gambar 20 Fasad paviliun yang mampu bereaksi terhadap tingkat kelembapan di atmosfer.

Struktur yang terbuat dari venir mampu berbaring datar atau menggulung sebagai reaksi terhadap tingkat kelembapan di sekitarnya. Ide ini dapat diterapkan untuk fasad untuk mengendalikan lingkungan internal di dalam gedung tanpa menggunakan perangkat teknis tambahan.

Pertumbuhan dan Perbaikan

Alam menciptakan struktur yang dapat dengan mudah diperbaiki atau bahkan tumbuh bersama pemiliknya. Laba-laba memakan sutranya untuk mendaur ulangnya dan menenun jaring baru. Kepiting melarutkan dan menyerap kembali bagian cangkang sebelum melepaskan cangkangnya. Ular menumbuhkan kulit baru. Dalam industri konstruksi, kita menggunakan struktur yang telah tumbuh (seperti kayu, misalnya), tetapi kita tidak secara khusus menciptakan struktur yang dapat tumbuh untuk memperbaiki diri sendiri.

Saat ini terdapat jumlah contoh struktur yang berkembang yang sangat terbatas. Salah satunya adalah Paviliun (Gambar 21) yang dibudidayakan dari miselium jamur dibuat untuk Dutch Design Week di Eindhoven pada tahun 2019. Struktur paviliun terdiri dari rangka kayu, tempat jamur ditempatkan untuk mengisinya.

Dari luar, panel ditutupi dengan lapisan khusus berbasis bio, oleh karena itu, paviliun dapat bertahan di luar selama beberapa tahun tanpa ditutupi tenda dan dapat menahan presipitasi. Panel jamur sangat ringan dan terisolasi dengan baik dalam hal suara dan suhu dan yang terpenting, dapat diperbaiki atau digunakan kembali dengan mudah kapan saja (Dezeen, 2019).

Gambar 21 Fasad Jamur Miselium dari paviliun yang dirancang untuk Dutch Design Week di Eindhoven pada tahun 2019 dapat menumbuhkan partikel fasadnya dan dapat dengan mudah diperbaiki kapan saja.

Studi Kasus

Bird skull and Desert Pavilion, Arsitek Andreas Harris

Aves yang lebih dikenal sebagai burung, mencakup sekitar 9000 spesies. Ini adalah populasi terbesar kedua setelah ikan bertulang. Karakteristik paling khas dari sebagian besar burung adalah kemampuannya untuk terbang. Terbang memberi burung kebebasan yang tak tertandingi dibandingkan dengan hewan darat lainnya. Berkat terbang, burung dapat melintasi jarak yang jauh untuk mempertahankan keberadaannya, baik untuk mencapai sumber makanan dalam waktu yang lebih singkat, atau untuk bermigrasi ke wilayah yang jauh dengan kondisi yang lebih baik, atau untuk melarikan diri dari predator darat di habitat alami. Semua burung yang terbang menjalani proses evolusi yang panjang untuk beradaptasi untuk terbang dari nenek moyang mereka yang terbang ke spesies saat ini. Salah satu prasyarat untuk ini adalah struktur kerangka khusus. Untuk terbang, kerangka burung harus mengurangi berat secara signifikan dengan pertama-tama mengurangi jumlah tulang total dan kedua dengan mengurangi berat tulang itu sendiri karena strukturnya yang berongga (Gambar 22-23). Tengkorak burung terdiri dari lapisan bahan tulang yang sangat tipis yang dihubungkan dengan penopang (elemen vertikal) sehingga strukturnya tetap kaku dan ringan (2gwu.edu, 2015).

Gambar 22 Struktur terinspirasi dari tengkorak burung.

Gambar 23 Material cerdas terinspirasi dari tengkorak burung.

“Tengkorak pada umumnya merupakan struktur yang sangat tahan benturan dan sangat ringan sekaligus melindungi organ terpenting dari tubuh hewan dan kinerja serta sifat fisik ini dapat diaplikasikan dalam desain struktur atau arsitektur.” - kata Andreas Harris, arsitek dari Desert Pavilion (Gambar 24-25). Ia mempelajari tulang hewan, khususnya tengkorak burung untuk merancang permukaan yang sangat efisien untuk paviliunnya. Desain ini didasarkan pada pemahaman tentang bagaimana jaringan tulang terbentuk dan meninggalkan rongga di antara permukaan padat.

Gambar 24 Struktur kanopi yang dirancang oleh arsitek Andreas Harris, menggunakan prinsip struktur yang sama seperti tengkorak burung.

Gambar 25 Detail tampilan kanopi didesain oleh arsitek andreas harris terinspirasi dari tengkorak burung.

Struktur yang dihasilkan sangat efisien dan dapat merespons berbagai beban dan tekanan eksternal, dengan penggunaan permukaan dan sumber daya yang minimum. Pada saat yang sama, struktur tersebut dapat dibuat dari satu bahan dan tetap dapat berkontribusi pada isolasi karena adanya rongga udara di dalamnya.

Proses konstruksi kanopi akan mirip dengan kanopi alami: membuat rangka dengan bentuk yang digelembungkan, berongga di antaranya. Celah-celahnya akan diisi dengan beton atau material lainnya (Andres Harris, 2010).

Kerangka telah menginspirasi para arsitek sejak D'Arcy Thompson pertama kali menerbitkan bukunya "On Growth and Form" pada tahun 1992, di mana penulis membandingkan struktur jembatan dengan tulang kuda. Seorang arsitek Marks Barfield dan seorang insinyur Jane Wernick merancang "Bridge in the Future" di Amerika Serikat yang terinspirasi dari tulang dinosaurus. Pada jembatan ini, serangkaian "tulang baja" dihubungkan dengan batang untuk menciptakan struktur bentang.

Arsitek “Pertulangan” terkenal lainnya adalah Santiago Calatrava, yang telah merancang banyak bangunan paling elegan di dunia.

Pemahaman kita tentang struktur kerangka dan bagaimana pengetahuan baru dapat diterapkan pada bentuk arsitektur telah berkembang dalam beberapa dekade terakhir. Sangat mungkin bahwa di masa depan dengan penemuan teknologi baru (seperti pencetakan 3D atau penemuan material baru) kita dapat membuat langkah lebih besar untuk menyamai efisiensi bentuk kehidupan alami.

Kesimpulan Tentang Manufaktur Material

Material memberi kita ruang untuk bereksperimen dan mengembangkan apa yang kita ciptakan. Beberapa contoh membuat kita berpikir tentang berapa banyak hal lain yang perlu kita lakukan. Teknologi manufaktur menunjukkan bahwa ada area yang luas untuk mengembangkan lebih banyak material dari siklus biologis dengan potensi yang lebih tinggi dan lebih sedikit polutan. Beberapa sumber, pada kenyataannya, harus diperlakukan dengan cara khusus dan tidak dianggap sebagai sesuatu yang sudah pasti.

Cara Menaklukkan Air

Air menjadi topik mendasar bagi pembangunan berkelanjutan. Pertama, air merupakan media utama yang membantu kita merasakan dampak perubahan iklim. Semakin sulit untuk memprediksi akses air di banyak tempat di seluruh dunia. Banyak wilayah yang mengalami kekeringan yang membahayakan ketahanan pangan dan mempengaruhi kesehatan serta kehidupan manusia dan semua bentuk kehidupan. Temperatur yang lebih tinggi memengaruhi distribusi pencairan salju, curah hujan, dan aliran sungai. Akibatnya, kualitas air menurun. Tsunami, badai, gelombang panas, musim dingin, dan penyakit yang ditularkan melalui air meningkat. Meningkatnya jumlah banjir mengancam akan menyapu bersih titik-titik air dan mencemari sumber-sumber air. Lebih banyak lagi bencana yang diperkirakan akan terjadi di masa mendatang.

Pada akhirnya, perubahan ketersediaan air terbukti memicu ketidakstabilan politik dan dinamika migrasi (UNHCR, 2017). Oleh karena itu, air tidak hanya menjadi topik yang diperdebatkan secara sosial, tetapi juga penting secara politis dan lingkungan.

Air merupakan sumber daya yang sangat kuat, yang telah memengaruhi setiap benua. Sangat menarik bahwa beberapa spesies di alam telah menaklukkan sumber daya ini, mempelajari cara memanen air di gurun atau menyimpannya di masa sulit. Kita akan melihat bagaimana bionik dapat membantu manusia untuk hidup berdampingan dengan air.

Bagaimana Alam Menangani Air

Semua makhluk yang hidup di daerah kering telah menyesuaikan diri dengan kondisi tersebut dengan mengurangi kehilangan air, mengembangkan kemampuan untuk menyimpan air segar dari udara, menghilangkan garam dari air, atau mengembangkan kemampuan lainnya. Contoh pertama adalah Thorny Devil (Moloch Horridus) (Gambar 26), asli dari Australia. Kadal ini telah mengembangkan adaptasi yang luar biasa untuk bertahan hidup di wilayah Australia yang gersang. Kulit kadal ini ditutupi dengan duri dan alur kecil, yang berfungsi untuk menangkal predator dan menyedot embun dari atmosfer selama malam, hujan, dan periode cuaca lembap lainnya. Duri-duri tersebut memerangkap udara lembap dan mengalirkan air yang terkumpul ke alur untuk menyimpannya (Hess P., 2017). Air yang tersimpan tersebut tentu saja dapat diminum oleh kadal kapan saja.

Gambar 26 Thorny Devil memiliki kemampuan menyeruput air karena struktur kulitnya yang khusus.

Contoh lainnya adalah Ranoidea Platycephala, yang dikenal sebagai katak penampung air. Katak ini telah mengembangkan strategi lain untuk menyimpan air. Setelah memperoleh sejumlah air, katak mengeluarkan kepompong lendir kedap air yang mencegah air keluar dari tubuh dan mengubur dirinya di tanah berpasir sambil menunggu musim panas yang kering. Katak ini dapat bertahan hidup hingga dua tahun dengan cairan yang tersimpan di kandung kemihnya (Cogger, HG 2000), sehingga dapat mempertahankan eksistensinya sendiri.

Banyak spesies kaktus ditutupi dengan jarum dan filamen kecil. Pertama, karena strukturnya, mereka memantulkan sinar matahari yang tidak diinginkan, yang relevan di gurun. Kedua, jarum penangkap udara lembab, seperti halnya dengan Thorny Devil. Ini meminimalkan kehilangan air dan menjebak semua unsur mikro dan gas yang dibutuhkan untuk fotosintesis. Dengan demikian,kaktus dapat terus hidup. Prinsip penyerapan air ini digunakan saat ini sebagai sumber air utama di Pulau Tenerife, salah satu kepulauan rantai Canary. Pinus Pulau Canary (Pinus Canariensis) (Gambar 27) berasal dari kepulauan tersebut, wilayah vulkanik dan kering dengan kurangnya curah hujan sepanjang tahun. Ini adalah salah satu pinus yang paling toleran terhadap kekeringan di dunia, sebagian besar karena kemampuannya untuk menangkap kabut oleh dedaunannya (Thomas P., 2017), menggunakan prinsip yang sama seperti kaktus yang dijelaskan di atas.

Gambar 27 Pinus Canaria mampu menyerap kelembaban dari atmosfer.

Pohon itu tumbuh pada posisi yang tinggi di pulau itu, di mana awan yang datang dari utara tidak dapat melewati gunung berapi besar. Oleh karena itu, sisi utara PulauTenerife basah dan hijau sepanjang tahun, berbeda dengan bagian selatan yang terbakar mematikan tanpa dedaunan. Berada di Tenerife, Anda dapat melihat jaringan pipa besar di sekitar pulau itu. Awan hujan menyelimuti pegunungan, di mana mereka bertemu dengan pohon pinus. Air dipanen oleh pepohonan dan mengalir melalui akar jauh di bawah tanah, lalu dikumpulkan, disaring, dan didistribusikan di pulau untuk penggunaan masa depan.

Studi Kasus

Las Palmas Water Theater dan Fog-Basking Beetle, Architect Nicholas Grimshaw, Charlie Paton

Salah satu contoh paling luar biasa dari apa yang dapat ditawarkan oleh alam adalah kumbang penjemur kabut Namibia (Onymacris Unguicularis) (Gambar 29). Kumbang ini endemik di Gurun Namibia, salah satu daerah terkering di dunia, yang hanya menerima curah hujan 1,4 cm per tahun. Kumbang ini telah mengembangkan cara untuk memanen air tawar di punggungnya yang bergelombang dengan memanjat ke puncak bukit pasir di malam hari. Karena arus laut yang dingin, Namibia mendapat kabut tebal yang bertiup dari laut. Kulit hidrofobik membantu kumbang mengumpulkan tetesan air di alur, yang tepat sebelum matahari terbit diteruskan ke mulutnya melalui lapisan lilin untuk minum dan bersembunyi sepanjang hari. Bahkan saat udara tidak terlalu lembap, kumbang masih dapat mengumpulkan air secara efektif (Norgaard T., Dacke M., 2010).

Gambar 29 Namibian fog-basking beetle.

Serangga ini telah menginspirasi banyak proyek, seperti Rumah Kaca Air Laut di Oman, proyek Hutan Sahara, dan Teater Air Las Palma, yang akan kita cermati lebih dekat. Proyek Teater Air oleh Nicholas Grimshaw (Gambar 30-31) terjadi pada kompetisi yang diusulkan untuk kota Las Palmas di Kepulauan Gran Canary. Rantai pulau tersebut telah menderita penurunan jumlah curah hujan tahunan dan, oleh karena itu, populasi secara bertahap menjadi tergantung pada air desalinasi. Selama tahap awal desain, para insinyur melintasi Seawater Greenhouse, penemuan sebelumnya yang dirancang oleh Charlie Paton. Ia diundang ke tim kompetisi untuk proyek Las Palma. Ia setuju untuk berpartisipasi sebagai konsultan dan dengan cepat menyampaikan dua fakta luar biasa tentang Kepulauan Canary. Pertama, karena pulau-pulau tersebut berasal dari gunung berapi, mereka tidak termasuk dalam landas kontinen. Oleh karena itu, sangat hemat biaya untuk memompa air laut ke daratan dengan suhu konstan 8oC sepanjang tahun. Kedua, Kepulauan Canary terbuka untuk perdagangan angin yang stabil, yang membuatnya layak untuk membangun bangunan permanen yang menghadapnya.

Hasilnya, para arsitek menciptakan proyek di mana orang tidak hanya dapat menikmati pertunjukan di tepi air, "tetapi juga "teater" di mana air segar tercipta di depan mata Anda." (Arsitek Grimshaw) Bagian cembung dari struktur, yang terbuat dari kisi-kisi kaca miring, menghadapi angin yang bertiup kencang. Oleh karena itu, struktur tersebut memperoleh udara lembab, kabut, dan percikan air laut yang didorong oleh angin. Sejumlah panel surya yang diletakkan secara horizontal berfungsi sebagai baki (Gambar 28) untuk air yang dibawa dan melalui penguapan. Air ditangkap oleh kondensor di atas dan disalurkan lebih jauh ke bawah struktur. (Sidor N., 2009)

Gambar 28 Gambar potongan dari Las Palmas Water Theater.

Tim mencoba untuk mendapatkan hasil maksimal dari konteks yang ada. Jadi, setelah melewati Teater Air, airnya akan segar dan dapat disesuaikan untuk memasok bangunan di dekatnya, untuk digunakan dalam air mancur atau sistem irigasi di taman-taman yang menjadi bagian dari proyek. Sejauh ini, proyek tersebut belum terealisasi sebagai bagian dari kompetisi. Itu dapat menciptakan kisah yang kuat tentang sumber daya berharga yang kita anggap sebagai sesuatu yang biasa.

Gambar 30 Detail Tampilan Eksterior Las Palmas Water Theater.

Gambar 31 Las Palmas Water Theater oleh arsitek Nicholas Grimshaw.

Pengolahan Air

Dalam beberapa tahun terakhir, umat manusia di negaranegara maju mulai peduli dengan limbah yang dihasilkan. Topik ini juga relevan dengan kerangka kerja air limbah. Jika kita mencermati proses alami daur ulang air, kita dapat menyadari bahwa di lingkungan alami tidak ada siklus tanpa limbah berkenaan dengan nutrisi yang dihasilkan. Studi yang dilakukan oleh David Thomas pada tahun 2002 menunjukkan bahwa selama setengah abad terakhir umat manusia telah kehilangan sejumlah besar nutrisi dari tanah di dunia. Studi tersebut menunjukkan penipisan 19% magnesium, 29% kalsium, 37% zat besi, dan 62% tembaga. Hal ini membawa kita pada kebutuhan untuk mengubah sistem pengolahan air kita dari sistem yang linier, boros, dan berpolusi menjadi solusi loop tertutup.

Salah satu teknik tersebut dikembangkan di Adam Joseph Lewis Center for Environmental Studies oleh William McDonough + Partners. “The Living Machine“ (Gambar 32) menggunakan tanaman dan mikroorganisme untuk mengolah limbah dan air limbah lainnya agar dapat digunakan secara lokal sebagai air siram di toilet atau air irigasi. Ide untuk mengolah air dengan tanaman lahan basah pertama kali disebutkan oleh ahli biologi Dr. Kaethe Siedel pada tahun 1950-an dan selanjutnya didukung oleh sejumlah perancang ekologi. Sistem tersebut tampak sangat efektif sehingga bahkan dipasang di beberapa bangunan komersial di sekitarnya.

Gambar 32 Skema yang disebut “Mesin Hidup” menggunakan tanaman dan mikroorganisme untuk mengolah limbah dan air limbah lainnya agar dapat digunakan kembali secara lokal.

Kesimpulan Tentang Pengelolaan Air

Mempelajari adaptasi dalam biologi dapat mengungkap solusi untuk beberapa masalah tersulit yang kita hadapi. Memanen air di padang pasir, seperti di Green House di Oman atau seperti yang ditunjukkan oleh Teater Las Palmas dapat menyelamatkan daerah kering dari kelaparan dengan menciptakan lingkungan untuk tanaman dan menghemat energi. Perubahan metode pengolahan air kita dapat memulihkan pupuk tanah alami yang rusak, seperti yang ditunjukkan dalam contoh Living Machine. Orang dapat melangkah lebih jauh dan tidak hanya mengolah air limbah, tetapi juga mengelola produksi makanan atau menghasilkan energi dari limbah, seperti di Restoran De Kas di Amsterdam.

Cara Mengatur Pengaturan Termal Di Dalam Gedung

Dalam beberapa tahun terakhir, masalah pemanasan global semakin menjadi perhatian masyarakat kontemporer. Perjanjian Paris menetapkan kerangka kerja untuk mencegah perubahan iklim yang cepat dengan membatasi pemanasan global tidak lebih dari 1,5°C (Perjanjian Paris, 2021). Menurut laporan IEA dan UNEP dari tahun 2020, sektor konstruksi mencakup 40% dari total konsumsi energi, 25% dari air global, dan 40% dari semua sumber daya global. Untuk memenuhi tujuan yang ditetapkan oleh Perjanjian Paris, semua bangunan baru dan 20% dari stok bangunan yang ada harus menjadi nol karbon hingga tahun 2030 (IEA, Tracking buildings, 2021).

Pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara secara umum bertanggung jawab atas sebagian besar penggunaan energi seluruh bangunan (HVAC HESS, 2013). Pada saat yang sama, di alam, organisme hidup menciptakan lingkungan yang stabil secara termal untuk ditinggali tanpa menggunakan listrik atau bahan buatan manusia lainnya. Penciptaan tempat tinggal mungkin merupakan salah satu hubungan terdekat antara bangunan yang kita rancang dan dunia biologis.

Kita dapat menemukan korelasi antara kebutuhan manusia dan hewan dalam proses pemanasan dan pendinginan. Beberapa hewan, yang dikenal sebagai Hewan Homoitermia, mempertahankan suhu internal yang stabil di atas suhu sekitar tanpa terpengaruh oleh pengaruh eksternal (kamus Oxford). Lawan katanya adalah poikilotermik, yang memungkinkan suhu tubuh mereka bergantung pada lingkungan, oleh karena itu, bervariasi secara signifikan (Guschina I., 2006). Tentu saja, beberapa organisme telah berkembang dalam kedua arah, tetapi dalam kebanyakan kasus, satu strategi lebih menonjol daripada yang lain, sebagai hasil dari adaptasi organisme terhadap habitat tertentu. Kita akan fokus pada dua aspek dalam hal ini yaitu mempertahankan panas dan proses pendinginan.

Pemanas

Sumber panas yang paling kuat di lingkungan alam adalah radiasi matahari. Salah satu contoh spesies yang paling anggun yang mendapatkan panas dengan menangkap sinar matahari adalah Ulat Tenda Timur atau Malacosoma Amerika. Makhluk ini mendiami Amerika Utara dan Kanada dan berkumpul dalam suku-suku besar. Mereka mulai keluar sangat awal di musim semi ketika suhu luar ruangan masih bisa di bawah 15°C. Agar tubuh mereka dapat mencerna makanan yang mereka butuhkan, mereka bergantung pada matahari untuk mempertahankan suhu tubuh mereka pada tingkat yang sesuai, di atas suhu sekitar. Karena alasan ini, mereka mengembangkan cara yang canggih untuk membangun tenda mereka (Gambar 33).

Gambar 33 Ulat tenda timur.

Ulat membuat sarang di antara deretan pohon dengan sisi terluas menghadap ke arah tenggara yang memerangkap panas matahari pagi. Tenda terbuat dari sutra dan memiliki banyak lapisan, jalur, dan bahkan bukaan yang berbeda, tersembunyi di balik dedaunan dan ranting, untuk memungkinkan spesies masuk dan keluar dari tenda. Ulat berkumpul rapat dalam kelompok besar (Gambar 34) untuk mencegah hilangnya panas dan menyerap sinar matahari dengan mudah dengan tubuh hitam mereka. Sekelompok ulat yang berjemur dapat mempertahankan suhu mereka setidaknya 4°C di atas suhu sekitar. Ketika serangga kepanasan, mereka menyesuaikan suhu dengan berpindah ke lapisan lain atau di luar "rumah" (Fullard, James H., 2001).

Gambar 34 Ulat tenda timur berkumpul menjaga suhu tubuh.

Pendinginan

Panas dapat dihindari dengan berbagai cara. Beberapa hewan menghindari panas dengan tinggal di tempat teduh pada siang hari. Hal ini dapat langsung diterapkan dalam arsitektur: mencegah bangunan menjadi terlalu panas di daerah panas mungkin menjadi tujuan utama selama konstruksi. Kita sudah mengetahui beberapa contoh rumah mungil berwarna putih di daerah beriklim panas dan kering, seperti di Yunani, Portugal, atau Mesir, di mana bangunan dibangun sangat berdekatan untuk menjauhkannya dari terik matahari pada siang hari dan menciptakan sebanyak mungkin bayangan.

Metode shading pada Singapore Arts Center yang dirancang oleh Michael Wilford dibangun dengan cara yang lebih kompleks. Berdasarkan prinsip tanaman dan daun, yang dapat menentukan tingkat pencahayaan untuk fotosintesis yang efisien. Proses ini menciptakan sistem yang mampu melacak jangkauan radiasi matahari sepanjang hari. Dengan demikian, sinar matahari yang tidak diinginkan dapat dihindari dengan mengarahkan tenda ke berbagai arah untuk mencegah bangunan dari panas berlebih (Gambar 36-37) (Badarnah L., 2008).

Gambar 36 Fasad cerdas Singapore Art Center.

Gambar 37 Fasad cerdas Singapore Art Center mampu menyesuaikan paparan sinar matahari.

Cara lain untuk memindahkan panas adalah penguapan atau transpirasi. Tim Designmatter mengembangkan bahan bangunan “Bata lembap” (Gambar 35) yang akan mengembunkan uap air sepanjang malam dan mengumpulkannya di permukaan untuk menguapkan air pada siang hari (Youth Design Challenge First, 2020). Pendekatan ini didasarkan pada Kadal Bertanduk Texas (Phrynosoma Cornutum), yang minum air dengan menggunakan aksi kapiler untuk menaikkan air dari tanah ke mulutnya (The Royal Society Publishing, 2005).

Gambar 35 Bata lembab menggunakan prinsip kulit Kadal Bertanduk Texas.

Studi Kasus

Davies Alpine House di Richmond dan Termite Mounds, Arsitek Wikinson Eyre dan Insinyur Lingkungan Patrick Bellew (Atelier Ten)

Mungkin salah satu contoh pendinginan alami yang paling terkenal di dunia hewan adalah gundukan rayap. "Bangunan" yang sangat besar ini (hanya setinggi 2 meter di atas tanah) menggunakan metode konstruksi tanpa limbah dan dapat menggunakan sistem pendingin udara bertenaga surya (Gambar 38).

Gambar 38 Gundukan rayap.

Bentuk gundukan bervariasi dari satu daerah ke daerah lain, menciptakan kondisi yang optimal untuk bertelurnya ratu rayap, bercocok tanam jamur, dan menyimpan makanan musim dingin (Korb J., 2003, Termoregulasi dan ventilasi gundukan rayap). Dengan penggunaan citra termal dan pemasangan sensor aliran udara kecil di gundukan rayap (terutama Odontotermes Obesitas), para ilmuwan telah membentuk sebuah ide tentang mekanika sistem ventilasi konstruksi serangga (Marco E., 2015). Inti bukit adalah cerobong asap besar yang terhubung dengan sistem saluran di sekeliling gundukan. Sepanjang hari udara dalam tabung ventilasi menghangat lebih cepat daripada di cerobong asap yang terisolasi. Udara segar yang dingin memasuki saluran bawah, memanas di cerobong asap dan keluar melalui terowongan atas. Pada malam hari sistem ventilasi berbalik, yang memungkinkan pengeluaran sisa udara kaya karbon dioksida yang terkumpul sepanjang hari (Gambar 39).

Gambar 39 Potongan gundukan rayap.

Selain itu, ventilasi di dalam dinding dapat dikendalikan oleh rayap; ketika suhu naik atau turun terlalu ekstrem, mereka menutup saluran untuk mencegah panas berlebih atau pendinginan yang tidak diinginkan. Di antara famili lain dari spesies ini (Amitermes Meridionalis) para peneliti telah memperhatikan pendekatan pendinginan tambahan dalam periode panas yang berlebihan. Melalui sistem terowongan yang diperpanjang rayap mengikuti lebih jauh ke bawah permukaan air sambil membawa serta daun. Rayap membawa kembali tetesan air untuk meningkatkan pendinginan evaporatif dengan menyebarkan air di dinding gundukan. Menurut J. Darlington (1985) rayap dapat menjaga suhu tetap stabil di cerobong asap sekitar 31°C bahkan ketika suhu luar bervariasi hingga 39°C.

Gundukan rayap menjadi inspirasi utama bagi arsitek Wikinson Eyre dan insinyur lingkungan, Patrick Bellew, dari Atelier Ten saat merancang rumah kaca di Royal Botanic Gardens Kew di London (Gambar 43).

Gambar 43 Davies Alpine House.

Arsitek harus membuat rumah kaca untuk tanaman alpen, yang di habitat alami tumbuh di ketinggian tinggi di atas batas pepohonan dan tertiup angin pegunungan. Tim tersebut mengajukan solusi berkelanjutan terhadap rayap untuk bangunan tersebut, alih-alih penggunaan umum lemari es dan ruang dalam ber-AC. Konstruksinya tampak seperti dua lengkungan kembar, yang membentuk ruang utama bangunan dan menciptakan ketinggian yang diperlukan untuk sirkulasi udara (Gambar 40-42). Tiga meter di bawah tanah terdapat labirin pelat beton ganda, tempat udara mendingin dan kemudian disirkulasikan kembali di sekeliling rumah dan tanaman.

Gambar 40 Diagram Labirin Davies Alpine House.

Gambar 41 Detail Desain Davies Alpine House.

Gambar 42 Diagram Ventilasi Davies Alpine House.

Teknik ini membantu, pertama, untuk mencegah panas berlebih pada tingkat tanaman dengan paparan sinar matahari yang cukup. Kedua, pergerakan udara dirancang khusus untuk mensimulasikan angin pegunungan alami untuk tanaman alpen. Laporan pada tahun 2010-2011 menunjukkan betapa stabilnya suhu di dalam rumah kaca. Suhu berfluktuasi dari 7°C di musim dingin, ketika suhu sekitar turun di bawah 0°C, sampai 15°C di musim panas, sedangkan suhu luar ruangan naik hingga 20°C. Selain itu, periode pengembalian modal konstruksi hanya sembilan tahun dan semakin berkurang, karena biaya energi telah meningkat (DaviesAlpineHouse.com).

Kesimpulan Tentang Pengaturan Termal Bangunan

Ada banyak lagi contoh arsitektur pemanasan dan pendinginan pasif, yang sudah dirancang atau bahkan dibangun. Bahkan ada lebih banyak model di alam yang dapat kita jadikan inspirasi, seperti Stone Plant, yang telah beradaptasi untuk menahan suhu luar ruangan yang berlebihan dengan memanfaatkan suhu bawah tanah yang stabil atau mengadaptasi serat rambut berongga terisolasi dari beruang kutub dan rusa kutub yang membantu mereka bertahan hidup dalam kondisi yang sangat dingin. Meskipun manusia telah berhasil dalam bidang pengendalian termal, kita masih harus banyak belajar.

Potensi dan Masa Depan Arsitektur Bionik

Setelah dianalisis secara menyeluruh, arsitektur bionik memiliki potensi yang tak tertandingi untuk membawa arsitektur futuristik ke tingkat berikutnya. Memiliki teknologi yang menjangkau arsitektur bionik yang tidak dapat dijangkau sehari-hari dapat memberikan jawaban yang lebih berkelanjutan terhadap berbagai masalah di bidang arsitektur.

Ocean Scraper 2050 (Gambar 44)

Konsep ini terinspirasi oleh kemampuan gunung es untuk mengapung dan bentuk organisme. Konsep ini akan mengakomodasi ruang hunian dan kantor yang mandiri dan berkelanjutan. Idealnya, konsep ini akan menghasilkan energi dari berbagai sumber terbarukan seperti angin, biomassa, energi surya, energi hidro, dan energi panas bumi. Pencakar laut ini diharapkan dapat dibangun di atas air dengan mempertimbangkan kemungkinan untuk menghasilkan listrik dari gunung berapi bawah laut dan gempa bumi.

Gambar 44 Ocean Scraper concept.

Unit Rumah Pod (Gambar 45)

Konsepnya adalah menciptakan kota-kota kecil atau pusatpusat dengan unit-unit hunian yang saling terhubung yang dapat dihubungkan bersama dan saling memanfaatkan utilitas satu sama lain. Desainnya diharapkan dapat mandiri sekaligus memungkinkan pengguna untuk memodifikasi fitur-fiturnya.

Gambar 45 Pod housing concept.

Referensi

McCulloch, W. S.; Bernard, E. E.; Morley; Plenum, P. R. K. (1962). Biological Prototypes and Synthetic Systems; vol. 1, pp.393-397.

Steele, J. E. (1983). Bionics and Engineering: The Relevance of Biology to Engineering, presented at Society of Women Engineers Convention.

Encyclopedia Bionity (2021). Bionics. Available: https://www.bionity.com/en/encyclopedia/Bionics.html

Vorobyeva, O.I. (2018). Bionic architecture: back to the origins and a step forward; IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 451012145.

Unruh G. (2008). Geomimicry and its implications for sustainability. Available: https://sustainablebrands.com/read/product-service-design-innovation/mimicking-nature-but-not-as-nature-intended-an-introduction-to-geomimicry.

BBCworldservice (2019). 30 Animals that made us smarter.

Deutsche Welle (2009). Super suits banned from competitive swimming. Available: https://p.dw.com/p/Iwr9

Wong, K. (2009). Full body swimsuits now banned for professional swimmers. Available: https://abcnews.go.com/Politics/fullbody-swimsuit-now-banned-professional-swimmers/story?id=9437780

Thermal regulation: European Commission (2021), Paris Agreement 2021. Available: https://ec.europa.eu/clima/eu-action/ international-action-climate-change/climate-negotiations/paris-agreement_en#ecl-inpage-596

IEA report energy consumption, building sector (2020). Available: https://www.iea.org/reports/tracking-buildings-2021

Percentage of energy consume by building sector, IEA report 2020. Available: https://www.euenergycentre.org/

images/unep%20info%20sheet%20-%20ee%20buildings.pdf

https://www.euenergycentre.org/images/ unep%20info%20sheet%20-%20ee%20buildings.pdf

IEA Tracing buildings (2021). Available: https://www.iea.org/reports/tracking-buildings-2021

HVAC HESS (2013), Factsheet HVAC Energy Breakdown. Available: https://www.environment.gov.au/system/files/energy/files/hvac-factsheet-energy-breakdown.pdf

Guschina, I. A.; Harwood, J. L. (2006). Mechanisms of temperature adaptation in poikilotherms. Available: https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1016/j.febslet.2006.06.066

Fullard, J. H.; Napoleone, N. (2001), Diel flight periodicity and the evolution of auditory defences in the Macrolepidoptera. Available: https://web.archive.org/web/20070615060834/http://www.erin.utoronto. ca/~w3full/reprints/FullNapolDielAB.pdf

Fitzgerald, T. D. and Costa, J. T. 1986. Trail-based communication and foraging behavior of young colonies of the forest tent caterpillar Malacosoma disstria Hubn. (Lepidoptera: Lasiocampidae).

Ann. Entomol. Soc. Am. 79: 999-1007. Available: https://web.cortland.edu/fitzgerald/Easterntent.htm

Badarnah, L. (2008), Shading/Energy generating skin inspired from natural systems

2020 Youth Design Challenge First (2008), Moist bricks. Available: https://biomimicry.org/solution/themoist-brick/

The Royal Society Publishing (2005), Texas Horned Lizard. Available: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2015.0415

Marco, E. (2015), How termite mounds ‘breathe’? Available: https://www.science.org/content/article/how-termite-mounds-breathe

Korb, J. (2003), Thermoregulation and ventilation of termite mounds. Available: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00114-002-0401-4

Darlington, J.P.E.C. (1985). The Structure of Mature Mounds of the Termite macrotermes Michaelseni in Kenya. Available: https://www.cambridge.org/core/journals/international-journal-of-tropical-insect-science/article/abs/structure-of-maturemounds-of-the-termite-macrotermes-michaelseni-in-kenya/51E5B29E97DB74BE9EE18EB7.

Downe, M.; Lee, M.; Wakefield, B.; Phung, C. A. (2010). Davies’ Alpine House. Available: https://daviesalpinehouse.weebly.com/environment.html.

Rohe, F. M. (2021). Davies Alpine House in Richmond. Available: https://miesarch.com/work/237.

Water: United Nations (2020). Water and climate change; Water Disasters. Available: https://www.unwater.org/water-facts/

McConnel, A. (2018). UNHCR, 31 people are newly displaced every minute of the day. Available: https://www.unhcr.org/globaltrends2017/

Hess, P. (2017), Moisture Misers. Available: https://www.popsci.com/how-someanimals-survive-on-almost-no-water/

Norgaard, T., Dacke, M. (2010). Beetle Fog-basking behavior and water collection efficiency in Namib Desert Darkling beetles. Available: https://frontiersinzoology.biomedcentral.com/articles/10.1186/1742-9994-7-23

Thomas, P. (2017). Pinus canariensis. IUCN Red List of Threatened Species. 2017: e.T39603A84061236. doi:10.2305/IUCN.UK.2017-2.RLTS.T39603A84061236.en Available: https://www.iucnredlist.org/species/39603/84061236

Sidor, N. (2009). Water theater. Available: https://issuu.com/grimshawarchitects/docs/blue_01/84

Thomas, D., (2007), The mineral depletion of foods available to us as a nation (1940-2002) - a review of the 6th Edition of McCance and Widdowson. Nutr. Health. 2007;19(1-2):21-55. doi: 10.1177/026010600701900205. PMID: 18309763.

Living machines (2021). Available: https://livingmachinesconference.eu/2021/Materials:

Harris, T. (2002), How Spiders Work.

Vincent, J.F.V. (2009), Biomimetics – a review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part H Journal of Engineering in Medicine 223(8):919-39.

Beyeongseon, Y., Niraikulam, A., Hyungdon, Y., Yoo, S.C., Byeong. H.H., Jun, H., Qingye L., Hongbo, Z., Hyung, J.C. (2014), Dopa – Incorporated Engineered Mussel Bioglue with Enhanced Adhesion and Water Resistance. Available: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201406099

Menges A., Krieg, O. D., Reichert, S. (2013). HygroSkin: Meteorosensitive Pavilion. Available: http://www.achimmenges.net/?p=5612

Dutch Design Week 2019 (2019). The Growing Pavilion. Available: https://www.dezeen.com/2019/10/29/ growing-pavilion-mycelium-dutch-design-week/

2geu.edu, Evolutions of birds Available: https://www2.gwu.edu/~darwin/BiSc151/Birds/Birds.HTML

Harris, A. (2010), Bone inspired structure. Available: https://foxlin.com/andres-harris-bone-inspired-structure/

Algahtani, A. (2006), Manufacturing of high strength Kevlar fibres. Available: https://www.researchgate.net/publication/259564153_Manufacturing_Of_High_Strength_Kevlar_Fibers/citations

Megahed N A. (2012). Towards a Bionic Architecture in the Context of Sustainability. Port-Said Engineering Research Journal. 16, 181-186.

Albertson E. (N/A ). Great Moments in Presentation History: The Architect and the Egg. Available: https://www.duarte.com/presentation-skills-resources/great-moments-in-presentation-history-the-architect-and-the-egg/. Last accessed 16th November 2021.

Yari H. (N/A). Bionic Architecture. Available: https://www.academia.edu/19633305/Bionic. Last accessed 20th November 2021.

N/A. (N/A). 19th Century Architecture. Available: http://www.visual-arts-cork.com/history-of-art/nineteenth-century-architecture.htm. Last accessed 22nd of November 2021.

Snaves. (2018). Biomimetic Architecture: Sagrada Familia. Available: https://steemit.com/architecture/@snaves/biomimetic-architecture-sagrada-familia. Last accessed 1st of December 2021.

Blaine Brownell. (2019). The Evolution of Hydrophobic Design. Available: https://www.architectmagazine.com/technology/the-evolution-of-hydrophobic-design_o. Last accessed 01st of December 2021.

Rogers S A . Seascraper: Lush 3D-Printed Self-Sustaining Floating Cities. Available: https://weburbanist.com/2016/01/04/seascraper-lush-3d-printed-self-sustaining-floating-cities/. Last accessed 2nd of December 2021.

Wang L. (2015). Planning Korea unveils plans for futuristic pod city in the middle of Paris. Available: https://inhabitat.com/planning-korea-envisions-futuristic-pod-habitats-in-paris/. Last accessed 2nd of December 2021.

Serebryakova K. (2006). Captivated by nature. Available: https://www.unistuttgart.de/universitaet/profil/historie/impulse/imp/alles.php_id_6_lang_en.html. Last accessed 8th of December 2021.