给绿色建筑一个更聪明的皮肤

在食物、衣服和住所这三种基本的物质必需品中，建筑代表了最大的资本成本，体现了最多的能源。这取决于你如何计算生命周期成本和投入，它们约占我们能源使用量的40%。

许多人长期以来一直认为，我们的建筑设计和建造存在缺陷。然而，只是在最近才有人提出采用来自自然的范例而不仅仅是形式的替代方案。这些范例仅仅是“建筑即机器”乌托邦梦想的延伸吗?我认为它们是根本不同的，我将在下面概述为什么我这样认为，并描述一个开创性的合作关系，可能会改变我们的建筑方式。

首先，自然如何设计一个建筑?自然和科技在技术上的差异再明显不过了。

我们从静态的蓝图中工作，详细说明了所有的方法，材料和空间安排在一个固定的时间。大自然却没有，它更愿意从DNA开始，用配方而不是蓝图来传授信息。食谱只告诉你什么成分被混合了，怎样混合，什么时候混合。最后的形式可以有很大的不同，当我在厨房的时候，我的女儿可以证明。

我们倾向于自上而下地工作，设定目标和目标、愿景、五年计划、国家倡议、公司指示和建设项目。大自然是自下而上建造的。

模块化建筑吗?大自然在很久以前就完善了它。它的构建过程是基于将少量氨基酸串在一起形成数千种蛋白质分子。反过来，这些细胞又根据形状在功能上分化，组成构成细胞的细胞器，构成生命的基石。令人难以置信的是，每一个细胞(除了生殖细胞)都包含整个有机体所需的所有遗传信息，但只有某些基因在细胞中表达，使其成为叶子、茎或根的一部分。

我们结合建筑材料;自然集成它们。这是自底向上方法的关键区别:解决方案在本质上是通过规模层次结构来促进功能的。想想根和它用来从土壤中获取水分和养分的所有层次的组织，从一个有效的分支系统到生长的根毛顶端的保卫细胞，再到内部的渗透机制。

为了建造，我们获取材料，通过弯曲、切割、钻孔，然后将零件固定在一起并扔掉废料，将它们加工成我们想要的形状。大自然不会为这一切而烦恼，而是在需要的时候按形状来形状。

我们建造东西是为了固定不动，更喜欢大多数结构的稳定性和刚度。大自然不太关心这些问题，而是为了坚固和耐用而建造。史蒂芬·沃格尔在他的经典著作中写道猫爪和弹弓提供了一个很好的讨论。正如他所说，“人类通常以足够的刚度为标准建造，而大自然则以足够的强度为标准建造。”

我们的结构不会发生太大变化，因为我们太在意它们是否能保持不变。这在本质上并非如此。对一个有机体来说，“未改变”意味着“死亡”。维持一种动态的不平衡是维持所有生物世界运转的关键。在我看来，这是使我们的建筑世界更可持续的关键概念。“免费上网”在现有的化学或物理梯度上，正如我以前写过的这将是一个值得效仿的重要策略。

因为我们的结构变化不大，所以它们不会适应。自然是关于适应性的，当然，这意味着实时反馈回路以及所有与之相关的传感器、驱动器和信息程序。我们正在赶上。

这也意味着，对于自然来说，最基本的重点是部件的灵活性。这与我们对支撑、螺栓、扣板、螺丝和钉子的痴迷形成了鲜明的对比。这种灵活性的有机设计，以及各种各样的生存策略，是我们这个世界上最优雅的形式。

自然形式的优雅对教授们来说是不会消失的路加福音李和Maria-Paz Guttierez的加州大学伯克利分校但他们看到的美部分在于功能。生物工程系的Lee和建筑系的Guttierez合作进行了几项调查，使我们更接近于建筑的更自然的功能。

它们主要与建筑的表皮有关，以及该表皮如何表现出上述的一些特征。它能更聪明、更有弹性、更高效、更能干吗?他们的想法代表着生物工程领域的技术进步向建筑领域的重大智力转移。

在一个项目中，他们建议开发一种新型薄膜建筑膜的基础。膜的目的是控制三件事:湿度、光线和温度的传输进入建筑物。在美国所有建筑中，空间供暖、制冷和空调大约占最终能源消耗的三分之一。

和许多自然过程一样，膜系统利用它所寻求控制的环境条件的产物作为驱动器。在薄膜中，由建筑的大气产生的多余的水分，在薄膜中触发开口，将其减少到一个可接受的舒适区域。

其他设计这种类型的系统的尝试，但作者声称，这是第一次结合生物启发原则，以达到这样的自动化控制水平。该系统依赖于所使用材料的物理特性，因此不需要动力和机械元件的大块材料。Guttierez认为，他们方法的革命性之处在于“材料已经成为系统”。

有几个原因可以解释为什么这项工作，尽管在它的早期阶段，是重要的。

纳米和微尺度的材料及其结构将取代以前用于解决建筑气候控制问题的能源。换句话说，物质现在是具有适应、调节和控制能力的活性物质。这不仅仅意味着能源的使用，因为这种系统可以比那些依赖电力和机械电枢的系统更加耐用和可靠。

针对新挑战的规模化解决方案也使这类工作具有重要意义和开拓性。一个可能的好处是能够更有效地校准建筑条件。创新有多种形式，而这一创新是通过改变解决问题的尺度来实现的，比如解决水分过多的问题。随着科学技术向建筑应用的转移继续进行，这种类型的创新可能会变得更加广泛。

此外，如果研究人员能够证明他们的概念解决方案的实用性，这将拉动创新制造技术。Guttierez认为在未来，随着建筑越来越多地校准到这种分子尺度，许多建筑过程将来自实验室。这只会扩大和加速本项目中看到的跨学科方法。

最后，膜系统被提出作为热带地区临时住房的解决方案，但这种类型的技术的影响可能在社会中广泛存在。正如李所说，“……社会影响很重要:对我来说，提供一个清洁的环境是第一位的，其次是节约能源。”作为一名根深蒂固的工程师，他急于用数字来衡量这种贡献。

[编者按:本文进行了更新，以简化对研究人员工作的解释;因为这是一项正在进行的研究，所以工作的细节可能会发生变化。

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。他是公司的创始人兼总裁BioDreamMachine这是一个非盈利教育机构，为K12学校带来生物灵感设计和科学教育。

_{建筑- - - - - -http://www.flickr.com/photos/sashafatcat//CC 2.0}