Naturalne procesy formotwórcze, matematyka i architektura

• Autorzy: Januszkiewicz K.

Warianty tytułu

EN

Natural form-shaping processes, mathematics and architecture

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzory, których dostarcza Natura były od zarania dziejów inspirujące dla form budowlanych. Formy te stanowiły rodzaj pomostu pomiędzy człowiekiem a właściwym mu środowiskiem przyrodniczym. Dziś uczymy się od Natury oszczędnego gospodarowania energią i materiałem, odnajdujemy w jej utworach efektywne rozwiązania inżynierskie i wzory struktur dla nowych materiałów budowlanych. A także poznajemy sposoby, w jaki środowiska naturalne i zbudowane mogłyby ze sobą najlepiej współdziałać. Aby projektować tak jak czyni to Natura w swoim środowisku, to istotne jest zrozumienie na czym polega emergencja, naturalne procesy formotwórcze oraz wiedzieć jak wykorzystywać matematykę do opisu tych procesów w sposób przydatny projektantom. Oznacza to, że należy poznać zasady i dynamikę organizacji i interakcji systemów naturalnych oraz prawa matematyczne, które opisują te systemy i mogą być zastosowane do konstruowania podobnych systemów sztucznych. W artykule opisuje się w jaki sposób matematyka dostarcza narzędzi operacyjnych nauce do tworzenia modeli, które są opisem prostych i złożonych zjawisk rzeczywistych. Przedstawia się pionierskie badania, między innymi, Alfreda N. Whiteheada (1861-1947), D'Arcy W. Thompsona (1860-1948) oraz Norberta Wienera (1894-1964), które dały podstawy do stworzenia matematycznych modeli opisujących procesy budowania formy przez Naturę. Dziś digitalizacja procesów obliczeniowych sprawiła, że te złożone, często nieliniowe procesy rzeczywiste można opisać przez modele matematyczne. Grafika komputerowa zaś stała się pomocna przy obrazowaniu przebiegu tych procesów. Obecnie następuje pewna wymiana idei i technik miedzy architekturą a dyscyplinami takimi jak biologia, fizyka, chemia i matematyka aby naśladować rozpoznane procesy. Uwaga koncentruje się na naturalnych procesach formacji i adaptacji jakie zachodzą w przyrodzie, na instrumentalizacji tych procesów poprzez modele matematyczne i techniki obliczeniowe oraz ich symulacjach i wizualizacjach cyfrowych.

EN

The models provided by Nature have been an inspiration for building forms since time immemorial. These forms have represented a kind of bridge between men and their natural environment. Today, from Nature we learn about efficient energy and material management, we find effective engineering solutions and structural designs for new building materials. We also learn the ways in which the natural and built environments could best interact with each other. In order to create designs, as Nature does in its environment, it is important to understand what the emergence, natural form-shaping processes, are, and to know how to use mathematics to describe these processes in the ways which are useful to designers. This means that it is necessary to learn the rules and dynamics of the organization and interaction of natural systems, as well as mathematical laws that describe these systems and can be used to build similar, yet artificial systems. The article features how mathematics provides operational tools to science in order to create models that are a description of both simple and complex real phenomena. It presents pioneering studies of, among others, Alfred N. Whitehead (1861-1947), D'Arcy W. Thompson (1860-1948), and Norbert Wiener (1894-1964), which gave rise to the creation of mathematical models describing the processes of building forms by Nature. Today, digitization of computational processes led to these complex, often non-linear real processes being described by mathematical models. Computer graphics has become useful when imaging the course of these processes. Currently, there is some exchange of ideas and techniques between architecture and other disciplines such as biology, physics, chemistry and mathematics to mimic the identified processes. The focus is mainly on natural processes of formation and adaptation which occur in nature, on the instrumentalization of these processes through mathematical models and computational techniques, as well as on their simulations and digital visualizations.

Słowa kluczowe

PL

procesy naturalne; matematyka; architektura; procesy formotwórcze

EN

natural form; shaping processes; mathematics; architecture

• Wydawca: Wydawnictwo Archivolta Michał Stępień
• Czasopismo: Archivolta
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 2
• Strony: 42--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Januszkiewicz K.

• Wydział Architektury, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] F. W. Cummings, A pattern surface interactive model of morphogenesis, Journal of Theoretical Biology,116, 1985.
• [2] M. Elice (red), Structural Biological Materials, Pergamon Press, Amsterdam 2000.
• [3] F. Heylighen, Self-organisation, Emergence and the Architecture of Complexity, Proceedings of 1st European Conference on System Science, 1989.
• [4] J. H. Holland, Adaptation in Natural and Artificial System. An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control and Artificial Intelligence, MIT Press, Cambridge Ma 1975.
• [5] J. Gutenbaum, Modelowanie matematyczne systemów, wyd. III, Instytut Badań Naukowych PAN, Warszawa 2003.
• [6] G. Jeronimidis, Biodynamics, AD, Vol. 74, No 3, 2004, 90-95. S. A. Kauffman, The Origins of Order, Self-Organisation and Selection in Evolution, Oxford University Press, 1993.
• [7] S. A. Kauffman, At Home in the Universe. The Search for Laws of Self-Organisation and Complexity, Oxford University Press, 1995.
• [8] C. H. Leung, M. Berzins, A Computational Model for Organism Growth Based on Surface Mesh Generation, University of Leeds, 2002.
• [9] I. Stewart, Self-organisation in evolution: a mathematical perspective, Philosophical Transactions, The Royal Society of London, 361, 2003.
• [10] H. A. Simon, The Architecture of Complexity, The Sciences of the Artificial, MIT Press Cambridge Ma 1996.
• [11] A. Turing, The chemical basis of morphogenesis, Philosophical Transactions, 1952.
• [12] A. Urbanek, Jedno istnieje tylko zwierzę. Myśli przewodnie biologii porownawczej. Muzeum i Instytut Zoologii Polska Akademia Nauk, 2007.
• [13] N. Weiner, Cybernetyka czyli sterowanie i komunikacja w zwierzęciu i maszynie. PWN, Warszawa 1971.
• [14] A. N. Whitehead, Nauka i świat nowożytny, Kraków 1987.
• [15] M. Winstock, Morphogenesis and the Mathematics of Emergence, AD vol.74, no 3. May-Jun 2004.
• [16] S. Wolfram, A New Kind of Science, Wolfram Media (Illinois) 2002.