心访谈

珍妮•班娜斯:如何向自然学习设计

作者:杰瑞德•格林   景观中国出品

嘉宾介绍

珍妮·班娜斯是Biomimcry 3.8公司和仿生学协会的联合创办者。她是一位生物学家、创新咨询师以及6本书的作者,包括《仿生学:来自自然的创新》。

关于嘉宾: 

珍妮•班娜斯是Biomimcry 3.8公司和仿生学协会的联合创办者。她是一位生物学家、创新咨询师以及6本书的作者,包括《仿生学:来自自然的创新》,在这本书里她命名仿生学为一门新兴学科,模拟自然设计和程序创造一个更健康、更加可持续发展的地球。 

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向自然学习设计

为什么要向自然学习设计?为什么自然的方法一定是最棒的?

珍妮•班娜斯:地球上有生命已达38亿年,那时就知道地球上该生存什么。它有许多好的想法。空前的长久。不能在地球上生存的物种就被淘汰,能够生存的就被下一代优化保留。自然选择那些能够在区域生存良好的物种以及可以创造生活条件的物种。

我们现在看到的是之前生存在地球上1%的物种;它们是精英中的精英。它们的设计方案是在地球的背景下完成的。它们被设计发挥极限的力量,制造大部分的机会。发挥它们栖息地极限和机会的有机体胜出,留在地球上。这个方法建造出情境塑造的适应力——技术。我们称这种适应为"生物智能",因为这些设计中充满智慧。

当你问"为什么设计使用自然的原则和模式?"时,我想是这样的:它们以无悔的方式在地球上生存了下来。意外后果?已不复存在。我不能想到更好的模型了。

仿生学进化史

在过去的几十年,仿生学设计运动是如何进化的?从哪里开始的?你是怎样走到今天的?途中发生了什么事?

珍妮•班娜斯:在过去的几年里,仿生学从一个文化基因发展成一场运动。当我写《仿生学:来自自然的创新》时,观察自然寻求灵感的理念只是文学上一个微弱的信号。我发现一些关于受叶子启发创造的太阳能电池、受牧场启发建造的农业、蜘蛛丝和纤维以及受生态启发创造的商业的文章,但是这些理念只在一些小众的杂志上发表。

我当时发现受自然启发进行创新的方法开始流行,但是它没有名字!我把它命名为仿生学,出乎意料它成为一个受人瞩目的文化基因。我认为出版后大部分科学作者的反应是沉默。但是相反,我的电话快被打爆了。然后许多公司打电话说"让生物学家参与到我们的设计中来,因为我们需要解决方案,我们想知道自然是如何解决这个问题的。"

1998年,戴娜•鲍迈斯特博士和我创办了生物学家公司(Biomimicry 3.8),将生物知识与创新者结合起来。我们想它应是关于产品设计和工程学,事实上它就是这样。我们为许多客户创造了产品,从美国波音公司到耐克公司到绿山咖啡公司到美国通用电气公司、通用磨坊公司、英特飞公司、宝洁公司以及金百利克拉克公司,有250个客户。现在还有许多财富榜上50强的公司。我们解决他们最困难的可持续发展的问题,而且我们培训公司实行仿生学思维。

慢慢开始有人对将仿生学融入建筑世界中很感兴趣。简•雅各布斯就是第一个。她突然地给我打电话。在大学的时候,我是《美国大城市的生与死》的忠实读者,并不是因为我是城市规划师,而是因为我是一个作者,其意义明确的论文会教我如何写作。当她给我打电话时,我震惊了,因为我确定她已经传播出去了。在80岁左右,她阅读了仿生学,并把它作为圣诞节礼物送出去了。她正在写一本新书,以仿生学作为主要点。鲍勃•伯克比利(Bob Berkebile)让我在AIA环境会议上演讲。仿生学就是从这里起步的。美国霍克公司和美国晋思公司这样的客户雇佣我们,我们正在考虑怎样将仿生学应用到建筑、景观以及城市层面上。

2006年,我们创办了非营利机构仿生学协会,给人们分发工具,让人们有机会通过设计挑战实践仿生学。现在我们有了AskNature.org,它是一个有31个中心的全球网络,我们现在是全球设计挑战的第6年。我们最新的挑战——食物系统——吸引了将近71个国家的2000人。仿生学已经从一个文化基因转变成一场运动,因为它给人们带来许多感觉。它是一个全新的学科,第一次在大学、工业和这个时代思潮中开设,这不是经常发生的。

人们正在绘制仿生学画布。我们已经将自然模型应用到了工程学、建筑、城市规划、计算、医药、化学、机器人学、产品设计、甚至是财政上。现在可以将仿生学应用到社会创新中——管理、领导能力以及组织结构中——这是一个新的关注点。

 

仿生学设计与创新

如今仿生学设计和创新中最令人兴奋的区域是什么?什么有潜力改变此格局?

珍妮•班娜斯:你不能在没有拯救这个游戏时就谈论改变游戏。气候变化缓解策略现在很棘手,最好的策略就是2个仿生学方法。

第一个策略是生物隔离,要明白如何获通过深层土壤获得大气中的碳储存。解决的方法不是通过农业产业化或林业产业;要通过生态系统启发的土地利用达到——自然画面中的农业和牧场和林业。生态系统肯定能储存碳,仿真模型就是这样做的。我认为囊括受生态启发创造的土地管理方法的设计原则也能应用于景观设计中。

景观设计师已经开始建造多功能景观。同时人们要求建造更多的绿色空间,尤其是在城市中。它们正在寻找碳沉降的方法。因为我们在过去的200年里丢失了土壤中一半的碳,我们要填满这个半满的容器。当你开始查看联合国政府间气候变化专门委员会的报告时,他们支持自然启发的混合种植农业或混养。他们支持农林间作——将树木和农作物混合种植。他们开始表示最具前途的一个策略是循环放牧——将牛放到大群水牛之前漫步的区域上,然后在向前移动。这个程序能真正的产生深根草,将碳传输到土壤中,供养微生物,储存碳。当我第一次写它时,被看作是激进的方法。现在,它被认为是我们必须要做来对抗气候变化的事情,同时还要减少温室气体排放、使用清洁能源和智能能源。我们一旦停止了这种疯狂的排放形式,依然有最后一个难题——沉降我们已经排放的碳。

另一个仿生学策略是利用有用的产品捕获二氧化碳。现在我们能基于珊瑚礁方法建造碳储存混凝土,因为珊瑚一直将二氧化碳储存在混凝土状的暗礁里。我们能使用碳污染制造塑料,有50%的二氧化碳成分。这有8家公司被政府间气候变化专门委员会提到,获取二氧化碳,将它储存在聚合物以及混凝土和建筑产品里,就像蓝色星球公司所做的那样。今年的XPrize被称为碳X。有2000万的美金奖励给获取二氧化碳并转化成有用产品的团队。为什么这个程序是仿生学的?植物将二氧化碳转化成糖、淀粉、纤维素。这是个难题。我们在灭火器中使用二氧化碳的原因是它反应性差——它很难转化成其他东西。你可能要加很多的能源,或者有超级酵素将二氧化碳连接到碳纤维长链中。但是植物和珊瑚以及软体动物整天都在进行这项活动。突然,自然将二氧化碳转变成材料或燃料的方法在二氧化碳隔离中是必要的了。这是传统的仿生学,这次,它帮助我们对抗气候变化问题,把我们200年的二氧化碳呼出密度利用起来。

另一个使我兴奋的地方是循环经济的概念,它不是将东西丢进垃圾堆,我们要回收利用这些材料,模拟自然世界中的流动。这个概念来的正是时候,因为随着3D打印,制造业就要回归家园,使用当地原料。当打印店出现在每一个零售角落时,产品不会跨越全球但设计会。我很兴奋,因为仿生学结构蓝图是利用原始材料并使其富有功能的好办法。根据它们内外的结构,生活的结构就很详细了。想想动物形状,减少外部的累赘和分水界,但内部就是复杂的骨头城堡,因为其设计坚固且轻。3D打印机的算法——生成设计文件——正逐渐来自于生物学。

应用于建筑中的一个主要的、最佳的技术是被称为OptiStruct的软件,基于骨算法设计。这项技术模拟骨头如何在压力线上所需的部分放上材料,在不需要的地方移除材料。这些骨算法被看作是桥梁和建筑横梁,而且40%用于轻型空客的新肋拱和机翼装备。除了形状,我认为自然的低温、低毒化学品也变得很重要——打印机上安全的化学品,以及生物启发的分解的化学品——这样我们能归还产品,打印成其他东西。

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在AskNature.org网站上,能看到动物和植物类别。这个植物类别同样吸引人。植物能教给景观设计师关于设计方面的信息呢?

植物是水循环中的主力,但是有些事情我们现在刚学到。10年前,气候科学家试着解决一项难题。雨林是如何在旱季产生树顶上的云朵呢?它们在哪儿发现的水分蒸发化成云朵的?这被称为水分再分配,下面是它工作的流程。雨林中的一些灌木有深根和浅根。在雨季,浅根吸收雨水,传输到主根中,渗入到深层土壤中,储存用于未来使用。当旱季来临,情况倒转过来。主根将水提升上来,传输到浅根里,这样其他有机物就能获得水分。亚马逊10%的降水以这种方式再分配。我能看到景观设计师在项目中种植一些"生物灌溉器",这样即使在旱季,水也能从土壤中释放出来,通过浅根进行再分配。这是自我灌溉的景观。我喜欢这个。

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植物也向我们展示了如何从大气中提取水分。在纳米布沙漠,植物从干燥的区域里梳理出水分来,有时产生雾气。红木就是这样的。加州大学伯克利分校的研究员托德•道森展示了30.5米(100英尺)的红木一晚上能聚集相当于2.5厘米(4英寸)的降水。水凝缩在针叶上,滴落下来。这是很大数量的水。
 

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植物状的汲水以及凝结水珠输送到根部的程序能转变成工程学景观设计方案。

植物怎样移动水分也是惊人的。它们通过毛细作用将水移动到非常细的柱子中,就像细细的吸管一样。你会认为这些吸管直达树木的树干,却不是。在树里,这些吸管构成一个细细的套管,树皮下的圆筒。一些吸管将糖传输到根部,其他吸管将水分提升上来。有趣的是,这些吸管不会径直的向上向下;它们从下到上以螺旋状的结构包裹树木。这意味着如果你丢失了根部网络的一边——被建筑装备切断——这棵树也不会死。如果这些吸管从根部直上,树木被破坏的左边树干就不会运输水分。由于螺旋木质部,右边根部的水分传开,到达每个树干。这就是弹性发展。

植物没有墩基础;它们有水平树根。亚利桑那州立大学有一个研究生物媒介和生物启发土工学的新工程研究中心,刚刚从国家科学基金会上获得几百万美元的资金。他们的项目之一是更好的了解根部将树木固定在陡峭的山坡上的方法,以此来帮助他们重新设计低影响地基。树木有许多明智的方法。

 

宜居城市

仿生学怎样过渡到城市水平?我们能模仿什么样的自然系统使我们的城市更加有效和宜居?

珍妮•班娜斯:城市是仿生学中一个有趣的地方。当我们城市规划的客户问我们:"我们怎样将自然的原则应用到城市中?"时,我们反过来问"那一个城市像生态系统一样运作是什么意思?"

我们认为仿生学城市应该和附近的野地是没有区别。它应该产生有益的服务,就像本土生态系统一样,因为仿生学不是关注外形而是功能的问题。我们开始寻找附近可供参考的栖息地,如果我们不在这里,会生长着什么植物。我们发现了牧场或森林或湿地的残余物。我们能测量它们如今怎样运行的,而不是历史上。我们所测量的事情是与人们息息相关的事情——称为生态系统服务。这些事情如净化水源、储存水源、保护土壤不受侵蚀、支持生物多样性和传粉昆虫、管理害虫,森林和其他天然系统都能做到。

我们不是集中于经济价值(后来可以考虑)而是数量上。每年每英亩能够储存多少碳?一场暴雨中能储存多少水?能净化多少空气和水?多少营养是可以循环的?可以冷却几度温度?可以建造多少土壤?我们将生物文学与GIS模型配对使用获得这些数据。

然后我们对城市管理者、规划师以及这个区域的居民说:这是新的性能标准。你的发展区——建筑和人行道和街道和绿色景观结合——能与附近相等的野地区域发挥的功能一样吗?我们称它们为生态性能标准。现在它不仅仅是以隐喻的方式提供生态系统服务的事情——它是关于达到或超过当地可测量数量的事情。这是不可思议的、期望中的目标,但我们知道这是可行的,因为野地正在进行着。我喜欢它是因为它与当地相关,因为它给社区一个设计的框架。一旦一个梦幻城市终止了这些度量值,每个设计干预——每个绿色屋顶、每英尺可渗透的铺装路面,每个自我灌溉的景观——都会增加。试问这个问题——该城市应该返回给周围区域多少东西呢?

城市有一个目标,能够通过修复和新建达成。每个建筑有一个目标。每个街区有一个目标。每个区域有一个目标。最后,我们能看到我们所有的设计干预组合在一起产生的结果。如果我们想要一个城市像当地生态系统一样运作,我们就有了设计的方式。

就印度拉瓦萨的一个项目来说,我们为孟买东南部的一个新开发区创造了生态性能值,需要为3000到5000人提供5个新城市村落。我们与霍克公司合作规划一个主体规划方案以及一个景观主体规划方案,解决季风季节雨水问题,因为它们能引起大量的土壤侵蚀问题。在3个月的时间里,这个区域获得了8.2米(27英尺)的水,但在附近的西高止山林地里,没有明显的侵蚀现象!霍克公司的景观设计师因为这个挑战非常的兴奋。他们说他们好像回到了学校,熬夜研究他们怎样建造出一个植物景观,能获得100%的土壤保持。我们提供了生态性能值,但景观设计师想出一个方案获得了生态性能值。

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全球农业生态系统

话说以生态系统为基础的农业,通过在土壤中储存碳能解决多少气候问题?它会利用什么获得一个更加可持续性的全球农业系统?

珍妮•班娜斯:正如环境人士保罗•霍肯所说,只改善能源有效性并不能去除碳,更何况空气中的碳。碳会存在几个世纪,除非我们想办法收回它,回归原处。与Project Drawdown一起,他和同事正在模拟100个从现在到2045年减少气候变化的有效策略。数据没有全部计入,但是前20个策略正在做大量的工作。在那20个策略中,生物隔离——深根将碳传输到储存区,可以保存几个世纪——是最大的玩家。它不是良方;它不会替代消减排放或使用清洁能源,但是它会是对抗气候变化最大的贡献者。2014政府间气候变化专门委员会针对决策者的框架是明显的:即使我们完全削减了排放,但几世纪以来我们依然在解决气候变化产生的影响,如果不想达到千年,就要沉降碳。

我感觉大型的产业化农民只在有物质鼓励的情况下才会储存碳。一旦隔离二氧化碳的市场出现,土地管理体制可能会改变。但是工业化农民不会种植全球食用的大部分食物。人们没有意识到全球所使用的70%的食物是只有三分之一的人口(被称为小农)种植的。他们的农场不到2公顷(5英亩),必要时要有机种植——不使用肥料或杀虫剂。食物和饮料工业也在依靠这些人提供有机原料。突然,产生了一小部分的中间商,要求健康的土壤实践。在这里我们消费者也要参与进来。

如果消费者要求食物和饮料厂发誓他们会与这些小农合作,不仅使用有机实践,还会使用仿生学碳种植技术,我们会产生很大的影响。这些工厂会说:"我们会从你们那里买,如果你在土地上实践仿生学农业——一种生态系统启发的混养和植物/动物结合的产业,产生深根物种、健康的土壤微生物和长期的碳储存。"

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我们已经规定了如何种植食物。我们会问:"它包括转基因生物吗?它包括激素吗?"几年前,难以想象我们会如此认真对待食物的故事。气候友好型农业是另一个层面。推动力来自于消费者和碳经济市场。 12月在巴黎参加气候变化峰会的国家即将会面,他们会消减碳排放或储存更多的碳。他们会意识到更加正确的土地利用——农业、林业、放牧等——只占四分之一的温室气体排放量。运输部只占19%。当他们开始寻找如何发挥金钱的最大效益,我们就要利用津贴达到碳目标。你打算怎样进行碳种植?

所以当我查看缓解景观时,我看到仿生学出现在一些最新的方案中用来沉降碳:牧场启发的农业、农林业、蹄类动物启发的循环放牧以及收集区域的二氧化碳转变成有用的产品。我们要从收集每个二氧化碳和甲烷分子开始。这也是城市中要进行的事情。为什么没有中央公园因碳隔离服务和健康的土壤生产而受到赞扬?另外,作为对抗气候变化的重要贡献者,一个大气的城市只是一个更好、更健康、更加漂亮的居住区域。这就是为什么仿生学受欢迎的原因——它只良好的、无悔的设计。


高银锋/译

 

原文链接: http://dirt.asla.org/2015/11/04/interview-with-janine-benyus-on-how-to-design-like-nature/

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