白蚁和建筑师

一世1991年，跨国投资集团Old Mutual向津巴布韦建筑师米克·皮尔斯(Mick Pearce)提出了一个大胆的任务。该集团希望在津巴布韦首都哈拉雷建造一个名为Eastgate Centre的零售和办公综合大楼，占地55,000平方米，将成为该国最大的商业建筑。Old Mutual不想为这么大的空间支付空调的高昂费用。皮尔斯能否与奥雅纳建筑公司合作，设计出一种完全依靠被动的自然气候控制的设计?

思考问题，Pearce在白蚁土墩中发现了灵感，这些土墩在他的国家划分了大草原。最大的土墩可以高度达到几米，越过白蚁的军团，他们就像一个独立的摩天大楼耸立在一个单独的建筑工人。每个漏斗的空气通过通道网络进入一个球形巢，该巢穴容纳了数百万的白蚁，甚至更大的真菌和细菌。总而言之，典型的巢穴包含了一个小牛的炎热，呼吸生物量。Based on the ideas of the Swiss entomologist Martin Lüscher, many researchers believed the mounds acted as air conditioners, maintaining a nest’s pleasant temperature, humidity, and oxygenation by continuously exchanging hot air rising from deep inside a colony with cooler drafts diffusing down from the surface. According to Lüscher, the mounds’ towering height allowed the “hot breath” of the colony’s biomass to drive this convective exchange. Lüscher’s theory came to prominence in 1961, reaching a wide audience through an article in科学的美国人。

皮尔斯把这些土堆想象成空调，于是他设计了一幢由砖石绝缘而成的大建筑，建筑空间开阔，有精心设计的管道系统和一群群高高的热交换烟囱。这些管道将空气输送到整个建筑中，而烟囱则在白天从忙碌的住户和机器中吸走热量，并在天黑后将其排出，为建筑降温。为了把设计和工程做得恰到好处，皮尔斯自己最终变得有点像一个白蚁，从他高大的建筑师的栖木上下来，亲自在建筑工地工作，用自己的双手帮助浇筑和安装一些砌块。东门中心于1996年首次亮相，因其开创性的“仿生”设计而闻名世界，该设计以相当规模的传统建筑的一小部分成本和能源来调节其温度。

Pearce最终成为一点像白蚁自己，从他的崇高建筑师的鲈鱼下降到个人用双手劳动地劳动。

只有一个问题。虽然Eastgate中心确实如计划工作，但它在其上以完全不同的方式为基础的土堆。在同一时间，Eastgate中心开辟了大门，美国科学家斯科特特纳队正在使用丙烷泵和小型电子传感器的阵列，以艰苦地测量近50个南非白蚁土墩的煤气交换。他发现土墩并没有将温度调节，如将氧气和二氧化碳推入巢中。这种空气混合不受殖民地的内部热量，而是通过外部空气压力：白蚁建造了他们的土墩，以赶上风，而不是促进对流。一只土墩的多孔，可渗透的外表面允许空气，以便通过殖民地，而是像人肺中的肺泡一样。土墩并没有如此粗糙的空调，作为一种良好复杂的外部呼吸系统。

T.hough it was partially inspired by a flawed understanding of termite mounds, Pearce’s biomimetic design for Eastgate Centre had ironically worked so well because it unintentionally mimicked the termites’ true temperature-regulating solution, which was the mound’s permeable outer surface paired with the simple thermal capacity of surrounding soil. In addition to its duct-laced atriums and soaring chimneys, the building relied on massive foundational concrete slabs as heat sinks to store thermal energy during warmer daylight hours before releasing it during the cooler nights. “Eastgate Centre succeeded because Pearce was a very good architect rather than a crude imitator of nature,” Turner says. “And being so, he managed to converge on a lot of the same functionality the mounds actually have. It’s really pretty remarkable.”

东门中心是人们从大自然中寻找灵感和理由的众多故事之一，但却错了。但要做到这一点并非易事。我们越是试图从自然建筑中汲取灵感，就越会明白，即使是最简单的结构，也会深深与建筑师的性格和身份纠缠在一起，难以解释。我们的第一反应通常是使用我们自己世界的概念作为罗塞塔石碑。白蚁看像冷却塔一样，毕竟。这种等价的优雅和简单性使Lüscher的型号很容易。即使在今天，庇护在建筑文学中的设计的描述参考Lüscher的模型是正确的，许多科学家仍然将白蚁土墩仍然俗称“空调”。但是，由于简单的定性比较驱动的生物化的早期波浪现在正在为动物屋提供更复杂和更复杂的理解。

建筑工人和家之间的关系，没有比群居昆虫更清晰的了。小型的协作生物，如黄蜂、蜜蜂、蚂蚁和白蚁，是大自然最伟大的建设者，尽管它们的家园是按照优雅简单的规则建造的。宾夕法尼亚卡耐基自然历史博物馆的昆虫学家和蜂窝专家约翰·温泽尔说:“能做出最复杂、最有序结构的动物往往智力更有限。”“他们不是从零开始，每一代都学习一切，而是有一个天生的、本能的行为基线，可以通过连续几代的自然选择相对迅速地完善。”更大、更聪明的生物所能造的东西受到大脑和肌肉的限制。除了人类，如果大型动物建造房屋，它们通常只是挖洞或堆树枝。

这些生物多样性的硬编码行为可以被看作是昆虫基因影响超出其身体范围的延伸，在生理和环境之间形成了一个模糊的界限，生物学家理查德·道金斯(Richard Dawkins)称之为“扩展表型”。皮尔斯直接从人类熟悉的功能单位来解释白蚁丘，而其他研究人员则主要利用昆虫建筑来了解其神秘的居民。温泽尔说:“你甚至不必亲眼看到这种动物，就能很好地记录它的行为。”“你只需检查结构，弄清楚它是如何建造的。”

Wenzel说，几乎不可避免地，这些考试不仅会对被观察到的动物产生惊喜，而且是观察者。讲述示例是Orb-Weaver与裸窗网蜘蛛的比较架构。一世magine a spider web, and chances are you summon an orb-weaver’s work in your mind: A branch-hung mesh of silk spiraling around a central hub so orderly and symmetrical you would consider it beautiful, and certainly superior to the irregular skein of strands of a tangle web in a wood pile. An orb web’s beauty comes from the simple algorithm the spider follows to construct it within a single plane. By comparison, a tangle web is the result of a significantly more dynamic behavioral process of trial-and-error construction, methodically stringing and testing silk between any available surfaces until an ideal prey-trapping tension is reached. It looks messy, and primitive.

但纠结网实际上是从更原始的ORB Web派生的。几乎可以在任何地方构建缠结网，它不需要气流来捕获猎物。它的奇妙，不对称的设计允许蜘蛛开发出来的速度辐射成千上万的新物种。“像对称和顺序一样，我认为是因为对称和订单帮助我们认识到模式，我们想认为我们了解的事情，”温塞尔说。“一个纠结的网络展示了这可能出错的地方。”

东门中心是人们从大自然中寻找灵感和理由的众多故事之一，但却错了。

在20世纪80年代后期，一名更细微的结构课程奠定了一个神秘温革的根源，一再遇到作为堪萨斯大学的学生。他正在学习巢建筑Polistes Annultis.这是一种常见的北美纸黄蜂，会在屋檐下筑巢。他日复一日地观察着，工人们用小块油漆标记着一行又一行六边形的纸单元。很少有情况下，他会注意到一个工作人员放置了一个五边形，而数组的完美似乎会被破坏。按照他们简单的规则，其他工人会把这个异常的细胞扯出来，换上一个六边形的细胞，结果第一个工人的努力就白费了，他会再放一个五边形。一场来回的拔河会接踵而至，直到一方或另一方放弃为止。五角大楼通常会保留下来。有一天，温泽尔犯了个错误，在他的教授——杰出的动物行为学家鲁道夫·詹德——听到的情况下提到了这些“错误”，被教授无情地训斥了一顿。

“你在黄蜂的心中吗？”狂热士问道。“你知道什么是'错误'是什么？你不能说，你能吗？你只能衡量。只是衡量。黄蜂将告诉你这是什么;你没有告诉他们任何东西。“

温泽尔受了教训，又回到他的学习中，测量并数五边形，直到形成一个图案。五边形的位置不是随机的;相反，它们出现在预期的结构应力点，在那里，巢的后续层将被建造成弯曲的。这些异常的五边形——以及放置这些五边形的稀有黄蜂——被证明可以加强巢穴的结构，就像裁缝把裤子打褶一样。

“在我的学习中，我认为许多时候我认为是异常，病理，几乎像叛变，”Wenzel说。但是病理似乎可以穿过自适应谷，并在选择景观中达到健身的峰值。换句话说，它们可以变得有用，甚至是必不可少的。而且很难理解。

后来，我赶上了特纳，现在是纽约环境科学和林林大学的教授在锡拉丘兹。他刚刚从荷兰的一个城市规划会议中飞回，他讨论了白蚁土墩和其他动物架构，作为未来的生物摩擦“有机城市的可能启示。我问他是否有从白蚁土堆中学到的生物摩擦课程。

“当然,”他说。“我们有时会向自然寻求验证我们自己的解决方案。如果没有感情的自然世界选择了类似的东西，我们会感觉很好。但你无法在人类社会和白蚁等群居昆虫社会之间实现明显的飞跃。有不同的价值体系在起作用。”

T.他并没有阻止经典仿生学获得无数的成功。日本子弹头列车通过隧道时几乎不发出声音，这多亏了受潜水鸟喙启发的空气动力学外壳。奥运会游泳运动员穿了一件带有类似鲨鱼皮的减阻纹理的泳衣，打破了世界纪录。不断上涨的能源和材料成本催生了新一代的摩天大楼和
世界各地城市的“智能建筑”，采用仿生被动冷却系统和轻型结构支撑。

但是，根据Rupert Soar的说法，一名工程师和企业家在与特纳合作中研究了白蚁土墩，今天大部分生物化学都几乎没有模仿生物学。它将更好地描述为“生物嗜酚”的表达，这是与其他生物寻求联系的本能人类倾向。对于飙升，真正的生物化是一个比产品的过程更多，而且像纠结网的复杂混乱一样，它并不总是很漂亮。

“建筑师仍然在设计特定结构，形状和形式的特定功能方面看待这一点，”SOAR说。“但在大自然中，我们认为我们如何看到解决方案和创新出现了！我们只需看到非常简单的规则之后的生物，算法一次又一次地扑灭，与一些目标相关。“

“你在黄蜂的心中吗？你知道'错误'是什么吗？你只能衡量。只是衡量。“

一个真正的生物化，飙升，将放弃简单的生物嗜酚及其原油设计隐喻，因为鸟喙，鲨鱼斯基斯作为泳衣，或白蚁土墩作为摩天大楼。相反，建筑师和设计师将开始在大自然构建它们时建立东西。这是迭代和算法的，每个形式由许多优化的功能雕刻，每个函数中的每一个充当其自身独立的代理。SOAR和许多其他人使用了使用“代理模型系统”在其中一千，数百万，甚至数十亿个个别计划的模拟昆虫和昆虫家庭 - 每个人都有一个非常原始的“虚拟昆虫”，在一些仔细的资源中竞争有限的资源排列数字域。在其虚拟世界中的“正确”规则之后，药剂可以复制结构和形态实际昆虫在现实中创造。然而，这些系统不限于复制 - 它们也可以用于创新。有时，复杂的优化可以出现，与昆虫或人类的思想产生的任何东西都相应的相似之处。

“对于建筑问题，一个代理人可能想要解决一门窗户，另一个窗户，另一个窗户，另一个水或热量的流动，并集体谈判解决方案，”翱翔说。“这是可能的，因为计算机可以处理所需的大量信息。”

这种基于个体的方法表明，我们不需要完全了解昆虫的思想和社会，或者它们的建房习惯，就可以利用它们的力量。然而，将这些技术集成到人类架构中是有风险的。对于任何给定的问题，代理建模系统可能会得到高度优化的解决方案，但它永远无法告诉您它是如何得到的，或者得到的解决方案是否真的是最好的。出现的有机结构可能是令人惊奇的优化和华丽的，但它们仍然通过一个低效的，有时是残酷的过程发展。与现代建筑相比，这种结构通常更接近于不稳定和倒塌。也许最糟糕的是，因为代理建模系统的产品经常在一种形式中包含如此多的功能，它们可能是不对称的，混乱的，对人眼没有吸引力。

因此，我们反冲过，撤回有序，对称和坚固的东西，一些简单的混凝土和钢形 - 我们可以控制的东西，这不涉及在建筑物的设计和建筑上产生自上而下的影响。

真正的仿生学应该抛弃简单的亲生物和粗糙的设计隐喻。

尽管如此，赛季嫌疑人架构最终将进入更大的效力阶段，因为需要为更节能的建筑而生长。基于代理的优化可能会变得普遍存在，以及3D打印等新的施工技术，这将允许前所未有的架构实验和创新。人类在家里和住在家里的革命中可能发生革命。Boxy，自我相似的房屋和办公楼可以让野生繁荣的易于生产和改变的有机形式。然后，日常人员可能会与架构相互作用，几乎像昆虫一样，形成社会群，依靠生物启发环境提示建立和维护他们的家园 - 他们的荨麻疹。

在这个奇怪的未来，生物化可能变得不那么时尚自负，更多的基本互动模式 - 建筑物的占用者将从自下而上的自下而处地统一地工作，以维持其结构，每个人的行动都以新的方式为许多人的需求。“[这些环境]将是臭，嘈杂，华而不实的和纹理，充满关注的感官投入，人们会源头来决定他们接下来做什么，”SOAR说。

这些遥远的可能性和栖息地与居住者之间的深层联系听起来确实很奇怪，也许是因为它们要求我们抛弃一些似乎使我们成为人类的东西。我们会选择一个充满活力的混乱的打结的网，而不是一个简单的圆球织网或范德罗家吗?难道我们在由石头、玻璃和钢铁组成的静态、坚固的结构中，不是比在任何灵活的仿生产品中更舒服吗?也许我们是。但同样不可否认的是，我们不断地使我们的城市和经济变得越来越复杂、相互联系、响应有机，从某种意义上说。无论是好是坏，我们已经比我们意识到的更接近大自然最伟大的建设者。而且，随着我们对动物家园的理解变得越来越复杂，我们也越来越完全地从亲生物向仿生学过渡，这种融合只会加速。

自由作家李汇旗是作者五十亿多年的孤独：寻找星星之间的生活。