Design For Living: The Hidden Nature Of Fractals

{h1}

Door de lessen van biomimicry, architecten, ingenieurs, scheikundigen en anderen zijn lessen van fractals toepassen op nieuwe ontwerpen.

Kim Tingley levert regelmatig bijdragen aan Op aarde tijdschrift, uitgegeven door de Natural Resources Defense Council, en de New York Times Magazine. Deze artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd door Op aarde tijdschrift. Tingley heeft dit artikel bijgedragen aan WordsSideKick.com's Expertvoices: Op-Ed & Insights.

De klassieke geometrie is soepel en regelmatig: rechte lijnen, rechte hoeken, perfecte cirkels. Door de mens gemaakte objecten, van wolkenkrabbers tot iPhones, voldoen aan de regels, maar bijna niets in de natuur. De natuur is rommelig, grillig en chaotisch - althans zo leek het tot 1975, het jaar waarin een buitenbeentje-wiskundige, Benoît Mandelbrot, de term fractals uitvond om patronen te beschrijven die hij had onderscheiden in schijnbaar onregelmatige vormen in de natuur.

Mandelbrot toonde aan dat natuurlijke verschijnselen zoals wolken, bergen, broccoli, menselijke longen en (ja) zelfs melkwegstelsels, ondanks hun willekeurige uiterlijk, zeer georganiseerd zijn, hun grotere vormen bestaan ​​uit miniatuurreplica's van diezelfde vormen. En die replica's zelf bevatten zelfs kleiner replica's. Op het meest fundamentele niveau toonde hij aan dat elke voet van de kustlijn dezelfde onregelmatige textuur en vorm heeft als een mijl ervan, of zoals 100 mijl.

Erik Andrulis van Case Western suggereert dat alles om ons heen oscilleert tussen opgewonden en grondtoestanden als objecten draaien rond het midden van deze levensechte gyres, of draaiende spiralen.

Erik Andrulis van Case Western suggereert dat alles om ons heen oscilleert tussen opgewonden en grondtoestanden als objecten draaien rond het midden van deze levensechte gyres, of draaiende spiralen.

Krediet: R.T. Wohlstadter Shutterstock

De aard van fractals

De openbaring van Mandelbrot presenteerde een nieuwe manier om de natuur waar te nemen, niet als iets ongeordend en op toeval gericht, maar als iets ingewikkelds geconstrueerd. Het resulterende veld van fractal geometrie biedt mensen een manier om deze mysterieuze vormen te definiëren en te meten en - wanneer het wordt toegepast op het gebied van biomimicry - ze opnieuw te creëren. En het hernieuwde vermogen van de mens om de fundamentele structuren van de natuur te kopiëren, roept een voor de hand liggende vraag op: waarom doen ontwerpers dit niet vaker?

Deze vraag staat centraal in biomimicry, dat zich richt op de meest succesvolle ontwerpen van de natuur om efficiëntere en duurzamere steden, gebouwen en consumentenproducten te creëren. "Na 3,8 miljard jaar onderzoek en ontwikkeling zijn mislukkingen fossielen en wat ons omringt, is het geheim van overleven", schreef de bioloog Janine Benyus in haar baanbrekend boek uit 1997, biomimicry. Benyus denkt dat fractals ons kunnen helpen bij het oplossen van uiteenlopende ontwerpuitdagingen.

Om te beginnen: "fractals vergroten het oppervlak echt", zei ze. Stel je een eenvoudige zeshoek voor. Stel u vervolgens een hexagonaal sneeuwvlokkristal voor, in zijn vorm een ​​barok systeem van ribbels dat de basisvorm aanzienlijk bemoeilijkt zonder dat deze buiten de oorspronkelijke grenzen uitsteekt. Fabrikanten van mobiele telefoons hebben dit idee uitgespeeld en hebben al nieuwe manieren bedacht om de signaalontvangst te maximaliseren door antennes in fractale vormen te buigen, lengte toe te voegen zonder de hoeveelheid ruimte die de antennes innemen te vergroten.

Structurele eigenschappen zijn niet alleen chemie, ze zijn ook architectuur

Akoestici en architecten van concertzalen weten al dat wanneer geluid op een gladde, platte muur valt, het weerkaatst en weerkaatst. Een muur met een ruw oppervlak aan de andere kant, een die het fractaal gestructureerde oppervlak van bijvoorbeeld een met bast bedekte boom nabootst, is veel beter bestand tegen het absorberen van geluid. Bomen zijn als fractal-idee-fabrieken: Benyus ziet in hen een sjabloon voor een zeer efficiënte waterverdeling, bijvoorbeeld.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

"Begin met één diameter" (d.w.z. de stam), zei ze. "Bijkantoor, laat je vallen tot een kleinere diameter en vertak hem dan opnieuw." Dit patroon, dat herhaaldelijk wordt weergegeven in de takken van een boom, de stengels en de delicate aderen van de afzonderlijke bladeren, maakt het mogelijk dat water vrij over een maximale hoeveelheid oppervlakte stroomt. "Niets in onze sanitaire systemen lijkt zoiets," zei ze, erop wijzend dat onze buizen "altijd hoeken van 90 graden innemen. Daarom hebben we grote pompen die veel energie vergen."

Het blijkt dat het strategisch inbedden van fractalvormen in bijna alles dat ding sterker maakt. Natuurkundigen hebben beton duurzamer en ondoordringbaar gemaakt door fractals te gebruiken om de ingrediënten te manipuleren. En onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van de Universiteit van Harvard hebben onlangs een biologisch afbreekbaar alternatief voor plastic ontwikkeld, bekend als shrilk, dat zijn uitzonderlijke kracht dankt aan de inspiratie voor zijn engineering: de fractale lagen van de cuticula van een insect. "[Veel van] de structurele eigenschappen in de natuur zijn niet alleen chemie," vertelde Donald Ingber, de directeur van het instituut, de Harvard Gazette. "Het zijn architectuur."

Inspiratie vinden in de natuur is natuurlijk niet nieuw. Maar actief de natuur bevragen over zijn beste praktijken is. Het lastigste deel van biomimicry is niet alleen weten wat kopiëren, maar ook wanneer en waar. Als we echt hopen samen te werken met de natuur aan nieuwbouw- en ontwerpprojecten, moeten we onze rol daarin opnieuw bekijken.We moeten ervoor zorgen dat we onze behoeften in balans brengen met de behoeften van ons grotere ecosysteem, dat - hoewel het er rommelig uitziet - in feite bestaat uit talloze onderling verbonden systemen die, fractal-achtig, het geheel weerspiegelen.

Fractals nodigen ons uit om de natuur te bewonderen vanwege haar schoonheid en functionaliteit - om naar buiten te gaan, op zoek te gaan naar deze mysterieus herhalende vormen en dan proberen uit te zoeken wat hun doel zou kunnen zijn.

"De aard van fractals is bedoeld om geleidelijk door de lezer te worden ontdekt," schreef Mandelbrot, "niet in een flits onthuld door de auteur." Het vergt oefening, geduld en onderdompeling om ze te zien. Maar als je dat eenmaal doet, zijn ze overal.

Dit artikel verscheen voor het eerst als "Ontwerp voor het leven"in Op aarde tijdschrift. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Benoit Mandelbrot - Hunting the Hidden Dimension Nova (2008).




Onderzoek


Waarom Je Tijd Moet Besteden Om Niets Te Doen, Volgens De Wetenschap
Waarom Je Tijd Moet Besteden Om Niets Te Doen, Volgens De Wetenschap

Een Zachte Aanraking Kan Het Harde Gevoel Van Afwijzing Wegnemen
Een Zachte Aanraking Kan Het Harde Gevoel Van Afwijzing Wegnemen

Science Nieuws


Moet Ik Me Zorgen Maken Over Verdoving?
Moet Ik Me Zorgen Maken Over Verdoving?

Haargroeimiddel Gebonden Aan Mannelijke Seksuele Problemen
Haargroeimiddel Gebonden Aan Mannelijke Seksuele Problemen

Decibels Ontleden: De Luidste Dieren (Infographic)
Decibels Ontleden: De Luidste Dieren (Infographic)

Nazi-Verworven Boeddhabeeld Kwam Uit De Ruimte
Nazi-Verworven Boeddhabeeld Kwam Uit De Ruimte

Waar Blijft Het Spul Weggespoeld Door Een Tsunami Go?
Waar Blijft Het Spul Weggespoeld Door Een Tsunami Go?


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com