DESIGN RESILIENTE ED INDICAZIONI DALLA NATURA

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Antonino Adolfo Conti
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1 DESIGN RESILIENTE ED INDICAZIONI DALLA NATURA Carlo Santulli Università di Roma La Sapienza Dipartimento di Ingegneria Elettrica Concetto di robustezza/resilienza del design Come la natura raggiunge la resilienza Esempi di spunti di ricerca

Ingegneria Elettrica Concetto di robustezza/resilienza del

2 REGOLE CONCETTUALI DI DESIGN

3 DEFINIZIONE DI RESILIENZA (ROBUSTNESS) E DESIGN La resilienza di un sistema gli consente di mantenere le sue funzioni nonostante la presenza di perturbazioni interne ed esterne. Variazione condizioni ambientali Traumi sistemici Esempi: Resilienza di un orario ferroviario in caso di guasto ad un treno di un'amicizia in caso di incomprensioni di un programma informatico in caso di virus o bug La resilienza è una caratteristica a priori del sistema, offerta da un buon design

Variazione condizioni ambientali Traumi sistemici Esempi: Resilienza di un orario ferroviario in caso di guasto ad un

4 PERCHE' IL DESIGN BIO-ISPIRATO E' INTRINSECAMENTE RESILIENTE La natura si adatta all'ambiente (non crea emergenze architettoniche ) rispondendovi proattivamente La natura compensa i difetti, anzi progetta attraverso di essi La natura ha una capacità di apprendimento continua (lifelong learning)

proattivamente La natura compensa i difetti, anzi progetta attraverso di

5 RESILIENZA E ANALISI FUNZIONALE Es.: analisi funzionale di una lampadina (escludendo la sostenibilità)

6 SOSTENIBILITA' Es.: analisi funzionale di una lampadina (includendo la sostenibilità)

7 NATURA E SOSTENIBILITA' Osservando in natura come sono realizzate le funzioni di 3 livello, dobbiamo estrinsecare nel modo più completo possibile le funzioni di 2 livello (quella di 1 livello è di solito evidente). Si possono dividere le funzioni di 3 livello in funzioni di design (legate all'aspetto dell'oggetto di design realizzato) e funzioni di sostenibilità (legate all'analisi del ciclo di vita)

8 FORMA E FUNZIONE NEL DESIGN NATURALE Ordine una forma di ordine esiste a tutti i livelli, ma la natura sceglie le rotture di simmetria per compensare i difetti Propagazione la natura usa l'evoluzione come propagazione di idee e tecnologie costruttive. Crescita è essenziale per la natura, ma poco applicata nel design. Processamento dell'energia è realizzato a tutti i livelli in natura ed in tutti gli stadi. Reazione all'ambiente (proattiva) è essenziale (o inevitabile) per la natura: il design può invece scegliere di essere di rottura rispetto all'ambiente, ma deve accettarne le possibili conseguenze (non-integrazione) Omeostasi e metabolismo è diventato importante, p.es. nel design di interni: si crea e si mantiene sempre adatto un ambiente. Evoluzione può essere un metodo progettuale, ammettendo che il design si costruisca in un processo di ricerca dell'errore Informazione - è necessario un flusso di informazioni (su materiali, funzioni, ecc.) per progettare, ma spesso lo si trascura

Processamento dell'energia è realizzato a tutti i livelli in natura ed in tutti gli stadi.

9 ROTTURE DI SIMMETRIA E COMPENSAZIONE DEI DIFETTI Biomimetic technical stem Materiali auxetici (rigonfiano se tirati) «Bleeding composites»

POROSITA' E DIVERSI LIVELLI DI SIMMETRIA Stelo del sedano Nel design naturale sono possibili diversi livelli di simmetria, per esempio la presenza di pori, come nello stelo del sedano, può

10 POROSITA' E DIVERSI LIVELLI DI SIMMETRIA Stelo del sedano Nel design naturale sono possibili diversi livelli di simmetria, per esempio la presenza di pori, come nello stelo del sedano, può nascondere simetrie a spirale, come anche il materiale collenchimale rappresenta un nido d'ape naturale, con geometrie cellulari variabili, modulate secondo le forze di compressione presenti.

può nascondere simetrie a spirale, come anche il materiale collenchimale rappresenta un nido

FUNZIONE ED ISPIRAZIONE NELLO STELO BIOMIMETICO L'equiseto invernale è una specie di struttura flangiata con inserzione di fibre o di strutture

11 FUNZIONE ED ISPIRAZIONE NELLO STELO BIOMIMETICO L'equiseto invernale è una specie di struttura flangiata con inserzione di fibre o di strutture longitudinali differenti nei canalicoli. La canna comune può venire interpretata come una schiuma naturale con pori modulabili di forma complessa.

longitudinali differenti nei canalicoli.

ADATTABILITA' E REVERSIBILITA' Geco arboreo della Nuova Zelanda (BBC) I gechi hanno sviluppato un adesivo intelligente, in grado di modificare la forza di

12 ADATTABILITA' E REVERSIBILITA' Geco arboreo della Nuova Zelanda (BBC) I gechi hanno sviluppato un adesivo intelligente, in grado di modificare la forza di adesione a seconda della superficie di contatto. Circa mezzo milione di setole copre ogni zampa di geco. La terminazione di ogni setola si divide in centinaia di spatole.

adesione a seconda della superficie di contatto.

13 MULTIPLO LIVELLO DI ORDINE STATISTICO PER OMEOSTASI Nel geco l'adattamento all'ambiente (modulazione esatta della forza di adesione) viene ottenuto attraverso due livelli strutturali di simmetria statistica (setole e spatole)

della forza di adesione) viene ottenuto attraverso due

14 EVOLUZIONE E MICROSTRUTTURA DELLA ZAMPA DEL GECO Characterization of geck o setae using electron In realtà c'è un terzo livello di simmetria che consiste nelle ramificazioni delle fibrille, tali da formare delle terminazioni spatolari. Tale struttura fibrillare è conservata per tutta la lunghezza delle setole (anche le fibrille che terminano prematuramente hanno elementi terminali a spatola). Questo significa che la propensione evolutiva a formare spatole è geneticamente scritta nelle fibrille stesse, (N. W. Rizzo et al., 449 J. R. Soc. Interface (2006))

Tale struttura fibrillare è conservata per tutta la lunghezza delle setole (anche le fibrille che terminano prematuramente hanno elementi

15 GERARCHIZZAZIONE, SIMMETRIA STATISTICA E DESIGN MULTILIVELLO Osso di seppia Nel caso dell'osso di seppia, la presenza di due piani perpendicolari di simmetria permette di ottenere un'efficiente tenuta idraulica

seppia, la presenza di due piani perpendicolari di

16 EVOLUZIONE E MICROSTRUTTURA DELLA ZAMPA DEL GECO Characterization of geck o setae using electron In realtà c'è un terzo livello di simmetria che consiste nelle ramificazioni delle fibrille, tali da formare delle terminazioni spatolari. Tale struttura fibrillare è conservata per tutta la lunghezza delle setole (anche le fibrille che terminano prematuramente hanno elementi terminali a spatola). Questo significa che la propensione evolutiva a formare spatole è geneticamente scritta nelle fibrille stesse (N. W. Rizzo et al., 449 J. R. Soc. Interface (2006))

17 CONCLUSIONI Il design naturale presenta caratteristiche di resilienza, per la connessione molto stretta delle forme strutturali (funzioni di 3 livello) e della funzione caratterizzante (di 1 livello) La rottura di simmetria in natura serve a compensare i difetti, ed ad instaurare una simmetria statistica, che è connaturata con la natura dell'oggetto naturale Dalla presenza di più livelli di simmetria si giunge alla possibilità di un design multilivello, che è connesso con la gerarchizzazione

a compensare i difetti, ed ad instaurare una simmetria statistica, che è connaturata con la natura dell'oggetto naturale

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