Những tiến bộ trong công nghệ sinh học đã đang mở ra những cơ hội cho lĩnh vực kiến trúc, với tiềm năng tạo ra môi trường xây dựng xanh bền vững hơn. Vậy công nghệ sinh học là gì? và chúng được ứng dụng như thế nào trong kiến trúc ? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu trong bài viết hôm nay.
Nền văn minh nhân loại đang đối diện với một thời kỳ khó khăn. Nhu cầu tiến bộ nhanh chóng đã dẫn đến tăng cường hoạt động xây dựng hạ tầng, làm gia tăng tình trạng phá rừng, khai thác tài nguyên thiên nhiên và ô nhiễm môi trường. Một báo cáo của Bimhow chỉ ra rằng ngành xây dựng toàn cầu góp phần 23% vào ô nhiễm không khí và khoảng 40% vào ô nhiễm nguồn nước, đồng thời tạo ra hơn 50% tổng lượng chất thải chôn lấp. Những số liệu này là một cảnh báo mà chúng ta cần chú ý, làm cho ngành công nghiệp AEC cần dừng lại và con người cần suy ngẫm về hành động của mình.
Kiến trúc công nghệ sinh học là gì?
Để giảm thiểu ảnh hưởng của các hoạt động xây dựng đối với môi trường, các kiến trúc sư và nhà sinh học đang nỗ lực tạo ra sự hài hòa giữa xây dựng và thiên nhiên. Tầm nhìn này có thể được thực hiện thông qua việc đổi mới và lấy cảm hứng từ thiên nhiên về vật liệu, hình thức và công nghệ xây dựng. Kiến trúc công nghệ sinh học kết hợp lý thuyết về tự nhiên với nguyên tắc thiết kế tòa nhà để khuyến khích sự cùng tồn tại của con người và trái đất. Công nghệ sinh học trong kiến trúc sử dụng các vật liệu sinh học có thể tái chế, tạo ra năng lượng và có khả năng tự phục hồi.
Kiến trúc đang áp dụng công nghệ sinh học như thế nào?
Sự xuất hiện của công nghệ sinh học trong lĩnh vực kiến trúc đang mang lại một giải pháp hứa hẹn cho cuộc khủng hoảng môi trường hiện nay. Các thử nghiệm về ứng dụng của công nghệ sinh học hiện đang tiến hành ở mức độ thử nghiệm ngoại vi, với mục tiêu tìm ra giải pháp cho các ứng dụng quy mô lớn hơn. Dưới đây là những hướng tiếp cận chính mà công nghệ sinh học được áp dụng trong lĩnh vực kiến trúc.
Công nghệ sinh học trong vật liệu xây dựng
Mycelium, một phần sinh dưỡng của nấm, đang được nghiên cứu như một lựa chọn vật liệu thay thế trong ngành xây dựng. Các nghiên cứu mới liên quan đến việc tạo ra vật liệu tổng hợp sinh học từ mycelium không chỉ đánh dấu sự đột phá trong lĩnh vực khoa học vật liệu mà còn đóng góp vào việc hình thành một tương lai bền vững cho ngành kiến trúc.
Loại nấm này được sử dụng phổ biến nhờ vào quá trình tái chế các chất thải sinh học khác nhau thành vật liệu xây dựng tổng hợp bền vững và có giá trị kinh tế cao. Với các đặc tính và ứng dụng có thể điều chỉnh như vật liệu cách nhiệt, tấm ốp, sàn và các đồ nội thất khác, vật liệu tổng hợp từ sợi nấm có khả năng thay thế cho foam, gỗ và nhựa. Chúng có các đặc tính cách nhiệt và cách âm vượt trội so với các vật liệu truyền thống như foam tổng hợp và gỗ kỹ thuật.
Các dẫn xuất của sợi nấm hiện đang được nghiên cứu và thử nghiệm để áp dụng trong không gian kiến trúc. Nếu nghiên cứu này thành công, chúng ta có thể trồng vật liệu xây dựng trực tiếp trên các hành tinh khác, giúp giảm chi phí tổng cộng cho vận chuyển và xây dựng các công trình mới.
Một nghiên cứu khác được thực hiện tại Đại học Công nghệ Delft bởi Henk Jonkers đã giới thiệu một khái niệm mới về bê tông tự phục hồi. Theo giả thuyết này, các vi khuẩn ưa nước được kết hợp vào hỗn hợp bê tông sẽ phát triển và nở ra, cuối cùng hàn gắn các vết nứt rất nhỏ khi hơi ẩm trong không khí thấm vào. Khi nghiên cứu được tiến hành với độ chính xác cao hơn, việc phản ứng của các vi khuẩn với môi trường ẩm ướt được khuyến khích, thúc đẩy sự hình thành của tinh thể canxit.
Công nghệ sinh học cho hệ thống tuần hoàn không khí
Nhóm nghiên cứu của Hiroshi Ishii tại MIT đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu sinh học có khả năng thay đổi hình dạng khi tiếp xúc với nước. Tương tự như bê tông tự phục hồi, vật liệu này được chế tạo từ các lớp bào tử vi khuẩn và nhựa mủ, có khả năng phồng lên hoặc co lại, phụ thuộc vào lượng nước được hấp thụ.
Bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự, các nhà khoa học đang nghiên cứu cách xây dựng toàn bộ bề mặt bên ngoài của các tòa nhà bằng những vật liệu như vậy, tạo ra một cấu trúc ‘thở được’ và duy trì luồng không khí liên tục xuyên suốt.
Phương pháp này không chỉ giúp cấu trúc tự duy trì sự sống mà còn tăng cường sự trao đổi khí, cho phép những người sống trong tòa nhà hít thở và tiếp cận không khí có hàm lượng oxy cao.
Công nghệ sinh học để sản xuất năng lượng
Một ứng dụng phổ biến của công nghệ sinh học trong kiến trúc liên quan đến nghiên cứu về quá trình trao đổi chất của tòa nhà, được thực hiện bởi Trung tâm Công nghệ Sinh học trong Môi trường Xây dựng (HBBE). Lý thuyết cho thấy, tòa nhà có thể xử lý chất thải sinh học được tạo ra bởi những người sống bên trong và chuyển đổi chúng thành năng lượng hoặc các sản phẩm hữu ích khác. Cụ thể, phương pháp này sử dụng các lò phản ứng sinh học quy mô nhỏ để chuyển đổi chất thải từ con người và thực phẩm thành điện năng, sản xuất chất dinh dưỡng, enzym có khả năng phân hủy nhựa và tạo ra các sản phẩm có giá trị.
Trung tâm Công nghệ Sinh học trong Môi trường Xây dựng (HBBE) cũng đang tập trung vào việc nghiên cứu cách để tạo ra sự cân bằng lớn hơn giữa con người và môi trường xung quanh, bao gồm vi khuẩn và vi rút, hình thành hệ thống “microbiome”.
Công nghệ sinh học trong thiết kế xây dựng
Mô phỏng sinh học là một lĩnh vực đa ngành chứa đựng các ý tưởng thiết kế sáng tạo và các nguyên tắc làm việc được lấy cảm hứng từ tự nhiên. Nó liên quan đến quá trình thiết kế và thử nghiệm với các vật liệu tự nhiên, kết hợp chúng vào các kiến trúc mà người dùng có thể trải nghiệm. Mục tiêu của mô phỏng sinh học là tìm ra các giải pháp phù hợp cho một tương lai bền vững và an toàn.
Những ví dụ sớm nhất về mô phỏng sinh học xuất hiện từ thời kỳ xa xưa, như vào năm 1436 khi Filippo Brunelleschi nghiên cứu vỏ trứng để thiết kế một mái vòm mỏng nhẹ cho nhà thờ của ông tại Florence. Cuộc nghiên cứu này đã truyền cảm hứng cho hàng triệu người làm điều tương tự. Ngày nay, mô phỏng sinh học được áp dụng để giải quyết các thách thức liên quan đến biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên, cũng như giảm thiểu mất mát đa dạng sinh học. Dưới sự xem xét cẩn thận về nguồn lực và kỹ thuật, chúng ta còn có thể sử dụng tầng sinh quyển để “hít thở”.
Trường hợp cụ thể
Dự án Hy-Fi đại diện cho sự can thiệp thiết kế xuất sắc nhất từ cuộc thi “Chương trình Kiến trúc sư Trẻ” (YAP). Dưới bàn tay của kiến trúc sư chính của ‘The Living’, David Benjamin, dự án này tập trung vào việc áp dụng phương pháp tiếp cận bền vững. Hy-Fi giới thiệu viên gạch được trồng trong khuôn từ vật liệu tổng hợp từ sợi nấm và được kết dính lại với nhau bằng chất kết dính từ hệ tiêu hóa. Dự án này đại diện cho sự khám phá về các vật liệu dễ phân hủy sinh học và thách thức giới hạn, hướng tới việc tạo ra một “môi trường sống dễ chịu” cho tương lai.
Tóm lại
Sự tích hợp của công nghệ sinh học vào lĩnh vực kiến trúc đang hỗ trợ con người xây dựng những công trình thích hợp với môi trường và bền vững hơn. Đồng thời, việc này giúp ngăn chặn việc khai thác môi trường vượt quá giới hạn, tạo điều kiện cho một thế giới tương lai tươi đẹp hơn cho các thế hệ sau.
Biên tập từ nguồn: Parametric-Architecture