توسعه چارچوب چندمقیاسی–چندوجهی برای ترجمه سازوکارهای زیستی به پارامترهای طراحی مواد، اجزا و سامانه‌های سازه‌ای در فناوری ساختمان

چکیده مقاله

سامانه‌های زیستی با سازمان‌دهی سلسله‌مراتبی ماده، ایجاد گرادیان در خواص، ناهمسان‌گردی و شکل‌دهی معماری‌های متخلخل، لایه‌ای و شبکه‌ای، عملکردهای مکانیکی پیچیده‌ای را در مقیاس‌های گوناگون پدید می‌آورند. با وجود توسعه روش‌ها، استانداردها و ابزارهای متعدد در طراحی زیست‌الهام و زیست‌تقلید و نیز نمونه‌های موفق انتقال اصول زیستی به مواد و ساختارهای مهندسی، بررسی ادبیات نشان می‌دهد که تبدیل نظام‌مند روابط چندمقیاسی «ویژگی–سازوکار–عملکرد» به متغیرهای طراحی صریح، کنترل‌پذیر و وابسته به زمینه، به‌ویژه هنگامی که محدودیت‌های ساخت و ارزیابی چندمعیاره عملکرد نیز در نظر گرفته شوند، همچنان عمدتاً در قالب مطالعات موردی و حوزه‌ویژه صورت‌بندی شده است. هدف این پژوهش، توسعه چارچوبی چندمقیاسی–چندوجهی برای ترجمه سازوکارهای زیست‌الهام به پارامترهای طراحی مواد، اجزا و سامانه‌های سازه‌ای در فناوری ساختمان است. پژوهش با رویکرد توسعه‌ای و کیفی–تحلیلی، از مرور یکپارچه ساختاریافته ادبیات، تحلیل محتوای هدایت‌شده، تحلیل تطبیقی چندموردی و تلفیق تحلیلی بهره می‌گیرد. واحد تحلیل «رخداد ترجمه زیست‌الهام» تعریف شد که زنجیره ویژگی زیستی، سازوکار عملکردی، اصل انتزاع‌شده، متغیر مهندسی، سطح کاربرد و عملکرد را دربر می‌گیرد. چهار مورد خیزران، استخوان اسفنجی، صدف مروارید و اسفنج شیشه‌ای ژرف‌زی یوپلکتلا آسپرژیلوم برای دستیابی به تنوع سازوکاری بررسی شدند و معماری بولیگان پس از تثبیت اولیه چارچوب برای وارسی تحلیلی به کار رفت. تحلیل میان‌موردی نشان داد که هسته فرایند ترجمه از سه عملیات متمایز «شناسایی سازوکار عملکردی»، «انتزاع زیستی» و «بازپارامتری‌سازی مهندسی» تشکیل می‌شود. بازپارامتری‌سازی تنها زمانی عملیاتی تلقی شد که متغیر حاصل صریح، کنترل‌پذیر و ارزیابی‌پذیر باشد. همچنین، متغیرهای استخراج‌شده در موارد بررسی‌شده عمدتاً در خوشه‌های توزیع ماده، جهت‌مندی، هندسه، توپولوژی و اتصال، و معماری فصل مشترک همگرا شدند. یافته‌ها نشان می‌دهند که در انتقال میان مقیاس‌ها، حفظ رابطه عملکردی–سازوکاری می‌تواند از بازتولید مستقیم هندسه طبیعی مهم‌تر باشد. بر این اساس، چارچوب پیشنهادی تحلیل چندمقیاسی–چندوجهی را به «فضای طراحی زمینه‌مند»، روش ساخت و ارزیابی چندمعیاره عملکرد پیوند می‌دهد و به‌جای تجویز یک فرم ثابت طبیعی، بستری برای تولید متغیرهایی فراهم می‌کند که در فناوری ساختمان قابل مدل‌سازی، ساخت و ارزیابی باشند.