Design for Living: die verborgene Natur der Fraktale



Kim Tingley wird regelmäßig auf OnEarth Magazin, veröffentlicht von der Natural Resources Defense Council und der New York Times Magazine. Diese Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht durch OnEarth Magazin. Tingley beigetragen haben, diesen Artikel zu LiveScience Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Klassische Geometrie ist glatt und regelmäßig: gerade Linien, Rechte Winkel, perfekte Kreise. Vom Menschen geschaffenen Objekte von Wolkenkratzern, iPhones, seine Regeln entsprechen, aber fast nichts in der Natur tut. Natur ist etwas chaotisch, schroffen und chaotischen – oder so es bis 1975, das Jahr ein Maverick schien Mathematiker, Benoît Mandelbrot, erfand die Begriff fraktalen Muster beschrieben, er in scheinbar unregelmäßigen Formen in der Natur gefunden erkannte hatte.

Mandelbrot zeigte, dass natürliche Phänomene wie Wolken, Berge, Brokkoli, menschliche Lunge und (ja) sogar Galaxien, trotz ihrer zufällige Erscheinung sind, in hohem Grade organisiert, die größeren Formen bestehend aus Miniatur-Repliken jener gleichen Formen. Und diese Repliken selbst enthalten sogar kleinere Repliken. Auf der grundlegendsten Ebene zeigte er, dass jeder Fuß Küstenlinie die gleiche grundlegende gezackte Textur hat und Form wie eine Meile davon tut, oder wie 100 Meilen.

Die Art der Fraktale

Mandelbrots Offenbarung präsentiert eine neue Art der Wahrnehmung der Natur, nicht als etwas ungeordnet und Chance geregelt, sondern als etwas aufwendig konstruiert. Das resultierende Feld der Fraktalgeometrie bietet Menschen mit einer Art der Definition und Messung dieser geheimnisvollen Formen und – wenn es gilt auf dem Gebiet der Bionik – neu zu erstellen. Und der Menschheit neu gewonnene Fähigkeit, grundlegende Strukturen der Natur kopieren wirft eine offensichtliche Frage: Warum nicht Designer so öfter tun?

Diese Frage steht im Zentrum der Biomimetik, dem Naturs erfolgreichsten Designs schaffen effiziente und nachhaltige Städte, Gebäude und verbrauchernahen Produkten angebracht werden soll. "Nach 3,8 Milliarden Jahren der Forschung und Entwicklung, Ausfälle sind Fossilien, und was uns umgibt, ist das Geheimnis des Überlebens," schrieb der Biologe Janine Benyus in ihrem bahnbrechenden Buch 1997, Biomimicry. Benyus denkt, dass Fraktale uns eine Vielfalt von Design-Herausforderungen lösen helfen können.

Für eine Sache "Fraktale wirklich Fläche zu steigern", sagte sie. Bild einer einfachen Sechseck. Dann stellen Sie sich einen sechseckige Schneeflocke Kristall in seiner Form ein barocken System von Graten, die die Grundform erheblich erschwert, ohne dass es, über seine ursprünglichen Grenzen hinaus zu erweitern. Handy-Hersteller, spielen aus dieser Idee haben bereits herausgefunden, neue Wege zur Maximierung der Signalempfang durch Biegen Antennen in fraktale Formen hinzufügen Länge ohne Erhöhung der Menge der Raum, den die Antennen aufnehmen.

Strukturelle Eigenschaften sind nicht nur Chemie, Architektur

Akustiker und Konzertsaal Architekten wissen bereits, dass wenn Klang eine glatte, flache Wand trifft, es prallt und Echos. A Wand mit einer rauhen Oberfläche auf der anderen Seite – eine, die die Fraktal strukturierte Oberfläche von, sagen wir, eine Rinde bedeckten Baum imitiert – hat einen viel besseren Job der Schallabsorption. Bäume sind wie Fraktale Idee Fabriken: Benyus sieht in ihnen eine Vorlage für hoch effiziente Wasserverteilung, zum Beispiel.

"Beginnen Sie mit einem Durchmesser" (d. h. den Kofferraum), sagte sie. "Verzweigen Sie es zu, fallen Sie bis auf einen kleineren Durchmesser, dann wieder verzweigen Sie." Dieses Muster, die wiederholt Ausdruck in einem Äste, die Stängel und die feinen Adern der einzelnen Blätter findet, kann Wasser ungehindert über ein Maximum an Fläche. "Nichts in unserem Sanitärsysteme alles so aussieht," sagte sie und stellt fest, dass unsere Rohre "immer 90-Grad-Winkel einnehmen. Deshalb haben wir große Pumpen, die viel Energie benötigen. "

Es stellt sich heraus, dass strategisch Einbettung fraktale Formen in fast alles, was hilft, was stärker machen. Physiker haben konkrete haltbarer und undurchlässig mithilfe von Fraktalen, um seine Inhaltsstoffe zu entwickeln. Und Forscher an der Harvard University Wyss Institut für biologisch inspirierte Engineering vor kurzem erstellt eine biologisch abbaubare Alternative zu Kunststoff bekannt als Shrilk, die einige seiner außergewöhnlichen Stärke die Inspiration für seine Technik verdankt: die fraktale Schichten eines Insekts Häutchen. "[Viele] die strukturellen Eigenschaften, die in der Natur sind nicht nur Chemie," Donald Ingber, Direktor des Instituts, sagte der Harvard Gazette. "sie sind Architektur."

Suche nach Inspiration in der Natur ist natürlich nicht neu. Aber aktiv das Abfragen von Natur über seine besten Praktiken ist. Der schwierigste Teil der Bionik ist zu wissen, nicht nur was zu kopieren, sondern auch Wenn und wo. Wenn wir wirklich mit der Natur auf neue Gebäude und Design Projekten zusammenarbeiten, müssen wir unsere Rolle darin zu überdenken. Wir müssen sicherstellen, dass wir unsere Bedürfnisse mit den Bedürfnissen unseres größeren Ökosystems Ausgleich sind die – während es chaotisch aussehen kann – besteht aus unzähligen miteinander verbundenen Systemen, Fraktal-wie Spiegel das ganze.

Fraktale laden uns ein, die Natur für seine Schönheit und Funktionalität zu bewundern, um außerhalb zu bekommen, Jagd auf diese Formen auf mysteriöse Weise zu wiederholen, und dann versuchen, herauszufinden, was ihren Zweck sein könnte.

"Die Natur von Fraktalen soll schrittweise von der Leser entdeckt zu werden," schrieb Mandelbrot, "nicht offenbart in einem Blitz des Autors." Es braucht Übung, Geduld und eintauchen zu beginnen, sie zu sehen. Aber sobald Sie tun, sie sind überall.

Dieser Artikel erschien zuerst als " Design for Living " in OnEarth Magazin. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Diese Version des Artikels erschien ursprünglich am LiveScience.

Verwandte Artikel

Himmel hoch Schrecken: Die knifflige Natur der Turbulenz

Schwere Turbulenzen, die ein Flugzeug der United Airlines rasselte für geleitetLos Angeles und 30 Verletzte Dienstagabend hat darauf aufmerksamTurbulenz – und was kann getan werden, um es zu vermeiden. "Wir wurden von einigen Gewittern Lenkung und wi...

Die verborgene Geschichte der diesjährigen MLB Playoff-Team-Logos

In eines der ersten Spiele der Nachsaison Baseball heute – der echte Nachsaison, nicht das Spiel-im-Spiele – ein Team mit einem Logo, das Hallmark Cards entwickelt ein Team übernimmt, die einmal mit einem Disney entworfene Logo gespielt. Ist es die Royals...

Die verborgene Geschichte der MLB Playoff-Team-Logos

Heute Nachmittag wird Nachsaison Baseball begonnen, als die Kardinäle den Hügel gegen die Piraten nehmen. Aber in einer anderen Zeit, wäre es die braune Strümpfe im Vergleich zu den Alleghenys gewesen. Hier ist wie sie – und die anderen sechs Playoff-Team...

Fotos: Die geheimnisvolle Welt der Cryptobiotic Boden

Besucher der ariden Regionen der Welt sehen oft erst ein Gebiet, das scheint fast leere des Lebens zu sein. Doch in diesen Wüsten allgemein finden Sie hier eine spezielle Gemeinschaft von Flechten, Algen, Moos, Pilze und Cyanobakterien, die als Crypt...

Die großen $1m Ai Weiwei Protest – die Woche in der Kunst

Ein Mann in Miami schlug eine Ai Weiwei Vase denken, dass es eine Fälschung war. Plus Mafia-Morde, vor Ort die Sniper und Henri Cartier-Bresson kommunistischen –alles in Ihrem Lieblings wöchentliche Kunst Versand Ausstellung der Woche Dem ersten Weltkrieg...

Wissenschaft zeigt die Schönheit der Natur verborgen – Künstler sollten schwelgen In ihm (Op-Ed)

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen zu LiveScience des Artikels Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke. Natur liefert versteckte Früchte – schöne Muster und grundlegende Beziehungen, die unsere Welt zu ma...

Gelten die gleichen Regeln der Natur zu Elefanten und E. Coli

Auf der Oberfläche scheinen Herden von Zebras in der Serengeti roaming nicht viel gemein mit der Anzahl der Zellen in unserem Körper haben. Aber was, wenn es gibt eine versteckte Logik dahinter – eine Reihe von universellen Regeln die Zahl der Dinge, die...

6 Tiere, die Natur der gruseligsten Kreaturen zum Spaß töten

Wir haben es gemacht, unsere Mission zu den unterschätzten Badasses des Tierreichs zu feiern, da im allgemeinen Hollywood uns die falschen Kreaturen fürchten gelehrt hat. Zum Beispiel für jedes Tier wären Sie erschrocken zu stoßen in freier Wildbahn, die...

Bedenken über die Anzahl der Kinder, die nicht mit der Natur eingreift

Zwei-Jahres-Studie stellt fest, dass mehr als 10 % der Kinder in England in den letzten 12 Monaten nicht zu einer natürlichen Umgebung gewesen Mehr als eins von neun Kindern in England haben nicht in einem Park, Wald, Strand oder jede andere natürliche Um...

Die Schönheit der Natur ist überwältigend [Comic]

// Fatawesome sind eine Skizze von Boston. Wir haben kennzeichnete eine Reihe ihrer Videos und kurzem veröffentlichen ihre Webcomic. In dieser Woche Update sehen wir eine umso bedauerlicher Weise Ihre Wertschätzung für die Schönheit der Natur zum Ausdruck...

Menschen, die Kontakt mit der Natur zu verlieren

Mit soviel basierend auf elektronische Abbildungen der Realität,Menschen riskieren Kontakt mit der Natur, University of Washington, sagtPsychologe Peter Kahn. Von Web-Cams, die Ausblicke von Wildtieren zu virtuellen Rundgängen von bieten dieGrand Can...

Wanderungen durch die Natur der Nacht

Thrill Rating 5/10 Gefahr-Bewertung 1/10 Fitness-Rating 4/10 Auf den Punkt gebracht... Wenn Sie jemals Dachse herumtollen oder Fledermäuse Bombe um ungestört beobachten wollte durch die üblichen menschlichen Ablenkungen nehmen eine Nachtwanderung in einig...

Die Natur der Natur

Natural ist eine unnatürliche Begriff, völlig vom Menschen verursachte. Nichts davon ist natürlich nicht mehr. Natur bedeutet heute perfekte, gesunde, ausgewogene und richtige als Regen. Natürliche Heilmittel, müssen daher besser als "unnatürlich&quo...

Einsparen von Wasser, die treibende Kraft der Natur (Op-Ed)

Carter Roberts ist Präsident und CEO der World Wildlife Fund-U.S. Dieser Artikel erschien zuerst auf die Skoll World Forum, pgehören in Partnerschaft mit der Thomson Reuters Foundation. Skoll World Forum beigetragen haben, diesen Artikel zu LiveScience Ex...