
金·廷格利(Kim Tingley)是定期的贡献者肉眼杂志,由自然资源国防委员会出版,《纽约时报》杂志。这文章最初由肉眼杂志。廷格利为Livescience的文章贡献了这篇文章专家声音:专家和见解。
经典的几何形状平稳且规则:直线,直角,完美的圆圈。从摩天大楼到iPhone,人造物体符合其规则,但自然界中几乎没有任何事情。大自然杂乱无章,崎ggy又混乱 - 直到1975年,一个小牛数学家BenoîtMandelbrot发明了一词分形 为了描述他在自然界中发现的看似不规则形状中的模式。
曼德布罗特(Mandelbrot)表明,自然现象如云,山脉,西兰花,人类肺和(是的),即使是随机的外观,也有高度组织,它们的较大形式由相同形式的微型复制品组成。这些复制品本身甚至包含较小复制品。在最基本的层面上,他表明,海岸线的每一脚都具有与一英里相同的基本锯齿状质地和形状,或者像100英里一样。
分形的本质
曼德布罗特(Mandelbrot)的启示提出了一种新的感知自然的方式,不是被无序和偶然的东西,而是精心设计的东西。生成的几何形状领域为人们提供了一种定义和衡量这些神秘形式的方法,并且当将其应用于仿生的领域时,会重新创建它们。人类复制自然基本结构的新发现的能力提出了一个明显的问题:为什么设计师不经常这样做?
这个问题是仿生的核心,该问题试图建立自然最成功的设计,以创建更高效,更可持续的城市,建筑物和消费品。 “经过38亿年的研究和发展,失败是化石,我们周围的是生存的秘诀,”生物学家Janine Benyus在她的1997年开创性的著作中写道。仿生。 Benyus认为分形可以帮助我们解决各种各样的设计挑战。
一方面,“分形确实增加了表面积,”她说。想象一个简单的六角形。然后描绘六角形雪花水晶,在其形式的形式下,巴洛克式的脊系统极大地使基本形状复杂化,而不会导致其超越原始边界的扩展。手机制造商扮演了这个想法,已经找出了通过将天线弯曲成分形形状的新方法来最大程度地提高信号接收,从而增加了长度,而不会增加天线所占据的空间。
结构特性不仅是化学,也是建筑
声学家和音乐会大厦建筑师已经知道,当声音撞到光滑,平坦的墙壁时,它会反弹并回荡。另一方面,具有粗糙表面的墙壁(模仿了树皮覆盖的树的分裂质地表面)可以更好地吸收声音。树木就像分形思想工厂:Benyus在其中看到了一个模板,以进行高效的水分布。
她说,“从一个直径开始”(即,树干)。 “分支,掉落至较小的直径,然后再次分支。”这种模式反复发现在树枝,茎和单个叶子的细腻静脉中的表达,使水可以自由流动在最大量的表面积上。她说:“我们的管道系统中没有什么样的东西看起来像这样。
事实证明,从战略上将分形形状嵌入到几乎所有物体中有助于使它变得更强大。物理学家通过使用分形来设计其成分,使混凝土更加耐用和不渗透。哈佛大学Wyss生物学启发工程研究所的研究人员最近创建了一种可生物降解的替代品塑料的替代品,该塑料被称为Shrilk,这将其一些出色的力量归功于其工程学的灵感:昆虫表皮的分形层。该研究所的董事唐纳德·英格伯(Donald Ingber)告诉《自然界》中的许多结构性不仅仅是化学。”哈佛公报。 “他们是建筑。”
当然,在自然界中寻找灵感并不是什么新鲜事。但是,积极地查询自然是关于其最佳实践的。仿生的最棘手的部分不仅是了解什么复制,还要复制什么时候和在哪里。如果我们真的希望与自然合作在新的建筑和设计项目上,我们需要重新考虑其中的角色。我们必须确保我们将需求与更大的生态系统的需求进行平衡,虽然它看起来很混乱,但实际上是由无数的互连系统组成的,这些系统类似于分形,镜像整体。
分形邀请我们欣赏自然的美丽和功能 - 到外面,寻找这些神秘的重复形式,然后尝试弄清楚它们的目的是什么。
Mandelbrot写道:“分形的性质是读者逐渐发现的,作者没有在闪光中揭示。”开始看到它们需要练习,耐心和沉浸感。但是一旦您这样做,它们到处都是。