با پیشرفت علم و صنعت هر روز بیشتر میآموزیم که در زمینههای مختلف بهترینها را میتوان از طبیعت انتظار داشت: بهترین مصالح، بهترین دارو، بهترین شرایط زیست و بهترین ساختارها. از همین رو توجه متخصصان به سازههای برتر در طبیعت جلب شده است. ساختارهایی مانند تنه درخت، حیوانات و در نهایت انسان؛ پایداری کوه به علت شکل و فرم آن؛ مقاومت و استواری درخت که با ضریب لاغری بالا میتواند در مقابل نیروهای جانبی، مانند باد، پایدار بماند؛ یا موجودات زنده و به خصوص انسان که میتواند با داشتن تعداد زیادی اتصالات لولایی، تعادل و ایستایی مناسب داشته باشد.
در این میان آنچه با پیشرفت علم کامپیوتر انسان را کمکم به فکر فرو میبرد این است که یکی از عوامل اصلی پایداری در یک ساختار، علاوه بر قوانین استاتیکی، میزان هوشمندی در آن ساختار است. مثلاً یک درخت در هنگام وزش باد، ریشههای خود را که مانند یک پنجه در خاک است به حالت انقباضی درمیآورد و تنه خود را به دست باد میسپارد تا در جریان باد نوسان کند و در حقیقت قابلیت انعطاف بیشتری بیابد. یک انسان زمانی که در اتوبوس در حال حرکت ایستاده است برای ایجاد تعادل، زانوهایش را کمی خم میکند و دست خود را به منظور جلوگیری از حرکت جانبی به میله صندلی میگیرد و در حقیقت تکیهگاه جانبی خود را تقویت میکند. در این حالت عضلات پا و دست منقبض میشوند و مقاومت تکیهگاهها را بالا میبرند. از طرف دیگر پارهای از عضلات بدن، مانند کمر، شل میکنند تا ضربات ترمز و غیره مفاصل را به درد نیاورد.
با توجه به این اصل که در سازه، نیروها سختی را تعقیب میکنند، نیروهای ایجاد شده در سازه بدن جذب نقاطی میشوند که دارای انقباض بیشتر هستند و چون مجموع نیروها عدد ثابتی است سهم کمتری به نقاط نرمتر بدن وارد میآید.
ساختمانهای هرم شکل، مانند اهرام مصر یا بناهای امریکای جنوبی، که جزو پایدارترین فرمهای ساختمانی هستند، شباهت خاصی به کوه دارند. همچنین در سالهای اخیر میتوان ساختمانهای معتبری را مشاهده کرد که با الهام از طبیعت طراحی و ساخته شدهاند، مانند ساختمان فرودگاه کانسای که با الهام از اسکلت یک دایناسور طراحی شده است.
آنچه تاکنون شاید به صورت عملی اجرا نشده باشد سازهای است که ضمن داشتن فرم یک سازه طبیعی، هوشمندی آن را نیز در خود جای دهد. اما اکنون با کمک میکروپروسسورها میتوانیم به ایجاد آگاهی در یک سازه اقدام کرده و همراه با آن عضوهایی به وجود آوریم که قابلیت تغییر داشته باشند.
برای آگاهی بیشتر از این تکنولوژی در اینجا ترجمه مطلبی از نشریه آرکیتکچرال رکورد (شماره ۱۱، ۲۰۰۰) میآید:
یکی از دانشمندان شرکت زیراکس راهی برای ایجاد اعضای ارگانیک در ساختمان یافته است.
تصور کنید ساختمانی بتواند ضربات ناشی از زلزله را احساس و بلافاصله خود را به سازهای شبیه درخت قابل انعطاف تبدیل و شوک وارده را تحمل کند. یا تصور کنید یک پل بتواند نیروی مخرب ناشی از طوفان را درک و بلادرنگ پایههای خود را طوری تقویت کند که نیروهای وارد شده را تحمل کنند. یا تصور کنید که اتومبیلی قادر باشد عیب و نقص اساسی ایجاد شده در موتور خود را تشخیص دهد و فوراً عکسالعملی به منظور کاستن از اشکالات فنی ایجاد کند.
یکی از دانشمندان علوم کامپیوتر در مرکز تحقیقات کمپانی زیراکس، واقع در پالو آلتوی آمریکا، به نام فنگ ژائو در مورد چنین سازههای هوشمندی مدتها مشغول تحقیقات بوده و معتقد است چنین سازههایی به زودی جزو موارد استفاده روزانه در خواهند آمد.
ژائو و همکارانش در موسسه پالو آلتو سیستمی را طراحی میکنند که از سنسورهای کوچک و ارزانقیمتی تشکیل میشود که قادر است اطلاعات اطراف خود مانند حرارت، نور و لرزش را تشخیص دهد و آنها را با سنسورهای دیگری که در ساختمان پراکنده شدهاند و تعداد آنها ممکن است به هزاران و حتی میلیونها برسد مبادله کند. این شبکه عظیم سنسورها میتوانند مجموعه اطلاعات به دست آمده را فوراً تجزیه و تحلیل کنند و تقریباً بلافاصله عکسالعمل مناسب را در سازه ایجاد نمایند.
در مورد ساختمانهای مقاوم در مقابل نیروی زلزله، چنین عکسالعملی میتواند به صورت ارسال علائم الکتریکی به مصالحی که از آلیاژهای دارای حافظه شکلپذیری ساخته شده و قبلاً بین اجزای اسکلت ساختمان قرار داده شدهاند، منبسط یا گسترده شوند و قابلیت انعطافپذیری نقاط مختلف سازه را در حین نوسانات زلزله کم یا زیاد کنند. همین عمل میتواند در سازه یک پل نیز در حین وقوع طوفان اتفاق بیفتد.
این سنسورها در داخل و اطراف ساختمان قرار میگیرند و میتوانند آنچه در اطراف ساختمان میگذرد — مانند جریان هوای گرم، حرکت و غیره — را درک کنند و از خود واکنش نشان دهند. آنچه این سنسورها را از یک ترموستات یا میزانالحراره متمایز میکند آن است که این سنسورها نرمافزار پیشرفتهای را در خود جای دادهاند که آنها را قادر میکند اطلاعات حاصله را مرتب کنند و آنها را به صورت ارگانیک با دیگر سنسورها در میان بگذارند، به طوری که میتوان تشابه این سنسورها را با نرونهای موجود در مغز انسان مشاهده کرد.
باید توجه داشت که این سنسورها به یک بانک اطلاعاتی در کامپیوتر مرکزی متصل نیستند، بلکه هر سنسور کوچک دارای حافظهای در خود است و هر مجموعه از سنسورها که در کنار هم قرار گرفتهاند، یک «سوپر سنسور» را ایجاد میکنند و دارای اطلاعات جامعتری از آن ناحیه از سازه هستند. این مجموعه سنسورها درست مانند مغز انسان قادرند اطلاعات بیاهمیت را دور بریزند و از اطلاعات مهم استفاده کنند. به عبارت دیگر، سنسورها غالباً در خواب به سر میبرند و فقط زمانی بیدار میشوند که اتفاق قابل ملاحظهای در اطراف آنها به وقوع بپیوندد.
شرکت زیراکس در حال حاضر سنسورهایی به اندازه ۲۵ سنت تولید میکند. طی ۵ تا ۱۰ سال آینده زیراکس انتظار دارد از یک سو سنسورها را به اندازه یک عدس یا حتی کمتر از آن کوچک کند و از سوی دیگر توان و کارایی آنها را بالا ببرد. برای درک مطلب باید بدانیم که در یک ساختمان، حجم عملیات اطلاعاتی به وسیله سنسورها به مراتب بیشتر از حجم مبادله اطلاعات در شبکه اینترنت خواهد بود. گفته میشود برای پایین آمدن قیمت آنها علاوه بر ۱۰ سال زمان فوقالذکر باید ۱۰ سال دیگر نیز سپری شود. در آخر کار، این سنسورها را میتوان در اسکلت وارد کرد و روی سازه پاشید.
