Beyond biomimicry: a new urgency

Ontwerpers worden geconfronteerd met een ongekende urgentie om hun methoden aan te passen en hun doelen opnieuw te prioriteren om de versnellende aantasting van het milieu aan te pakken. Deze nieuwe druk—intellectueel, ethisch en regelgevend—vereist erkenning van de kwetsbaarheid van de natuur en onze verantwoordelijkheid om deze voor toekomstige generaties te behouden. Onder dergelijke veranderende en toenemende beperkingen beginnen ontwerpers verder te gaan dan nabootsing om processen te benutten die in de levende wereld worden waargenomen, waar systemen perfecte energie- en materiaaleconomieën bereiken.

Binnen deze zoektocht, waarbij gestreefd wordt naar verbeterde ecologische prestaties door integratie met natuurlijke systemen, wenden ontwerpers zich tot biologen voor hun expertise en begeleiding. Dit staat in schril contrast met de ontwerpbenadering die kenmerkend was voor de 20e eeuw: het mechaniseren van functies om krachten van de natuur te overwinnen, te isoleren en te beheersen, meestal door gebruik te maken van vooruitgang in de chemie en fysica. De hier onderzochte voorbeelden illustreren hoe deze nieuwe benadering—ontwerpen met biologie—zich leent voor samenwerkingen met levenswetenschappers en een vooruitblik biedt op het soort consilience, of samenwerking tussen verschillende vakgebieden, dat we in de toekomst kunnen verwachten.

De integratie van leven in ontwerp is geen wondermiddel om deze dringende problemen op te lossen. Evenmin zal het vrij zijn van schadelijke misstappen, opzettelijk misbruik of controverse. Dystopische visies van de toekomst, overspoeld door biodesign dat verkeerd is gegaan, zijn geloofwaardige mogelijkheden, en deze worden in dit boek behandeld. Naast het laten groeien van structuren met bomen of het integreren van objecten met algenbioreactoren, omvat biodesign ook het gebruik van synthetische biologie en brengt daarmee het gevaar met zich mee van het verstoren van natuurlijke ecosystemen.

Deze technologieën zullen worden gehanteerd door mensen—dezelfde bevooroordeelde en kwetsbare wezens die de wereld in eerste instantie in een wanhopige puinhoop hebben ontworpen. Maar de potentiële voordelen, en de noodzaak om huidige praktijken te hervormen naar een benadering die meer in harmonie is met biologische systemen, wegen ruimschoots op tegen deze risico's. Uiteindelijk is het omarmen van de natuur door design—zelfs gekoppeld aan de onvermijdelijke hoogmoed dat wij het kunnen herontwerpen en overtreffen—al lang over tijd en de meest veelbelovende weg voorwaarts.

De focus van interdisciplinaire samenwerkingen en hun resultaten zal, zoals altijd, afhangen van maatschappelijke prioriteiten en een reeks marktsignalen. Vandaag de dag is er een opmerkelijke afwezigheid van het soort regelgeving of systeem van prikkels en afschrikmiddelen dat zou kunnen leiden tot het uiteindelijke ontwerp en de creatie van milieusherstellende of CO₂-neutrale objecten en structuren.

Het gebruik van belastingen en subsidies om dergelijke veranderingen te beïnvloeden, is bijvoorbeeld nog in de kinderschoenen. Hoewel Duitsland en Noorwegen al vroeg en effectief stappen hebben gezet met beleid dat ecologisch effectief ontwerp prioriteit geeft, blijft het grootste deel van de geïndustrialiseerde wereld achter, vooral de Verenigde Staten, waar zelfs de legitimiteit van het federale agentschap om het milieu te beschermen grofweg in twijfel wordt getrokken in het politieke discours.

Toch nemen de kosten van koolstofemissies en klimaatverandering toe, en ze zullen aangepakt moeten worden als een moderne levenswijze, zoals wij die kennen, moet voortbestaan. Voorbeelden van biodesign die hier worden belicht, anticiperen op deze verandering: een verantwoording voor, en uiteindelijk minimalisering van, wat economen negatieve externaliteiten voor het milieu noemen – de aantasting van de lucht, bodem, water en het leven die vandaag niet worden meegerekend in de uiteindelijke kosten van productie en bouw. Alleen onder nieuwe en verstandig ontworpen beperkingen, zoals een koolstofbelasting op productie, of stimulansen, zoals een subsidie voor constructies die biodiversiteit bevorderen, zouden projecten zoals ‘Fab Tree Hab’ of ‘BioConcrete’ op grote schaal kunnen worden toegepast.

De imitatie van de natuur in het ontwerp van objecten en structuren is een oud fenomeen, dat stilistische ontwikkelingen oproept zoals de door ijzer mogelijk gemaakte Art Nouveau in de 19e eeuw tot aan de recentere, met titanium beklede visvormen in de computerondersteunde ontwerpen van architect Frank Gehry. Toch is deze ontwerpaanpak vormgestuurd en biedt het slechts een oppervlakkige gelijkenis met de natuurlijke wereld voor decoratieve, symbolische of metaforische effecten. Ontwerp dat er bewust op gericht is de kwaliteiten te bereiken die deze vormen daadwerkelijk genereren - aanpasbaarheid, efficiëntie en onderlinge afhankelijkheid - is oneindig veel complexer en vereist de observationele hulpmiddelen en experimentele methoden van de levenswetenschappen.

De inspanning om deze complexiteit te beheersen is goed op weg; het is meer dan 30 jaar geleden sinds wetenschappers voor het eerst het DNA van een bacterie veranderden zodat het kon dienen als een kleine fabriek die een goedkope en betrouwbare bron van menselijke insuline produceerde. [2] Aan het begin van de 21e eeuw zijn de DNA-modificerende technieken om zo'n prestatie te herhalen en de activiteit van een cel opnieuw te configureren algemeen toegankelijk geworden. We hebben zelfs de mijlpaal bereikt van het synthetiseren van een volledig kunstmatig DNA-molecuul dat met succes heeft gerepliceerd en nieuwe cellen heeft gevormd. [3]

De betaalbaarheid van de basisinstrumenten van de biotechnologie heeft deze binnen het bereik gebracht van ingenieurs en ontwerpers die nu eenvoudige levensvormen kunnen beschouwen als potentiële fabricage- en vormgevingsmechanismen. Inderdaad, dat is precies de bedoeling van architecten zoals David Benjamin, die onderwijst en beoefent hoe het leven als ontwerptool te gebruiken en benadrukt dat 'Dit de eeuw van de biologie is.' [4]

In de 19e eeuw kwamen de standaardisatie van metingen, het Bessemer-staalproductieproces en de stoommachine samen om de Industriële Revolutie mogelijk te maken, als antwoord op de vraag van democratische, kapitalistische natiestaten naar marktgroei. Deze ontwikkeling werd vergemakkelijkt door de toenemende kwaliteit en sterk dalende prijs van staal, die snel daalde van $170 per ton in 1867 naar $14 per ton aan het einde van de eeuw. [5]

Evenzo, en volgend op wat bekend is geworden als de Wet van Moore, is het rekenvermogen van microchips sinds de jaren 1990 ruwweg elke twee jaar verdubbeld. Dit fenomeen, versterkt door de opkomst van het internet en de wereldwijde adoptie van standaarden zoals HTML, heeft een Digitale Revolutie ondersteund. [6] Computertechnologie verspreidde zich exponentieel en intensiveerde de praktijken en effecten van de Industriële Revolutie, en ze beantwoordden de eisen van een snel globaliserende economie.

Deze eisen omvatten de druk om te concurreren op buitenlandse markten, om steeds complexere toeleveringsketens te coördineren, en om voortdurende economische groei te realiseren door productiviteitsverbeteringen. Bij het vervullen van deze behoeften smeert digitale technologie de raderen van de beschaving zoals wij die kennen, ondersteunt economische groei en relatief lage werkloosheid en stabiele regeringen in het grootste deel van de ontwikkelde wereld.

In het eerste decennium van de 21e eeuw en daarna blijven de krachten die industrialisatie en digitalisering teweegbrachten bestaan, maar er is een nieuwe, dringendere en mogelijk langduriger behoefte ontstaan die om een nieuwe revolutie vraagt—de noodzaak voor ecologisch verantwoorde praktijken in het ontwerp die het beheer van schaarse hulpbronnen sturen, met name in de productie en bouw. Overvloedig bewijs maakt duidelijk dat het tempo van de wereldwijde economische ontwikkeling in zijn huidige vorm, dat afhankelijk is van het snelle verbruik van natuurlijke hulpbronnen (inclusief fossiele brandstoffen), niet kan worden volgehouden. [7] De omvang en reikwijdte van menselijke activiteit en de verwachte veranderingen in klimaat, economische vraag, verstedelijking en toegang tot hulpbronnen in de komende decennia zullen nieuwe normen voor energie-efficiëntie, afvalvermindering en bescherming van biodiversiteit vereisen.

Modellen die aan dergelijke strenge eisen voldoen, zijn alleen in de natuur gevonden, waarvan de emulatie nu verder gaat dan een stilistische keuze naar een overlevingsnoodzaak. Gedreven door onderzoek in de levenswetenschappen worden de mechanismen van natuurlijke systemen—van moerassen tot eencellige gisten—snel gedecodeerd, geanalyseerd en begrepen. Het architectonische programma van veel van deze systemen is DNA, waarvan de sequentiebepaling en synthese snel financieel haalbaar worden, volgens wat bekend is geworden als de Carlson Curve: de kosten van het sequencen en synthetiseren van DNA-baseparen zijn de afgelopen 10 jaar dramatisch gedaald, net zoals staal en rekenkracht in voorgaande eeuwen goedkope grondstoffen werden. [8]

De mogelijkheden die voortkomen uit deze nieuwe toegankelijkheid van het basisingrediënt van levende systemen zullen ongetwijfeld toenemen, vooral gezien het tempo van kapitaalinvesteringen en de proliferatie van ondernemende initiatieven die klaarstaan om het potentieel ervan te benutten. Hoewel deze technologieën nog nieuw zijn en veel meer onderzoek vereisen voordat ze gemakkelijk kunnen worden toegepast op complexe organismen, is het tempo van investeringen en groei aanzienlijk: meer dan 2 procent van het BBP van de Verenigde Staten is nu toe te schrijven aan producten die afhankelijk zijn van genetische modificatie. [9] Naarmate de expertise om de machinerie van het leven te manipuleren en te gebruiken zich verspreidt, zal dit tal van vakgebieden beïnvloeden en leiden tot verschillende samenwerkingen; biodesign, zoals ik het heb gedefinieerd, is een kans die ontwerpers niet zullen missen en die nu al knutselaars van allerlei slag aantrekt.

Zoals het vaak doet, verlichtte kunst de weg vooruit. Biokunst van het afgelopen decennium, inclusief werken van Eduardo Kac, zoals het levende, gloeiende ‘GFP Bunny’ in 2000 en de talloze projecten die zijn voortgekomen uit SymbioticA, voorspelden de nu bloeiende doe-het-zelf biologie (DIY bio) beweging. Mogelijk gemaakt door de beschikbaarheid van goedkope apparatuur en aangemoedigd door gelijkgestemde enthousiastelingen via directe communicatie op het web, creëren amateurbiologen nu transgene organismen en zelfs bedenken ze zelf nieuwe apparatuur. Deze nieuwe makers, van wie sommigen ontwerpervaring hebben, volgen ook in de voetsporen van tech-ondernemers die in de jaren 1970 en 1980 vanuit garages in Californië werkten, en zij brengen een ethos van onafhankelijkheid met zich mee die losstaat van de agenda's of conventies van universiteiten en bedrijven.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd uit het boek Biodesign (2018) van William Myers.

Notities