Nature’s Unifying Patterns
Het kernidee van biomimicry is te leren van de natuur om menselijke problemen op een duurzame manier op te lossen. Door de natuur en het leven op aarde zorgvuldig te observeren kunnen we de principes ervan ontdekken en doorgronden.
De 10 principes uit de natuur die belangrijk zijn bij biomimicry worden ‘Nature’s Unifying Patterns’ (NUPs) genoemd, en werden voor het eerst verzameld door Janine Benyus in 1997. Deze principes zijn een verzameling van de beste praktijken waargenomen in succesvolle levende systemen (planten, dieren en ecosystemen) van elke omvang: van eencellige bacteriën tot hele regenwouden.
Door NUPs in je ontwerp te integreren kun je producten ontwerpen die net zo duurzaam en effectief zijn als levende systemen. Ze kunnen ook gebruikt worden als evaluatietool tijdens het ontwerpproces.
De natuur gebruikt alleen de vrij beschikbare energie die ze nodig heeft.
Dieren nemen alleen de voedingsstoffen op die ze nodig hebben; planten nemen niet meer water op dan nodig is. De hamster slaat tijdens de winter zoveel graan op als hij nodig heeft. Evenzo verzamelt de eekhoorn voldoende noten voor de wintervoorraad. Als er nog noten over zijn, worden ze voedsel voor een ander dier of groeien ze uit tot een nieuwe boom. De cheetah kan erg snel rennen, maar slechts over een korte afstand. Als hij voor het vangen van de prooi meer energie nodig heeft dan voor het rennen stopt hij met rennen. Zo zijn er nog talloze voorbeelden van hoe de natuur alleen neemt wat ze nodig heeft.
De natuur recyclet alle materialen.
Alles wat in de natuur wordt geproduceerd is biologisch afbreekbaar; er is geen afval. Soms lijkt de overvloedigheid een verspilling van materiaal en/of energie (kijk naar alle bloesem aan een kersenboom) maar dit dient allemaal een doel en zal voedsel zijn voor anderen. De combinatie van planten, herbivoren, roofdieren en reducenten (bodemorganismen) zorgt voor een cyclus van natuurlijke materialen. Mensen doen de dingen anders; grondstoffen worden gewonnen en verwerkt tot consumptiegoederen. Tijdens en aan het einde van dit proces worden natuurlijke hulpbronnen omgezet in nieuwe materialen die niet gemakkelijk biologisch worden afgebroken. Deze afvalstoffen veroorzaken vervuiling en beschadigen de balans van natuurlijke systemen.
De natuur is veerkrachtig.
De natuur is zo aangepast dat het zo veerkrachtig mogelijk is om te herstellen na verstoringen of onvoorspelbare veranderingen in de lokale omgeving (zoals een brand of overstroming). Diversiteit, zelfvernieuwing en zelfherstel kunnen bijvoorbeeld allemaal zorgen dat de natuur kan blijven functioneren ondanks verstoringen - en zo zijn er nog meer mechanismen. In prairie ecosystemen is er een grote diversiteit aan planten die allemaal een andere functie vervullen, zoals het opvangen/vasthouden van water, bodemstabilisatie en stikstoffixatie. Ook zijn sommige soorten beter bestand tegen overstromingen, en sommige tegen droogte. Deze ecosystemen zijn extra veerkrachtig omdat alle soorten verspreid zijn over de prairie, en er op iedere plek hierdoor altijd wel planten staan met een specifieke functie of eigenschap. Ook zorgt deze diversiteit voor bescherming tegen plagen, aangezien de meeste plagen plant specifiek zijn en minder goed verspreiden in een divers ecosysteem.
De natuur optimaliseert in plaats van maximaliseert.
Omdat energie en materialen zo waardevol zijn, zoekt de natuur een balans tussen opgenomen en verbruikte bronnen. Energie besteed aan overmatige groei (maximalisatie) kan bijvoorbeeld leiden tot onvoldoende energiereserves of eigenschappen die voortplanting van een organisme belemmeren. Als er bijvoorbeeld spanning op een bot wordt uitgeoefend, reageert het bot door op die plek meer calcium te concentreren. Doordat er lokaal meer materiaal (calcium) komt, kan het bot op die plek meer kracht leveren. Hoewel een zwaar bot sterker kan zijn (gewicht wordt gemaximaliseerd), zijn de energiekosten voor een lichaam dat extra gewicht meedraagt wel hoger. Daarom verwijdert het lichaam het calcium weer als het lichaam aanvoelt dat het op sommige plekken geen kracht meer nodig heeft (gewicht wordt geoptimaliseerd).
De natuur streeft naar win-win relaties.
We zien competitie in de natuur, maar alleen als het onmogelijk is om die te vermijden; over het algemeen kost het gewoon teveel energie. Aan de andere kant staat er in de natuur maar heel weinig op zichzelf. Planten kunnen zich niet voortplanten zonder bestuivers, die zich op hun beurt voeden met de nectar die ze verzamelen. Lieveheersbeestjes voeden zich met bladluizen en helpen planten gezond te blijven. Samenwerken biedt wederzijdse voordelen. De natuur is voorstander van samenwerking omdat het de gezondheid van het hele systeem in stand houdt.
De natuur draait op informatie.
Organismen en ecosystemen moeten informatie uit de omgeving verzenden en ontvangen om zich op hun omgeving af te stemmen. Sommige organismen en systemen leven binnen nauwe grenzen van optimale omstandigheden, dus moeten ze hun omgeving constant in de gaten houden om te kunnen reageren (als bijvoorbeeld de minimale hoeveelheid zuurstof wordt bereikt). Jonge zangvogels hebben bijvoorbeeld felgekleurde monden, welke zichtbaar wordt wanneer het dier honger heeft. De meest hongerige kuikens doen hun bek het verst open en maken het meeste geluid. Dit stimuleert de ouder om hen eerst te voeden. Naarmate deze kuikens zich vol raken, sturen ze een minder sterk signaal af, waardoor de ouder reageert op het volgende kuiken dat de meeste informatie zendt. Dit is een feedbackloop die een aantal keer per dag plaatsvindt.
De natuur gebruikt chemie en materialen die veilig zijn voor al wat leeft.
Organismen voeren veel scheikundige processen uit in en rondom hun eigen cellen; de stoffen die ze hierbij gebruiken kunnen dus niet schadelijk zijn. De processen draaien op water en maken gebruik van een selectie van chemische elementen met een specifieke vorm en 3D-structuur. Hierdoor passen ze goed in elkaar en kunnen ze gemakkelijk opgebouwd worden tot de gewenste samenstelling en biologisch afgebroken worden tot bruikbare bestanddelen. Bij het produceren van materialen en producten gebruiken wij vaak vervuilende niet-afbreekbare stoffen die uiteindelijk in de omgeving terecht komen. Het Venusmandje doet dit anders: deze glasspons bestaat uit een complexe structuur op basis van water. Het traliewerk is gemaakt van silica, wat de spons uit zeewater opneemt bij de juiste omgevingstemperatuur en -druk. Deze natuurlijke glasvezels laten invallend licht beter door dan synthetische glasvezels, hun productie is niet-vervuilend en ze zijn biologisch afbreekbaar.
De natuur werkt met overvloedige grondstoffen, en gebruikt zeldzame grondstoffen maar heel soms en dan in kleine hoeveelheden.
Grondstoffen zijn de materialen die we gebruiken om dingen te maken, zoals hout, water, mineralen en zelfs lucht. De natuur bouwt met de grondstoffen die invloed aanwezig zijn. Dit betekent dat er genoeg van deze grondstoffen zijn om aan de behoeften van de natuur te voldoen, zonder dat er schaarste ontstaat. Denk bijvoorbeeld aan zonlicht. De zon schijnt elke dag en levert een overvloed aan energie. Planten maken gebruik van dit zonlicht om te groeien en voedsel te produceren.
De natuur is goed afgestemd op de lokale omgeving.
Natuurlijke systemen zijn inherent lokaal en doen lokaal zaken. Planten en dieren importeren geen materiaal van heel ver weg. Bepaalde soorten gedijen onder specifieke omstandigheden; lokale en regionale weerpatronen zijn van belang, evenals andere omstandigheden als bodem, luchtkwaliteit en watertemperatuur. Relaties worden lokaal gecreëerd en lokale bronnen worden gebruikt. In een eikenbos komen bijvoorbeeld boshyacinten in bloei voordat eikenbomen in blad komen; op deze manier profiteren ze van het beschikbare licht op de bosvloer voordat de eikenbladeren het licht blokkeren.
De natuur gebruikt vorm die bij functie past.
Een boom wortelt in de grond om water en voedingsstoffen uit de grond te halen. Het spreidt zijn takken en bladeren wijd uit om het oppervlak te vergroten en zo het zonlicht te absorberen dat het nodig heeft om energie te produceren en te kunnen groeien. Zaden zijn licht van gewicht en sommige zijn zelfs uitgerust met een soort paraplu zodat ze wind kunnen vangen, kunnen drijven en aan dieren kunnen hechten. Hierdoor wordt hun voortplanting vergemakkelijkt. Roofvogels hebben een haak aan de snavel om hun prooi gemakkelijk te scheuren. Kortom: de natuur maakt ontwerpen voor de functie die ze bieden. Kunnen we hiervan leren om onze gebouwen, transportsystemen en scholen te verbeteren?