“Design as a natural Phenomenon” Herontwerp van een stofzuiger
Chao Li Chen Stephanie den Hertog Ida Sanders Paul Timmermans
0556507 0531810 0559175 0539595
Inhoudsopgave Inleiding
2
Ontwerpen vanuit een natuurlijk perspectief Biomimicry Aanpassing en Overleving De rol van Ingenieurs en Biologen “Kloof” tussen optimisten en critici van geavanceerde technologie
3 3 3 4 5
Natuur gebruikt in huidige vormgeving Alexander Pelikan en Tord Boontje Le Cobusier en de Gulde Snede
6 6 7
Ontwerpopdracht
8
Bruikbare Concepten – Natuurlijke principes Kringloop van Energie en Materialen Samenhang Terugkoppeling
9 9 10 10
Bruikbare concepten – Natuurlijke verschijnselen Tornado Dieren Statische elektriciteit De Zuurkast
12 12 12 14 15
Reflectie op het proces Chao Li Stephanie Ida Paul
17 17 17 17 18
Bronvermelding Artikelen Websites
19 19 20
1
Inleiding Zo efficiënt mogelijk stofzuigers produceren, zoveel mogelijk stofzuigers verkopen of de kwaliteit van stofzuigers waarborgen; laat dat maar aan een technisch bedrijfskundige over! Maar een stofzuiger ontwerpen, dat is een heel ander verhaal… Dit verslag is het resultaat van twee weken lang vier studenten technische bedrijfskunde met een ontwerpgerichte “bril op” laten kijken naar concepten uit een natuurlijk perspectief die bruikbaar kunnen zijn bij het (her)ontwerpen van een stofzuiger. Allereerst zal het ontwerpen vanuit een natuurlijk perspectief wat nader toegelicht worden. Ook zullen wij wat voorbeelden geven van ontwerpers die deze methode toepassen. Daarna geven wij een korte definitie van onze ontwerpopdracht. Waarna wij verslag doen van alle eventueel bruikbare concepten die wij in de natuur gevonden hebben. Tot slot geven wij ieder een persoonlijke reflectie op het proces waarmee wij tot dit verslag gekomen zijn.
2
Ontwerpen vanuit een natuurlijk perspectief Biomimicry Biomimicry (van het Grieks, bios – leven en mimesis – imitatie) is een nieuwe wetenschap die zich bezighoudt met onderzoek naar modellen/concepten die voorkomen in de natuur. Deze modellen worden geïmiteerd of er wordt inspiratie uit opgedaan om problemen op te lossen, waar de mensheid mee te maken heeft. Het gebruik van de kennis van moeder natuur kent vijf categorieën: 1. Total mimicry: een object, materiaal of chemische structuur die niet te onderscheiden is van een natuurlijk verschijnsel (bijvoorbeeld de eerste pogingen om te vliegen: vleugels vastmaken aan de armen) 2. Partial mimicry: een aangepaste versie van een natuurlijk verschijnsel (bijvoorbeeld kunstmatig hout) 3. Nonbiological analogy: functionele imitatie (bijvoorbeeld hedendaagse vliegtuigen) 4. Abstraction: het gebruikmaken van geïsoleerde mechanismen (bijvoorbeeld vezel versterking door Daedalus en Icarus probeerden samengestelde materialen) volgens een Griekse mythe te vliegen 5. Inspiration: een trigger voor creativiteit (bijvoorbeeld met zelf gemaakte vleugels het design van het Londense Crystal Palace geïnspireerd door waterlelies) Het idee achter deze wetenschap is dat de natuur al veel problemen heeft opgelost waar de mensheid mee worstelt. Dieren, planten en micro-organismen hebben gevonden wat werkt, wat gepast is, en het allerbelangrijkste, wat duurzaam is. De natuur heeft namelijk een ontwikkeling van 3,8 miljard jaar achter zich. In de natuur verlopen sommige processen zonder dat er eerst een hoop energie en andere bijproducten aan toegevoegd hoeven te worden. Als men dit voor elkaar zou kunnen krijgen in de dagelijkse productie zou dit enorme hoeveelheden geld en materiaal kunnen besparen, wat vervolgens ook weer gunstig voor de natuur zou zijn. Bovendien moeten alle processen en mechanismen die zich nu in de natuur afspelen wel effectief en efficiënt zijn, anders zou het er allang niet meer zijn. In de natuur geldt immers een survival of the fittest. Des te meer onze wereld er uit ziet en functioneert als de natuur, des te groter de kans dat de mensheid overleeft in deze wereld.
Aanpassing en overleving Alle organismen moeten groeien, zichzelf onderhouden en zich voortplanten om zich op de korte en lange termijn te verzekeren van het voortbestaan van hun soort. Dit geldt ook voor de mens. Maar de manier waarop de industriële mens zich in zijn behoeftes voorziet, is beduidend anders dan de manier waarop andere organismen proberen te overleven. Hierin ligt de bron van onze duurzaamheids crisis. Alle organismen, met uitzondering van de mens, voorzien in hun behoeften binnen de beperkingen die de natuur hun oplegt. Binnen hun leefomgeving passen zij zich aan, migreren ze, of sterven ze uit. Aanpassingen in gedrag en fysieke eigenschappen zorgen ervoor dat individuen op de korte termijn weten te overleven en uiteindelijk leiden deze aanpassingen tot genetische aanpassingen die het voortbestaan van de soort op de lange termijn verzekeren. Elk organisme heeft zijn eigen unieke manier
3
om zich in hun behoeftes te voorzien in harmonie met de natuur. Het is interessant om te zien hoe complex, efficient en effectief deze aanpassingen zijn. Ondanks de variëteit hebben alle soorten beperkingen in hun aanpassingen. Ze worden beperkt door hun omgeving en de natuurlijke wetten van de biologie. Het lijkt erop dat het essentieel is deze biologische wetten te volgen om het behoud van de soort op de lange termijn te waarborgen. De mens onderscheidt zich van alle andere organismen in het feit dat, alhoewel zij zich ook aanpast, zij geen rekening houdt met de beperkingen die de omgeving oplegt. De mens heeft behoeften gecreeërd naar producten en diensten die zij noodzakelijk acht, niet alleen om te overleven, maar ook voor menselijk amusement. In feite past de mens de omgeving aan, en probeert de beperkingen die worden opgelegd door de natuur te veranderen, ten gunste van haar eigen aanpassings De evolutie van de mens mogelijkheden. Nu de beperkingen van de natuurlijke bronnen duidelijker beginnen te worden, zoekt de mens oplossingen om haar eigen voortbestaan te redden. Het is niet altijd zo geweest. Aanpassingen van de mens van prehistorische of inheemse culturen volgden nauw de natuurlijke wetten, vanwege hun hechte relatie met de natuur. Zij observeerden en leerden van de organismen in hun leefomgeving. Misschien lag de sleutel tot hun voortbestaan in hun gewoonte om naar de natuur te kijken om ideeën op te doen. Als de industriële mensheid nog lang wil voortbestaan moet er op dezelfde manier van de natuur geleerd worden.
De rol van ingenieurs en biologen Slechts rond de 10% van specifieke problemen waar ingenieurs mee te maken hebben worden opgelost met behulp van de kennis van biologen. Er zijn wellicht nog een hoop potentieel bruikbare mechanismen in de natuur die geëxploiteerd kunnen worden. Het probleem schuilt in het feit dat ingenieurs die op zoek zijn naar oplossingen afhankelijk zijn van de huidige stand van kennis van biologen. Een ander probleem is dat ingenieurs en biologen geheel anders te werk gaan, ingenieurs zoeken potentiële oplossingen voor ontdekte problemen en biologen zoeken potentiële problemen voor ontdekte oplossingen, en een andere “taal” spreken. Een natuurlijk mechanisme moet dus eerst ontdekt worden door biologen, vervolgens beschreven worden in technische termen, en tot slot opgepikt worden door een ingenieur die het als een potentiële oplossing ziet voor een specifiek probleem. Dit proces is natuurlijk niet erg efficiënt. Om effectief te zijn moeten biologen voorbeelden tonen van mechanismen uit de natuur welke de problemen van specifieke ingenieurs kunnen oplossen. Biologen moeten dus op zoek naar voorbeelden uit de natuur die specifieke problemen kunnen oplossen, in plaats van dat ingenieurs moeten beoordelen of de mechanismen die de biologen hebben ontdekt toepasbaar zijn voor huidige problemen. Om in de natuur een bijbehorend proces te vinden is het nodig om een aantal parameters op te stellen waaronder het proces zich zou moeten afspelen in de natuur. Het is mogelijk om grofweg een viertal parameters te definiëren, namelijk het klimaat, voeding, sociaal en staat van het fenomeen. Onder het klimaat kan men bijvoorbeeld het niveau van de temperatuur verstaan. De parameter voeding slaat op de beschikbaarheid van materialen die nodig zijn voor het proces, sociaal houdt de
4
verhouding met andere processen in. Of het proces zich bijvoorbeeld in een concurrerende omgeving afspeelt of juist niet. Als laatste kijkt men dus naar of de omgeving statisch dan wel dynamisch is en op welk punt het in zijn levenscyclus is. Vervolgens kan men in de natuur op zoek naar het best bijpassende model, best bijpassend proces uit de natuur. Een ander onderscheid dat nog gemaakt kan worden is of men een vorm, proces of geheel systeem wil imiteren.
“Kloof” tussen optimisten en critici van geavanceerde technologie De wisselwerking tussen biologen en ingenieurs is niet de enige belemmering van “ontwerpen als natuurlijk verschijnsel”. De afstandelijkheid tussen milieu-activisten en de industrie speelt zeker ook een rol. Ze werken elkaar tegen in plaats van samen tot een oplossing te komen. In discussies om het milieu wordt meestal de voorkeur gegeven aan kleinschalige, relatief “lichte” vormen van technologie ten opzichte van grootschalige, complexe “zware” vormen van technologie. De lichte vormen zijn gebaseerd op conservatisme en simpele technologieën gebaseerd op duurzame energie. De zware vormen zijn voornamelijk gebaseerd op nucleaire energie. Er schijnt geen compromis gevonden te kunnen worden tussen deze twee uitersten. Volgens de optimisten van geavanceerde technologie schuilt het gevaar in het feit dat de critici te veel invloed krijgen, waardoor er geen wereldwijde Superindustriële gemeenschap gecreëerd kan worden. Volgens de critici van geavanceerde technologie is het gevaarlijk om te veel geloof te hechten aan de optimisten, waardoor het milieu verwaarloosd wordt en de kans gemist wordt om een menselijke gemeenschap te creëren die in balans is met de natuur. Het probleem in deze discussies ligt in een drietal misverstanden. Ten eerste bestaat er nog niet iets als geavanceerde technologie. Optimisten en critici definiëren deze term in de context van bestaande technologie, maar “geavanceerde technologie” is onderhevig aan continue verandering. De wetenschappelijke technologie bestaat nog geen eeuw en staat op dit punt pas in haar kinderschoenen. Ten tweede is geavanceerde technologie niet altijd Smog; een vervelend grootschalig, complex en schadelijk voor het milieu. Critici gevolg van technologische ontwikkelingen wijzen met goed recht op de problemen van grootschalige en complexe technologieën. Deze brengen vervuiling en gezondheidsrisico’s met zich mee. Maar als de huidige technologie gezien wordt als opkomende potenties in plaats van huidige beperkingen, ligt het meer voor de hand om de problemen die zich nu voordoen als onderdelen te zien waarvoor er nog geen voldoende geavanceerde technologie is. Tot slot is er niet één soort geavanceerde technologie. Het komt te vaak voor dat milieu activisten het idee accepteerden dat er slechts één type geavanceerde technologie bestond, ze dat type niet interessant vonden, en zich aansloten bij de critici. De wetenschap is echter geen proces waarvan de richting wordt bepaald door de logica. In het traject van een wetenschappelijk onderzoek komt altijd onvoorspelbare wetenschappelijke kennis naar boven die de richting van het onderzoek volledig om kunnen gooien.
5
Natuur gebruikt in huidige vormgeving Alexander Pelikan en Tord Boontje Veel sectoren ontwikkelen hun producten primair vanuit de functionaliteit. In latere fases wordt pas gekeken naar gebruiksvriendelijkheid en nog later naar hoe het product eruit ziet. De natuur kent vele verschillende vormen. Men kan hierbij kijken naar de functionaliteit van een stofzuiger en welke natuurlijke vormen hier eventueel geschikt voor zouden zijn. Er zijn vele ontwerpers die zich laten inspireren door de natuur. Bijvoorbeeld Alexander Pelikan. Hij komt tot zijn ontwerpen door principes uit de natuur te combineren met nieuwe technieken en materialen. De artistieke vorm is niet het belangrijkste voor hem. Materiaal en constructie, daar gaat Radiolaria stoel het om. De vierdejaarsstudent aan de Design Academy Eindhoven brengt een gegeven uit de natuur terug tot een ‘bionisch’ ontwerp. Nieuwe materialen die licht en tegelijkertijd dragend zijn, zoals vezelversterkend kunststof, helpen een handje. Zijn Radiolaria stoel is geïnspireerd op de gelijknamige eencellige zeediertjes. De stoel is opgebouwd uit cirkels net zoals plankton zich in de zee vormt. Met deze organische vorm is de stoel sterk en tegelijkertijd economisch in materiaalgebruik Vroeger werd als met kijkt naar de Jugendstil al veel gebruik gemaakt van de natuur bij het ontwerpen. Hierin domineerde vooral de bloemen vogelmotieven. Maar ook recenter werk van bijvoorbeeld Tord Boontje laat zich inspireren door de natuur. Met zijn ‘Garland Light’ en ‘Midsummer Light’, hanglampen met een waterval van kantachtige bloemen, brak hij door bij het grote publiek.
Lamp van Tord Boontje
6
Le Cobusier en de Gulde Snede Ook in de architectuur komt de natuur terug. De Gulde Snede is een ratio die tot uitdrukking komt in vele fundamentele vormen. Zoals in planten, bloemen virussen, DNA, cellen en planeten De verhouding van de gulden snede wordt uitgedrukt in de formule A:B=B:(A+B). Als we een rechte lijn in twee delen A en B verdelen zodat A/B=B/(A+B) of B/A=(A+B)/B vinden we dat de verhouding B/A gelijk is aan (1+V5)/2 of ongeveer 1,618. Dit getal wordt weergegeven door de griekse letter o. Als we de lijn verlengen door deel B met een deel gelijk aan (A+B) krijgen we een reeks van drie lengten A,B,A+B. Dit is het begin van een 'gulden reeks' een wiskundige proportie gebaseerd op de verhouding 0, waar ieder term gelijk is aan de som van de twee voorgaande termen. Het is de enige reeks waarin de termen met elkaar verbonden zijn door vermenigvuldiging en optelling. In de reeks van de hele getallen 0,1,1,2,3,5,8,13 enz. waar elk getal de som is van de twee voorgaande getallen, nadert de verhouding van twee opeenvolgende getallen het getal o. Deze reeks die in de twaalfde eeuw ontdekt werd door de italiaanse wiskundige Fibonacci, is een benadering van de gulden reeks. Le corbusier is een ontwerper die gebruik heeft gemaakt van de Gulde Snede. Hij zei over zijn ontwerp het volgende: 'Natuurlijke organismen leren ons een Le Corbusier, 'zakencentrum' belangrijke les: eenheid in vorm, zuivere silhouetten. De in Algiers secundaire elementen zijn verdeeld op een verlopende schaal die zowel eenheid als verscheidenheid verzekert. Het systeem is tot in zijn verste vertakkingen een geheel.' Over het 'zakencentrum': 'Hier heerst de gulden snede: het heeft de harmonische verpakking en een sprankelend prisma verschaft; het heeft het ritme op een menselijke schaal geregeld, variaties mogelijk gemaakt, fantasierijke details mogelijk gemaakt en het algehele karakter van onder tot boven beheerst. Dit 150 meter hoge gebouw is tegen alle risico's verzekerd: het is in alle delen harmonieus. Het moet bijna wel met ons gevoel harmoniëren.' Le Corbusier, Tekening van een boom als voorbeeld voor het organisme van een gebouw
7
Ontwerpopdracht Het doel van dit project is het herontwerpen van een stofzuiger. Voordat wij nader ingaan op concepten die hiervoor bruikbaar zijn geven we een definitie van wat wij verstaan onder een stofzuiger. De definitie van een stofzuiger zoals deze is opgenomen in het van Dale Hedendaags Nederlands woordenboek luidt: stof·zui·ger (de ~ (m.)) 1 elektrisch apparaat om het stof weg te zuigen
Wij zullen echter enigszins van deze definitie afwijken. Het ontwerp wat wij gaan ontwikkelen hoeft niet noodzakelijk elektrisch te zijn. De volgende definities dienen als hulpmiddel bij het ontwikkelen van de functionaliteit van de stofzuiger. ap·pa·raat (het ~, -raten) 1 min of meer samengesteld werktuig 2 de gezamenlijke personen en hulpmiddelen die nodig zijn voor het doen functioneren van een instelling of het verrichten van een taak 3 [biol.] samenstel van organen dat een bepaalde functie verricht stof1 (het ~) 1 zeer kleine droge deeltjes in de lucht of als afzetting op voorwerpen 2 zeer fijn droog zand op de wegen 3 poeder zui·gen2 (ov.ww., ook abs.) 1 (iets) door het trekken van een vacuüm naar een andere plaats halen => aanzuigen 2 met de mond (iets) ergens uithalen, naar zich toehalen => opzuigen 3 stofzuigen
Het uiteindelijke ontwerp zal iets worden dat stof ‘opzuigt’. Of nog algemener gezegd, het ontwerp wordt iets dat stof verwijdert. Deze ontwerpopdracht beperkt toch enigszins het ontwerpproces. Als men het modernistisch denken geheel van zich afschuift, kan men van te voren niet weten waar een ontwerp naartoe leidt. Onze opdracht heeft een ‘duidelijk’ doel voor ogen, terwijl als men de gedachte van het artikel van Sybrand Zijlstra volgt, je een ontwerp voor ogen zou moeten hebben waarvan aan het begin van het proces totaal niet duidelijk is waar en waarmee het zou eindigen. Aangezien de opdracht dan wel heel erg ‘vaag’ zou worden, werken we wel degelijk naar een ‘apparaat’ toe dat stof zou kunnen verwijderen.
8
Bruikbare Concepten – Natuurlijke principes In zijn artikel “Ontwerpen als natuurlijk verschijnsel” noemt de heer Zijlstra drie belangrijke principes in de natuur; energie, samenhang en terugkoppeling. Op basis van deze drie principes hebben wij gekeken naar concepten die wij toe kunnen passen bij het ontwerpen van een stofzuiger.
Kringloop van Energie en Materialen Al het leven - planten, dieren, schimmels en micro-organismen - maakt deel uit van een kringloop. In deze kringloop wordt voortdurend materie en energie van het ene organisme aan het andere doorgegeven. Die doorgifte vindt plaats als een organisme een ander organisme opeet, het slachtoffer in zijn spijsverteringsstelsel afbreekt en de vrijgekomen voedingsstoffen gebruikt voor de opbouw van het eigen lichaam, of omzet in brandstof. Dit proces heet de stofwisseling ofwel metabolisme. De Kringloop van het Leven heeft vier schakels: planten, planteneters, vleeseters, en afvalverwerkers. Planten staan aan het begin. Zij zijn als enige in staat om zelf voedsel te maken: uit kooldioxide en water en met behulp van zonlicht. Planten halen tevens mineralen uit de bodem om die als bouwstoffen te gebruiken. Als een plant wordt opgegeten door een planteneter wordt hij in diens De kringloop van energie lichaam omgezet in vlees. Een schakel verder zitten de vleeseters: zij voeden zich met planteneters en zetten hun vlees om in nieuw vlees. Aan het eind van de keten zitten de afvalverwerkers. Zij breken alle reststoffen die vrijkomen - bladeren, poep, haren en gestorven organismen - af tot mineralen. Mineralen komen weer in de bodem terecht, klaar om opnieuw opgenomen te worden door planten. In tegenstelling tot andere organismen wijkt het levenspatroon van de mens af van deze kringloop. Door de industrialisatie van de samenleving produceren wij steeds meer en komen deze materialen niet terug in hun natuurlijke kringloop. Omdat het einde van onze natuurlijke bronnen in zicht is, wordt het steeds duidelijker dat wij niet op deze manier verder kunnen gaan. Door te ontwerpen op basis van zogenaamd ‘technisch metabolisme’ zorg je ervoor dat energie en materialen die gebruikt worden in producten in een gesloten kringloop blijven. Een visie die hierop gebaseerd is, is ‘cradle to cradle design’. Een manier om het kringloopprincipe toe te passen is het recyclen van gebruikte materialen. Om dit proces te optimaliseren is het echter van belang dat reeds bij het ontwerp van het product nagedacht wordt over de wijze waarop de materialen later hergebruikt kunnen worden. Een andere manier is gebruik te maken van de energie van de natuur. Dat wil zeggen dat de energie niet wordt opgewekt door de verbranding van aardolie, aardgas of steenkool, maar door schone, onuitputtelijke bronnen. Windenergie en zonne-energie
9
zijn de bekendste voorbeelden. Maar er zijn meer soorten groene energie: biomassa, aardwarmte, waterkracht, energieopslag en warmtepompen. We zouden een stofzuiger kunnen ontwikkelen die geproduceerd wordt van te recyclen materialen of een stofzuiger op bijvoorbeeld zonne-energie.
Samenhang Het samen leven van twee soorten organismen wordt ook wel symbiose genoemd. In de natuur komen verschillende vormen van symbiose voor. Men spreekt van commensalisme wanneer de een profiteert zonder de ander te schaden, van mutualisme wanneer beide profiteren, van parasitisme wanneer van het begin af de een voordeel heeft, de ander nadeel. Is er aanvankelijk voordeel voor beide partijen, maar profiteert er op den duur slechts een van beide die daarbij de ander schaadt, dan spreekt men van helotisme. Op ecologische schaal wordt een geval van symbiose gezien als resultaat van co-evolutie. De partners zijn immers in hun evolutie steeds meer op elkaar afgestemd geraakt. Deze ecologische afstemming zorgt ervoor dat er een perfecte samenhang bestaat tussen de functies van de verschillende organismen. Hierdoor geïnspireerd probeert men ook technische systemen zodanig te ontwerpen dat er een duidelijke functionele samenhang ontstaat. Een van de belangrijkste verschillen tussen een organisme en een technisch systeem is dat een organisme zich bewust is van zichzelf en zijn omgeving. Een organisme kan zijn handelen en vooral de zijn interacties met andere De interactie tussen de mens, product en omgeving organismen hierop afstemmen. Ook kan een organisme leren en veranderingen in de tijd verwerken in beslissingen. Het is een grote uitdaging technische systemen zodanig te ontwerpen dat zij zelfstandig beslissingen kunnen nemen met betrekking tot hun handelen, gebaseerd op factoren uit de omgeving. In het geval van een stofzuiger zouden we dus een stofzuiger kunnen ontwikkelen die zelfstandig besluit te gaan stofzuigen als dit nodig is.
Terugkoppeling Natuurlijke processen verlopen cyclisch. Een voorbeeld is dat het water dat in rivieren stroomt, deel uit maakt van een wereldwijde "watercyclus", waarbij water door verdamping uit de zee, via neerslag uit de wolken op het land terecht komt. Hier start de stroom via kanalen of rivieren, tot deze opnieuw uitmonden in de zee. Het stabiliserende of regelende element van terugkoppeling wordt zowel door de natuur als door de mens veelvuldig gebruikt om de impact van storingen vanuit de omgeving op het systeem te beperken, zodat de "opwaartse stroom" kunstmatig op een bepaald niveau wordt gehouden Dit is niet alleen van toepassing op de hierboven beschreven kringloop van energie en materialen, maar ook op het gedrag van organismen.
10
Een organisme is in staat informatie uit haar omgeving te verwerken en zich op basis hiervan te gedragen. Het handelen naar aanleiding van het resultaat van voorgaand handelen wordt ook wel feedback genoemd. Ivan Pavlov bewees begin jaren twintig door middel van experimenten met honden dat zij een geconditioneerde reflex vertonen. Hij combineerde het voeren van de honden met het geven van een neutrale prikkel: eerst liet hij een bel afgaan, waarna hij meteen voedsel gaf. Na dit vele keren herhaald te hebben bleek hem dat de honden ook spijsverteringssappen gingen afscheiden als alleen de bel ging, maar het voer achterwege bleef. Dit is echter maar een voorbeeld van de manier waarop organismen feedback verwerken. Bij het ontwerpen van technische systemen is het van belang dat zij de juiste feedback aan de gebruiker geven. Het systeem communiceert bij voorkeur op een zelfde manier met een mens als mensen ook onderling communiceren. Een voorbeeld hiervan is het toepassen van spraakherkenning. Ook is uit onderzoek gebleken dat mensen die bewust waren van hun energie verbruik, veel zuiniger met energie omgaan. Zij krijgen hier dan de juiste feedback en handelen hierbij op de goede manier. Als men een energie zuinig apparaat wil ontwerpen is het niet alleen van belang te letten op het energieverbruik van het apparaat zelf, maar ook hoe mensen ermee omgaan. Naast het toepassen van spraakherkenning en het geven van feedback over energieverbruik zouden we ook een stofzuiger kunnen ontwikkelen die feedback geeft over hoe schoon een ruimte wordt of die aangeeft wanneer hij voor het laatst gebruikt is.
De Aibo van Sony, ontworpen om zich te gedragen als een hond en te kunnen communiceren met mensen
11
Bruikbare concepten – Natuurlijke verschijnselen Tornado Een tornado is een storm met een hoge windsnelheid. De wind draait als een kolk om een punt: “het oog”. In het midden van de slurf is het meestal windstil, er is een lage luchtdruk. Om het oog heen kan de windsnelheid oplopen tot 400 km/ u. Je kunt een tornado het beste vergelijken met een draaikolk in het water: als je de stop uit een badkuip trekt gaat het water draaien rond het afvoergat. Datzelfde gebeurt in de lucht, maar dan naar boven gericht. Een tornado werkt daardoor op aarde als een reusachtige stofzuiger. Een tornado ziet er vanaf de aarde uit als een grote onweerswolk met een slurf eraan. Die slurf is een zuigende draaikolk, die de lucht van de aarde opzuigt. Door de enorme zuigkracht wordt alles meegesleurd, zelfs de voorwerpen van meer als duizend kilo. De schade die aan de huizen ontstaat, komt meestal omdat de lucht rondom de huizen weggezogen wordt. Dit principe wordt toegepast in de Dyson stofzuiger. Door de ronddraaiende luchtstroom ontstaat er middelpuntvliedende kracht. Door de luchtstroom te laten ronddraaien, worden vuil en stofdeeltjes onderworpen aan de middelpuntvliedende kracht. Vuil en stofdeeltjes worden uit de luchtstroom geslingerd. Deze ‘natuurlijke’ technologie wordt al toegepast in stofzuigers. Wij zijn daarom verder opzoek gegaan. Hieronder volgen een aantal ideeën geïnspireerd door de
Tornado
Root Cyclone van Dyson
natuur die misschien ook van toepassing zouden kunnen zijn op stofzuigers.
Dieren Puur kijkende naar de vormgeving van een stofzuiger, komt je al snel op vormen van dieren. Bij een standaard stofzuiger, denk je aan een romp met een soort van slurf. De onderstaande dieren kunnen hierbij van toepassing zijn.
12
Aardvarken
Wild zwijn
Miereneter
Olifant
Deze dieren hebben allen een vrij lange of opvallende ‘neus’, waaruit je inspiratie zou op kunnen maken voor het ontwerp van een slang van een stofzuiger. De miereneter heeft verder ook nog als enige een bijzondere tong. Deze tong is nog langer dan die van een giraffe. De tong van een miereneter kan wel 60 centimeter worden. Eten pureren ze tot een natte vorm, die de miereneter in hoog tempo met zijn lange tong naar binnen zuigt, vermengd met vrij veel speeksel. Een ander dier met een vrij opvallende tong is de vlinder. De tong van de vlinder is een roltong, een soort oprolbaar rietje, waarmee de vlinder zijn voedsel opzuigt. De roltong zit opgerold in de kop. Die tong zuigt de nectar uit de bloemen, of ander vloeibaar voedsel, zoals sap van zacht rottend fruit, urine, mest, of vocht van dode dieren. Dit principe zou eventueel toegepast kunnen worden bij het mondstuk van een soort van stofzuiger. De tong maakt een rollende beweging en zuigt ‘stoffen’ op.
Tong van een vlinder
13
Ook zijn er nog andere dieren in de natuur met andere kenmerken die eventueel bruikbaar zouden kunnen zijn. Zo heeft de slak een huisje waar hij zich in terug kan trekken en zich als het ware in oprolt. Elke stofzuiger heeft een oprolmechanisme voor het snoer, maar niet voor de slang. Deze hangt er dan los bij als de stofzuiger opgeruimd wordt, of is te kort om ergens bij te kunnen komen met stofzuigen. De ronding van het slakkenhuis kan een inspiratie zijn om de slang op en uit te kunnen rollen. De regenworm is deel van de familie van de gelede wormen, het is tevens een ringworm. Bij de ringwormen is het lichaam opgebouwd uit Slak met slakkenhuis allemaal verschillende segmenten. Bij de regenworm zijn niet alle segmenten even groot. Op alle ringen zitten harde staafjes, de zogenaamde borsteltjes. Daarmee beweegt de regenworm zich voort. De regenworm vreet almaar door plantenresten en aarde op en zet deze om tot vruchtbare compost. De gangen hebben een doorsnede van een cm en lopen van de oppervlakte tot tegen het grondwater. Deze gangen zorgen voor een goede waterhuishouding in onze moestuin. Om vlot door de gangen te kruipen staat het lichaam bezaaid met kleine haartjes (de borstels), die het schuiven van de segmenten bevorderen. De borsteltjes en de vorm van de regenworm zouden ook gebruikt kunnen worden voor het verwijderen van stof. De smalle vorm past tussen vele gaatjes en de borsteltjes zorgen voor het verwijderen van de stof. Eventueel zou hier nog een zuigende kracht aan toegevoegd kunnen worden.
Regenworm
Statische elektriciteit Statische elektriciteit kan zich vormen op een oppervlak, als deze tegen een ander oppervlak gewreven wordt. Door deze wrijving springen er negatief geladen elektronen van het ene oppervlak op het andere. Hierdoor ontstaat er een negatief geladen oppervlak, waar de elektronen zich aan hechten, en een positief geladen oppervlak, waar de elektronen vanaf komen. Een dergelijk lading komt makkelijk in de buurt van duizenden volts, maar de totale energie is echter beperkt. Een zij-effect van het ontladen van elektronen is elektromagnetische golven. Deze storen communicatie en navigatie systemen.
14
Het vormen van statische elektriciteit komt ook in de natuur voor. Dit gebeurt tijdens het vormen en het uit elkaar gaan van wolken. Sommige wolken verliezen elektronen en worden positief geladen en andere wolken pikken die elektronen op en worden negatief geladen. Statische elektriciteit is bruikbaar in een stofzuiger vanwege zijn “magnetisme”. Als een oppervlak positief geladen wordt, kan het stofdeeltjes aantrekken. Deze zijn negatief geladen. Statisch gevoelig nylon of ander synthetisch weefsel trekt negatief geladen stof aan, en tevens ook bacteriën. Om een positief en een negatief oppervlak te krijgen, kan het best een isolerend en een geleidend Statische elektriciteit materiaal gebruikt worden. Het geleidende materiaal laat de elektronen gemakkelijk door de stof heen gaan, deze krijgt dus een positieve lading. Het isolerende materiaal houdt gemakkelijk een overschot aan elektronen vast, deze wordt dus negatief geladen. Indien er twee isolerende materialen worden gebruikt om een statische lading op te wekken, wordt de lading van elk van beiden materialen bepaald door welk materiaal makkelijker elektronen kwijtraakt en welk materiaal makkelijker elektronen opneemt.
De zuurkast Een mogelijke toepassing van het ontwerpen als natuurlijk verschijnsel, is de zogenaamde zuurkast. De zuurkast wordt gebruikt omdat gassen, dampen en poeders die binnenin de zuurkast ontstaan te verwijderen, deze gassen, dampen en poeders vormen zich doordat er in de zuurkast werkzaamheden afspelen waarbij deze vrij kunnen komen. Op deze manier kan men veilig experimenten uitvoeren in bijvoorbeeld een scheikunde lokaal, zo kunnen in een zuurkast proefopstellingen geplaatst worden en met beperkte warmtebronnen gewerkt worden. De zuurkasten zoals die gevonden worden in onder andere scheikunde lokalen en ziekenhuizen kunnen we bestempelen als plaatselijke afzuiging. De plaatselijke punten zijn over het algemeen aangesloten op een centrale afzuiging. De zuurkast werkt door middel van het in stand houden van onderdruk in een speciaal geconstrueerde ruimte. Door lucht aan de bovenkant af te voeren ontstaat in deze ruimte onderdruk ten opzichte van de aangrenzende ruimte. De aanvoer van nieuwe lucht gebeurd doormiddel van de bedieningsopening, Luchtstroming van de zuurkast ofwel via het raam aan de kant van waar de gebruiker de experimenten uit moet voeren. De lucht zou met een minimum aan turbulentie naar de achterwand van de ruimte geleid moeten worden. Dit proces van de luchtstroom binnenin kan men verbeteren door in de ruimte schotten of spoilers te plaatsen die de luchtstroom en dus de mate van turbulentie kunnen optimaliseren. De mate waarin de zuurkast bescherming biedt aan de gebruiker hangt af van de mate waarin binnenin de zuurkast een zogenaamde vortex behouden kan worden. Deze vortex of draaivormige 15
luchtstroom ontstaat juist door het creëren van onderdruk in de ruimte die beveiligd moet worden. Nu is er nog een verschil tussen de moderne zuurkast en de traditionele zuurkast, de hedendaagse zuurkast heeft het voordeel dat de vortex beter behouden kan worden. Als het raam van de ruimte geopend wordt heeft dit invloed op de vortex, namelijk door de turbulentie van het openen kan de vortex in elkaar klappen. Waardoor de beschermende werking afneemt. Het verschil tussen hedendaagse en traditionele zuurkasten is dat hedendaagse zuurkasten op twee plaatsen de vortex ondersteund, terwijl een traditionele zuurkast dit op één enkele plaats deed. De mate van bescherming hangt dus af van de mate waarin de vortex in stand gehouden kan worden, niet zoals, men zou kunnen bedenken, de snelheid van de invoer van lucht of de kracht waarmee de lucht afgezogen wordt. Het natuurlijke van de zuurkast is dat met enkel een ventilator een beschermde omgeving gecreëerd kan worden doormiddel van onderdruk in een ruimte ten op zichte van een andere ruimte. Door het drukverschil voert men de gevaarlijke gassen, dampen en poeders af. Een mogelijke toepassing van dit principe met betrekking op het project zou kunnen zijn dat met een dergelijke opstelling in de procesindustrie gevaarlijke gassen, dampen en poeders afgezogen kunnen worden terwijl men wel in de buurt van het proces zou kunnen komen zonder in gevaar te komen. Onderdelen van eeen zuurkast
16
Reflectie op het proces Chao Li Deze methode, om via de natuur oplossingen te vinden voor huidige technologische problemen, is wel weer iets anders dan rekenkundig naar een oplossing te zoeken, wat wij gewend zijn. Maar in principe is het niks anders dan naar artikelen te zoeken en deze te analyseren. Dit is niet anders dan de manier van werken bij theoretische verslagen. Dus in principe is het geen echt vernieuwende manier van werken. Wat wel vernieuwend is, is het idee om in de natuur naar oplossingen te zoeken. In deze digitale tijdperk en door de technische studie, ben ik gewend om technische oplossingen te zoeken voor technische problemen. Daarom is het nuttig geweest om via dit project de ogen te openen voor natuurlijke oplossingen. Vooral ook omdat er dan gezocht wordt naar milieu-vriendelijke oplossingen. Waarschijnlijk kunnen we nog niet alles imiteren van de natuur, maar er kunnen best een aantal ideeën uit de natuur overgenomen worden.
Stephanie Ik vind het wel een uitdaging om een keer naar het ‘echte’ ontwerpproces van een product te kijken. Met onze benadering van design als natuurlijk fenomeen heb ik toch wel wat moeite. Eigelijk weet ik te weinig van de natuur om in zo’n korte tijd bruikbare concepten uit de natuur te halen voor het gebruik in een stofzuiger. Het uitzoeken van wat de benadering inhoud is nog wel te doen en te begrijpen. Alleen daarna komt de eigen creatieve geest om de hoek kijken en dien moet je nu op een geheel andere manier gaan gebruiken dan dat je gewend bent. Je zeker je blikweld verruimen en alle mogelijke concepten langsgaan. Snel val je dan weer terug op het feit dat de meeste concepten toch wel niet bruikbaar of efficiënt kunnen/zouden zijn. Ook omdat de stofzuiger naar mijn mening al een ver ontwikkeld product is. Toch is het nadenken hierover interessant en zie je dus tegen welke dingen ontwerpers aanlopen en dat een goed product zeker niet binnen enkele ogenblikken verzonnen en ontworpen is.
Ida Het kijken door de bril van een ontwerper blijkt nog niet zo eenvoudig te zijn. Ik ben erg gewend een bepaalde structuur voor een project op te zetten en deze structuur dan ook te volgen. Bij dit project was het echter beter de vooraf opgezette structuur steeds aan te passen. Ook ben ik gewend gericht te zoeken naar een oplossing, het komt dan ook wat chaotisch op mij over om allerlei ideeën op een rij te zetten, zonder daarvan eerst de bruikbaarheid te toetsen. Het ontwerpen vanuit natuurlijk perspectief vond ik een erg interessant onderwerp. Ook voor een technisch bedrijfskundige is duurzaamheid een belangrijk thema. Met het zelf bedenken van concepten uit de natuur die toegepast kunnen worden op een stofzuiger
17
heb ik wat meer moeite. Mijn kennis van biologie is toch wat ver teruggezakt. Daarnaast ben ik van mening dat het jammer is dat wij dit project in twee weken tijd af moeten maken. Ik heb namelijk het gevoel dat het op deze manier onmogelijk is een volledig beeld te geven van ons perspectief. Uitgebreider onderzoek zou waarschijnlijk nog veel meer mogelijkheden naar boven brengen om natuurlijke principes toe te passen in een stofzuiger. Terugkijkend op het verloop van dit project ben ik echter toch wel tevreden over deze reader.
Paul Mijn verwachting van het project was dat er op een totaal andere manier aan gewerkt zou moeten worden dan dat ik gewend was. Dit idee van het project had ik gekregen na het inleidende college. Maar voor het eerste deel hoefden we nog niet echt anders te denken dan dat we gewend waren, nog steeds was er een probleemstelling en gingen we gericht op zoek naar oplossingen. Voor een deel moesten we al wel als ontwerpers nadenken, dit kwam terug bij het stuk van het bedenken van drie mogelijke principes die eventueel uitgewerkt zouden kunnen worden. Naar mijn mening waren er hier ook enkele tegenstrijdigheden; we moesten niet elk idee dat geopperd werd afdoen als fout of verkeerd. Maar tegelijkertijd moesten we wel ideeën naar voren brengen die we eventueel uit zouden kunnen werken. Wetend dat een idee mogelijk uitgewerkt moet kunnen worden, kijk je toch kritischer naar ideeën van anderen en jezelf. Desondanks vond ik het in elkaar zetten van de reader een leuke en wat minder theoretische opdracht van de studie.
18
Bronvermelding Artikelen • • •
•
• • • • •
• • •
• •
The Role of Product Design in Closing Material Loops, Eikelberg, Cok en Tempelman, EcoDesign2003 12E-9 ‘Ontwerpen als natuurlijk verschijnsel’, Sybrand Zijlstra, MORF mei 2005 Used Consumer Electronics: A Comparative Analysis of Materials Recycling Technologies, Hai-Yong Kang and Julie M. Schoenung University of California. Chemical Engineering and Materials Science Davis, CA, 95616 USA. Realization of Expressive Mobile Robot, Hiroshi MIZOGUCHI, Tomomasa SAT0, Katsuyuki TAKAGI, Masayuki NAKAOI and Yotaro HATAMURA, Proceedings of the 1997 IEEE, International Conference on Robotics and Automation, Albuquerque, New Mexico - April 1997 Bio-Informatic System Symbiosis with Humans, Artifacts and Environments, Osamu Katai, Tetsuo Sawaragi, Takayuki Shiose and Hiroshi Kawakami, 1999 IEEE Dynamic energy-consumption indicators for domestic appliances: environment, behaviour and design, G. Wood, M. Newborough, Energy and Buildings 35 (2003) Ecological Design for the Usage Phase; An interdisciplinary approach to design for environment, Christof Oberender, Olaf Weger, Herbert Birkhofer, 2001 IEEE Geometry in nature and Persian architecture; Mehrdad Hejazi, Building and Environment 40 (2005) Bronnen: Technology that imitates nature (The Economist. London: Jun 11, 2005. Vol.375, Iss. 8430; pg. 20) http://proquest.umi.com/pqdweb?did=853445421&sid=5&Fmt=3&clientId=2 7445&RQT=309&VName=PQD The Greening of High Tech (Olsen, Robert L.) The Nature of Design (Lodato, Franco) Static Electricity; Business & Commercial Aviation. New York: Jun 2004.Vol.94, Iss. 6; pg. 41 http://proquest.umi.com/pqdweb?did=677725621&sid=3&Fmt=3&clientId=2 7445&RQT=309&VName=PQD Lightning temperature; Businessline. Chennai: Jun 16, 2005. pg. 1 http://proquest.umi.com/pqdweb?did=854871701&sid=3&Fmt=3&clientId=2 7445&RQT=309&VName=PQD Keys to Static Control (Rathey, Allen)
19
Websites • • • • • • • • • • • • • • •
http://www.splusb.nl/sb2003/home/index.asp http://cyclesystems.intechno.nl/pages/default.aspx?id=10189 http://www.waldner.de/default_labor.asp?pLngCateId=2820&pIntLevel=6&p BlnPageListing=False&pBlnPageText1=False www.cultuurnetwerk.org/bronnenbundels/1994/1994_33.htm www.eu.aibo.com http://nobelprize.org/medicine/laureates/1904/pavlov-bio.html http://static.studiolab.io.tudelft.nl/gems/desmet/paperstofzuiger.pdf http://www.dutchdesignweek.nl/achtergronden.php?item=7 http://www.phil.uu.nl/~rob/output/Kant.ai.shtml http://www.kennislink.nl/web/show?id=117912 http://www.wiedoetnuwat.nl/intermediair/standerdText.asp?mID=6027 www.wikpedia.nl www.greenblue.org www.biomimicry.net www.natuurinformatie.nl
20
