Būdami tarsi sudėtingos ekosistemos, miestai gauna neįtikėtiną apkrovą, ir jiems tenka siekti optimalaus efektyvumo ir minimalaus poveikio mūsų pasauliui su savo ribotais resursais. Architektai, miestų planuotojai ir ilgaamžiškumo bei stabilaus vystymo specialistai bando spręsti didžiules problemas, susijusias su reikalavimais resursams ir miestų vystymu. Ir dabar atsiranda pirmieji požymiai, kad miestų statybų sistemoje vis labiau įsitvirtina biologija.
Tokiose srityse, kaip 3D spausdinimas, sintetinė biologija, robototechnika, paremta „spiečiaus“ intelektu, ir architektūra, egzistuoja ateities statybų scenarijai, kuriuose pastatai projektuojami per iš biologinių šablonų sudarytas bibliotekas, o statomi iš biosintetinių medžiagų, sugebančių atpažinti aplinkos pokyčius ir adaptuotis prie jų. Pačias statybas vykdys bakteriniai spausdintuvai ir mechaninių surinkimo prietaisų „spiečiai“.
Šiuolaikinė, žmogaus modifikuota aplinka, kurioje mes gyvename, susikūrė programinėje įrangoje CAD. Kompanijos „Autodesk Research“ inžinieriai, dirbantys bio/nano/programuojamų medžiagų gamybos laboratorijoje, kuria mikroskopinio pasaulio modeliavimo instrumentus. Projektas „Cyborg“ padeda tyrinėtojams imituoti ryšius atomų ir molekulių lygmenyje, kas projektuotų programuojamas medžiagas. „Autodesk Research“ neseniai sujungė jėgas su kompanija „Organovo“, kuri projektuoja biospausdintuvus, sugebančius kurti gyvus audinius. Tokia partnerystė praplečia jų galimybes, ir dabar jie gali užsiimti ne tik molekuliniu projektavimu, bet ir biomedžiagų gamyba, kas leidžia greitai kurti pačius įvairiausius mėginius: nuo farmacijos iki nanomašinų.
Projektas „Cyborg“ leidžia giliau tyrinėti biomimikriją, nes atsirado galimybė tiksliai apdoroti medžiagas. Davidas Benjaminas ir jo kolegos iš Gyvos architektūros laboratorijos prie Kolumbijos universiteto tyrinėja biologijos integravimo į architektūrą galimybes. Naujausias jų darbas skirtas bakterinės gamybos klausimams – genetinei bakterijų modifikacijai, siekiant sukurti tvirtas medžiagas. Žvelgiant į ateitį, kurioje bus projektuojamos bakterijų kolonijos masinei gamybai, plačiu mastu „spausdinant“ naujas medžiagas, jie mato statinius, suvyniotus į besiūlę, jautrią bioeleketroninę pakuotę.
Robototechnikas Enrico Dini suprojektavo tokio dydžio 3D spausdintuvą, kad juo galima spausdinti namus iš smėlio. Tokiu būdu jis perėjo iš molekulinio spausdinimo į plataus masto gamybos lygmenį. Dabar E. Dini kartu su Europos kosmoso agentūra galvoja, kaip išsiųsti tokį spausdintuvą į Mėnulį, kad iš Mėnulio dirvos pastatytų gyvenamą bazę. Nors iki praktinio šio sumanymo realizavimo kol kas toli, stulbina jau ir tai, kad trimatis spausdinimas jau keliasi iš kompiuterių ir pareina į masinės gamybos sferą.
Spausdintuvuose naudojamos naujos medžiagos, ir dabar jie gali atlikti plataus masto darbus. Bet egzistuoja ir kita prieiga prie statybų, kurioje pagrindinis dėmesys skiriamas grupinės dinamikos programavimui. Iš daugybės paprastų dalykų koordinavimo ir jų nukreipimo į sudėtingų problemų sprendimą atsiranda skaliarinis efektas, kaip, pavyzdžiui, pas koralus, bites, skruzdėlės ir termitus.
Harvarde vykdomas projektas „Robobees“, kurio tikslas – mikroskopinės robototechnikos, bevielių daviklių sistemų ir kompozitinių sistemų, leidžiančių kurti vabzdžius-robotus, besielgiančius tarsi bičių spiečius, tyrinėjimas. Šio projekto dalyviai kalba apie ateitį, kurioje „valdomi ir tarpusavyje bendraujantys vabzdžiai-robotai“ bus panaudoti žemės ūkio gamyboje, paieškos ir gelbėjimo operacijose bei (žinoma) karinėje žvalgyboje.
O dar yra projektas „TERMES“, kurio autoriai, nusižiūrėję idėją nuo termitų statybų, kuria robotizuotą statybų sistemą, paremtą spiečiaus intelektu. Ši komanda nusiteikusi sukurti dirbančius robotus, kurie kolektyviai atliks uždavinius, savo mastais didesnius už juos pačius. Mike‘as Rubensteinas vadovauja kitai Harvardo laboratorijai pavadinimu „Kilobot“, kuri kuria „ekonomišką robotizuotą sistemą kolektyvinių veiksmų demonstravimui“. Jo laboratorija kartu su kitais mokslininkai, tokiais kaip Nancy Lynch iš Masačiusetsto technoliginio instituto, pradeda kurti asinchroninius disperguotus tinklus ir koordinuoti robotų veiksmus spiečiaus intelekto pagrindu.
Visi šie projektai brandinami universitetų ir kompanijų laboratorijose, tačiau visai įmanoma, kad yra ir daug kitų projektų, vykdomų visame pasaulyje – garažuose, dirbtuvėse ir kitose entuziastų susibūrimo vietose. Visi jie apibendrina efektyvias ir racionalias gamtos sistemas, sujungdami biologiją ir skaičiavimo operacijas. Žvelgiant į cheminius algoritmus, į bakterijų gamybą, į robototechniką, paremtą spiečiaus intelektu, ir sujungiant visa tai su mūsų resursų deficitu, su aplinkos degradacija ir su žmogaus saugumu, mes sugebėsime kurti intriguojančius ateities scenarijus.
Jeigu remtis linijinio vystymosi scenarijumi, tai kitame dešimtmetyje mes stebėsime stabilų progresą molekuliniame modeliavime, naujus revoliucinius pasiekimus bakterijų su duotomis savybėmis kūrime, nanosistemų kūrime bei organinių ir neorganinių medžiagų hibridizacijoje. Prasidės sukauptos programinės medžiagos iš cheminių algoritmų, sintetinės biologijos formalizavimas, kuris leis suderinti biosintetinių konstruktyvių šablonų saugyklų bendradarbiavimą. Kai 3D spausdintuvai pradės veikti tokiose srityse, kaip remontas, stichinių nelaimių likvidavimas ir nuotoliniai inžineriniai projektai, tai paskatins tik dar didesnį vystymąsi.
Po kokių dešimties metų ribos tarp biologijos ir technologijų pradės nykti. Atomo lygmenyje nanosistemos sujunginės organines ir neorganines sistemas, o biologai pradės projektuoti pirmus mobilius kompiuterius ir bakterinius spausdintuvus. Makrolygmenyje robotų spiečiai taps dar labiau išsivystę, ir į jų mechaninę konstrukciją vis aktyviai kišis biofiziologija, o dar didesnį postūmį šioje srityje suteiks lengvi jutiminiai davikliai ir taisyklės, pagal kurias savarankiškai sąveikauja įvairios sistemos ir medžiagos.
O jeigu pažvelgti dar toliau už horizonto, tai galima pamatyti tolimesnį biosistemų ir kompiuterinių apskaičiavimų susijungimą gyvo miesto vystymo rėmuose. Bakterijos bus projektuojamos tokiu būdu, kad galėtų paveikti konkrečias medžiagas, pavyzdžiui senstantį betoną. Patekusios į miestus, jos keis senas medžiagas bakteriniais klijais, kurie turės racionalią tinklinę struktūrą, paremtą apskaičiavimais. Kitos bakterijos vykdys analogiškas funkcijas remonte, modernizuodamos pasenusius vamzdžius ar Saulės baterijų paviršius. Į ekosistemas taip pat bus galima įleisti protoląstelinius kompiuterius, kurie atpažins chemines medžiagų savybes ir perduos šią informaciją į tinklus.
Ateities architektai pradės modeliuoti sistemas, į kurių konstrukcijas bus įdedami biošablonai. Tokiu būdu bus sprendžiama priklausomybės nuo resursų programa – ekosistema bus integruota į imitacinę aplinką. Jų konstravime bus naudojamos reaguojančios meta-medžiagos. O biomimetinės medžiagos galės susispausti, susilenkt, atidaryti ir užverti poras, priklausomai nuo aplinkos būklės ir gyventojų judėjimo. Architektūra praras savo formalų griežtumą ir nejudrumą, taps minkštesnė, lankstesnė ir artimesnė procesams, kuriuos mes stebime augalijos pasaulyje.
Šis pasakojimas – tiesiog svarstymas apie tai, kai viskas vystysis pagal dabartines tendencijas. Stabilus biologijos ir kompiuterinių apskaičiavimų suartėjimas neišvengiamai prives prie to, kad tapsime artimesni gamtos sistemoms. Tikslus programuojamų medžiagų projektavimas ir tinkama aplinka greitam prototipų kūrimui prives prie visiškai naujų medžiagų rūšių ir rytojaus pasaulio sukūrimo.
