Design im Spannungsfeld von Technologie und Biologie

Design im Spannungsfeld von Technologie und Biologie

Inhaltsverzeichnis:

1. Einführung in die Welt des Designs

   • Die Dominanz der Fertigung und Massenproduktion
   • Die Herausforderungen künstlicher Werkzeuge

2. Die Einheit von Natur und Design

   • Die Komplexität des Wachstums in der Natur
   • Die Herausforderungen der künstlichen Montage

3. Die vier Felder des modernen Designs

   • Rechenbasiertes Design
   • Additive Fertigung
   • Materialtechnik
   • Synthetische Biologie

4. Neue Möglichkeiten im Design durch die Verbindung der vier Felder

   • Die Rolle der 3D-Drucker
   • Der Einsatz von genetisch veränderten Mikroorganismen
   • Die Schaffung multifunktionaler Strukturen

5. Vom Plastik zur natürlichen Materialsymbiose

   • Die Entwicklung von Chitin als neuem Baumaterial
   • Die Vorteile von Chitosan in der großflächigen Konstruktion
   • Die biologische Abbaubarkeit und ökologische Nachhaltigkeit

6. Design für das interplanetare Zeitalter

   • Das Potenzial von Kleidung zur Lebenserhaltung auf interplanetaren Reisen
   • Die Verwendung von Mikrofluidik und synthetischer Biologie in der Bekleidungsherstellung
   • Die Schaffung eines personalisierten Mikrobioms

7. Materialökologie und die Rückkehr zur Natur

   • Die Limitationen des schichtweisen 3D-Drucks
   • Die Inspiration der Natur für komplexe Architektur
   • Die Integration von biologischem Seidenkokon-Gewebe

8. Schlussfolgerung: Eine neue Ära des Designs und der Kreation

🌿 Der Einheit von Natur und Design: Eine neue Ära der Kreation 🌿

In der Welt des Designs gibt es zwei radikal entgegengesetzte Kulturen, symbolisiert durch zwei Dom-Konstruktionen. Die eine besteht aus tausenden Stahlteilen, die andere aus einem einzigen Seidenfaden. Die eine ist synthetisch, die andere organisch. Die eine wird auf die Umgebung aufgezwungen, die andere erschafft sie. Aber sind Werkzeuge wirklich der einzige Weg, um etwas zu kreieren?

Michelangelo, einer der berühmtesten Künstler der Renaissance, sagte einst, dass er in einem rohen Stück Marmor eine Figur sah, die danach strebte, sich zu befreien. Doch lebendige Dinge werden nicht gemeißelt, sondern sie wachsen. In unseren kleinsten Lebensbausteinen, den Zellen, tragen wir alle Informationen, die für jede einzelne Zelle benötigt werden, um zu funktionieren und sich zu vermehren.

Seit der industriellen Revolution ist die Welt des Designs von den Zwängen der Fertigung und Massenproduktion geprägt. Fließbänder haben eine Welt aus Einzelteilen geschaffen und die Vorstellung von Designern und Architekten geprägt, die ihre Objekte als Montagen von diskreten Teilen mit unterschiedlichen Funktionen betrachten. Dieser Ansatz widerspricht jedoch der homogenen Materialzusammensetzung in der Natur.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die menschliche Haut. Unsere Gesichtshaut ist dünn und besitzt große Poren, während unsere Rückenhaut dicker ist und kleine Poren aufweist. Die eine wirkt hauptsächlich als Filter, die andere hauptsächlich als Barriere. Doch es handelt sich um dieselbe Haut - ohne Teile, ohne Montagen. Es handelt sich um ein System, das seine Funktionalität schrittweise verändert, indem es die Elastizität variiert.

🔍 Warum ist dies jetzt möglich?

Wir leben in einer besonderen Zeit in der Geschichte, in der sich vier Felder miteinander verbinden und Designern Werkzeuge zur Verfügung stellen, die es vorher nie gab. Diese Felder sind das rechenbasierte Design, die additive Fertigung, die Materialtechnik und die synthetische Biologie. Dank dieser Kombination können Designer ganz neue Möglichkeiten erkunden und nutzen.

Computergesteuertes Design ermöglicht komplexe Formen mit einfachem Code zu entwerfen, während die additive Fertigung es uns erlaubt, Teile zu erstellen, indem wir Material hinzufügen anstatt es abzutragen. Materialtechnik ermöglicht uns, das Verhalten von Materialien hochauflösend zu gestalten, und die synthetische Biologie ermöglicht es uns, durch die Bearbeitung von DNA neue biologische Funktionalitäten zu entwerfen.

In Zusammenarbeit mit verschiedenen Experten und Forschern haben mein Team und ich verschiedene Objekte und Produkte entworfen. Vom 3D-gedruckten Roboterarm mit einem Durchmesser von 80 Fuß, der in Zukunft ganze Gebäude drucken wird, bis hin zu nano-skalierter Grafik aus genetisch veränderten Mikroorganismen, die im Dunkeln leuchten.

In einem unserer Projekte haben wir das Mashrabiya, ein architektonisches Archetyp der arabischen Welt, neu interpretiert und einen Bildschirm geschaffen, bei dem jede Öffnung individuell gestaltet ist, um die Form des durchströmenden Lichts und der Wärme zu beeinflussen.

In einem Modedesign-Projekt haben wir eine Kapuze und einen Rock entworfen, die wie eine zweite Haut aus einem einzigen Teil bestehen - steif um die Konturen herum und flexibel um die Taille herum.

Ein weiteres Beispiel ist ein Helm, der steife und weiche Materialien in einer Auflösung von 20 Mikrometern kombiniert - das entspricht der Auflösung eines menschlichen Haars.

Die Möglichkeit, auf so hohe Auflösungswerkzeuge zuzugreifen, ermöglicht es uns, Produkte zu entwerfen, die nicht nur die Form unseres Körpers, sondern auch die physiologische Zusammensetzung unseres Gewebes berücksichtigen.

Wir haben auch einen akustischen Stuhl entworfen, der gleichzeitig strukturell, komfortabel ist und den Klang absorbiert. Inspiriert von der Natur haben wir eine unregelmäßige Oberflächenstruktur entwickelt, die den Schalldruckpunkten des menschlichen Körpers entspricht.

Die Oberfläche variiert ihre Funktionalität, indem sie kontinuierlich und sensibel die Materialbeschaffenheit variiert - ohne zusätzliches Material oder Montagen hinzuzufügen.

Doch ist die Natur perfekt? Gibt es dort keine Montagen? Die hebräische Bibel erzählt eine Geschichte, die für mich viel darüber aussagt, was mir wichtig ist: "An dem dritten Tag der Schöpfung befiehlt Gott der Erde, einen Fruchtbaum hervorzubringen." Bei diesem ersten Fruchtbaum gab es keine Unterscheidung zwischen Stamm, Ästen, Blättern und Früchten. Der ganze Baum war eine Frucht. Doch die Erde brachte Bäume hervor, die Rinde, Stängel und Blumen haben. Die Erde schuf eine Welt aus Teilen.

Diese Geschichte hat mich geprägt und mich dazu inspiriert, nach einem Material zu suchen, das wie jenes berühmte biblische Fruchtbaum-Material ist. Wir haben es gefunden. Chitin, das zweithäufigste Biopolymer auf dem Planeten, wird von Organismen wie Garnelen, Krabben, Skorpionen und Schmetterlingen produziert - in einer Menge von etwa 100 Millionen Tonnen pro Jahr.

Wir haben Chitosan aus gemahlenen Garnelenschalen hergestellt und die chemischen Konzentrationen variiert, um eine Vielzahl von Eigenschaften zu erzielen - von dunkel, steif und undurchsichtig bis hin zu hell, weich und transparent. Um die Strukturen im großen Maßstab zu drucken, haben wir ein robotergesteuertes Extrusionssystem mit mehreren Düsen entwickelt. Die fertigen Teile werden dann getrocknet und nehmen natürlicherweise eine Form an, wenn sie mit Luft in Kontakt kommen.

Warum designen wir dann immer noch mit Plastik? Die bei dem Druckvorgang entstehenden Luftblasen wurden genutzt, um photosynthetische Mikroorganismen einzuschließen, die vor 3,5 Milliarden Jahren erstmals auf unserem Planeten auftauchten. Zusammen mit unseren Mitarbeitern von Harvard und MIT haben wir Bakterien eingebettet, die genetisch verändert wurden, um Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufzunehmen und in Zucker umzuwandeln. Zum ersten Mal konnten wir Strukturen erzeugen, die nahtlos von einem Balken zu einem Gitter übergehen und bei noch größerem Maßstab sogar Fenster werden könnten.

Die Zusammenarbeit mit einem alten Material - einem der ersten Lebensformen auf dem Planeten -, viel Wasser und ein wenig synthetischer Biologie ermöglichte es uns, eine Struktur aus Garnelenschalen in eine Architektur zu verwandeln, die sich wie ein Baum verhält. Und das Beste daran ist: Wenn diese Objekte biologisch abbaubar sind, können sie im Meer platziert werden, um das marine Leben zu ernähren, oder in die Erde gelegt werden, um das Wachstum von Bäumen zu fördern.

Inspiriert von diesen Designprinzipien haben wir uns als nächstes dem Sonnensystem zugewandt und die Möglichkeit untersucht, Kleidung für interplanetare Reisen zu schaffen, die das Leben unterstützt. Dafür mussten wir Bakterien enthalten und ihren Fluss kontrollieren. Ähnlich wie das Periodensystem haben wir unsere eigene Tabelle der Elemente erstellt - neue Lebensformen, die über rechnerisches Wachstum, additive Fertigung und biologische Veränderungen herangezogen wurden.

In unserem ersten Kleidungsstück haben wir zwei Mikroorganismen kombiniert: die Cyanobakterien, die Licht in Zucker umwandeln, und E. coli, die im menschlichen Darm vorkommende Bakterienart. Diese beiden Mikroorganismen kommen in der Natur niemals zusammen und wurden erstmals in einem Kleidungsstück so gezüchtet, dass sie eine Beziehung eingehen. Dieser Stoffwechseltrakt ähnelt dem Verdauungstrakt und hilft dabei, die Bakterien zu lenken und ihre Funktion entlang des Trakts zu verändern.

Wir haben diese Kanäle auf dem menschlichen Körper wachsen lassen und dabei die Materialbeschaffenheit je nach gewünschter Funktionalität variiert. Für mehr Photosynthese haben wir transparentere Kanäle entworfen. Dieses tragbare Verdauungssystem, wenn es von einem Ende zum anderen gedehnt wird, erstreckt sich über 60 Meter. Das entspricht der Hälfte eines Fußballfeldes und ist zehnmal länger als unsere Dünndärme. Bei TED enthüllen wir nun zum ersten Mal unsere erste photosynthetische Kleidung: Fließkanäle, die in tragbarer Kleidung leuchten und voller Leben sind.

Zum Abschluss möchte ich das berühmte Zitat von Mary Shelley anbringen: "Wir sind unfertige Wesen, aber nur zur Hälfte gemacht." Was wäre, wenn das Design diese andere Hälfte erfüllen könnte? Was wäre, wenn wir Strukturen schaffen könnten, die lebende Materie unterstützen? Was wäre, wenn wir persönliche Mikrobiome erschaffen könnten, die unsere Haut scannen, geschädigtes Gewebe reparieren und unseren Körper erhalten?

Ich betrachte dies als eine Form der bearbeiteten Biologie. Diese gesamte Kollektion, die den Namen "Wanderers" trägt und nach Planeten benannt ist, geht es mir nicht nur um Mode, sondern bietet auch die Möglichkeit, über die Zukunft unserer Rasse auf unserem Planeten und darüber hinaus zu spekulieren. Dabei verbinde ich wissenschaftliche Erkenntnisse mit viel Mysterium und bewege mich weg vom Zeitalter der Maschine hin zu einem neuen Zeitalter der Symbiose zwischen unserem Körper, den Mikroorganismen, die wir bewohnen, unseren Produkten und sogar unseren Gebäuden.

Dies ist das, was ich als Materialökologie bezeichne. Um dies zu erreichen, müssen wir immer wieder zur Natur zurückkehren. Während 3D-Drucker Material in Schichten auftragen, wächst die Natur und fügt immer mehr Raffinesse hinzu. Ein Beispiel dafür ist der Kokon des Seidenspinners, der eine hochkomplexe Architektur schafft, in der die Verwandlung stattfindet. Kein heutiger schichtweiser 3D-Druck kommt auch nur annähernd an dieses Maß an Raffinesse heran.

Der Seidenspinner-Kokon kombiniert zwei Proteine in unterschiedlichen Konzentrationen, von denen eines als Struktur und das andere als Klebstoff oder Matrix wirkt und so die Fasern zusammenhält. Dieses Zusammenspiel von Zug- und Druckkräften manifestiert sich in einem einzigen Material. Um diesen komplexen Prozess besser zu verstehen, haben wir einen winzigen Erdmagneten am Kopf eines Seidenspinners befestigt und mit Magnetfeldsensoren in einer Box platziert. So konnten wir eine Punktwolke erstellen und die komplexe Architektur des Seidenspinner-Kokons visualisieren.

Wir haben verschiedene Umgebungen und Gerüste entwickelt und entdeckt, dass die Form, Zusammensetzung und Struktur des Kokons direkt von der Umgebung beeinflusst wird. Seidenspinner wandern oft in dunklere und kältere Bereiche, daher haben wir anhand eines Sonnenpfads Diagramme erstellt, um die Verteilung von Licht und Wärme auf unserer Struktur sichtbar zu machen. Wir haben dann Löcher oder Öffnungen geschaffen, um die Strahlen des Lichts und der Wärme einzuschließen und damit die Körper der Seidenspinner auf der Struktur zu verteilen.

Wir waren bereit, die Raupen zu empfangen, und bestellten 6.500 Seidenspinner von einer Online-Seidenfarm. Nach vier Wochen der Fütterung waren sie bereit, mit uns zu spinnen. Wir platzierten sie sorgfältig am unteren Rand des Gerüsts und während sie sich drehen, verpuppen, paaren und Eier legen, beginnt das Leben von vorne - ähnlich wie bei uns, aber viel, viel kürzer. Wie Bucky Fuller sagte: "Spannung ist die große Integrität" und so verleihen sie mit ihrem biologischen Seidenkokon dem gesamten Pavillon seine Integrität. Über zwei bis drei Wochen spinnt jeder der 6.500 Seidenspinner 6.500 Kilometer. In einer neugierigen Symmetrie entspricht dies auch der Länge der Seidenstraße. Nach dem Schlüpfen produzieren die Motten 1,5 Millionen Eier. Dies könnte für zusätzliche 250 Pavillons in der Zukunft genutzt werden.

Und da sind sie, die beiden Weltenanschauungen. Die eine spinnt Seide aus einem Roboterarm, die andere füllt die Lücken. Wenn die ultimative Herausforderung des Designs darin besteht, Leben in Produkte und Gebäude um uns herum einzuflößen, um eine zweierlei Material-Ökologie zu schaffen, dann müssen Designer diese beiden Weltenanschauungen vereinen. Damit kehren wir zurück zu unserem Anfang. Hier ist eine neue Ära des Designs, eine neue Ära der Kreation, die uns von einem naturbasierten Design zu einem designbasierten Naturverständnis führt - und dies fordert uns zum ersten Mal auf, die Natur zu bewahren. Vielen Dank.