Programmable Architecture

-Towards Human Interactive, Cybernetic Architecture-

Kensuke Hotta (B.Eng, M.Eng, Msc)
Architectural Association School of Architecture, 2013

プログラマブル アーキテクチャ


堀田憲祐, 英国建築協会建築学校 

2-4. From Biology and Biomimetics (Cooperative species) 

2-4. 生物学とバイオミメティクス、および協働種から 

2-4-1. The Sociable Weaver (Social Birds)

2-4-1. 社会性を持った鳥(ソーシャル・バード) 

Fig.2-4-1,1 Social weaver nest mass The photo shows colony 2, the largest colony in the study area, holding 150-200 birds during the study period. The open savannah habitat characteristic of the area can be seen in the background. It references "LIFE-HISTORY EVOLUTION AND COOPERATIVE BREEDING IN THE SOCIABLEWEVER " by RITA COVAS MONTEIRO, page 4.
図.2-4-1,1ソーシャルウィーバー(社会性を持った鳥)の巣の密集この写真は、期間中に調査されたエリア最大のコロニー(群体)2の一部で、150-200羽が生息していた調査地域最大のものである。写真の背景には、この地域の特徴的なオープンサバンナの生息環境が見える。" (コバス, R 2002)。リタ・コバス・モンテイロ著 "LIFE-HISTORY EVOLUTION AND COOPERATIVE BREEDING IN THE SOCIABLE WEAVER", 4ページの写真を参照。

The sociable weaver is a bird living in the arid region of southern Africa around northern Namibia, which strongly relates to the Kalahari vegetation in the area. It is their nests rather than the birds themselves which is conspicuous.


     Their life pattern is unique and has frequently been the research target. They typically live in the same nest as a group, while most other bird species live independently in separate nests. Several subspecies of birds use the nest simultaneously. Some larger birds, such as Giant Eagles, use the nest as a platform to make their own nest. (Mendelsohn, JM 1997)

 彼らの生活パターンはユニークで、度々研究の対象となってきた。他のほとんどの鳥類が独立して別々の巣に住んでいるのに対し、この種はふつう集団で同じ巣で生活する。興味深いことに、いくつかの異なる種の鳥が、この巣を利用することがある。例えば、オオワシのような大型の鳥類では、巣を自分たちの巣を作るための足場としてこの架構物を利用することもある。(メンデルソン, JM 1997年) 

     The social weaver tends to make more enormous nests to be able to live collectively, compared to other species, in a vast single nest made of stiff grasses. Their nests are built on a higher tree, and some can be seen in the upper parts of power poles. Making the nest larger is excellent in terms of insulation, keeping warmth and controlling the inside condition. As it has been used for a long time, the weavers repeatedly repair and development of the nest.


     The unique point of this biome is its combination of materials and creatures, much like a city. Each bird’s part of the nest is more than just a nest but an extension of their society, and not only their society but also that of other species.


2-4-2. The Termites (Insects' Architecture)

2-4-2. シロアリ(昆虫がつくる構築物) 

Fig.2-4-2,1 Termite Mounds in NamibiaReferencing a picture from
図.2-4-2,1 ナミビアのシロアリの塔   

Some insects, such as termites, ants and bees, also lead community life. (Both termites and ants belong to a sort of Blattodea.) For example, termites are characteristic in biomimetics, exceptionally high lightened as their nest is called 'mounds'. Termites inhabit most of the lands, from the tropics to the subarctic zone, but most prefer to live in the tropics. Recent research shows that this animal architecture is highly designed. 


     Against the common view, that insect has low intelligence, they do not simply result from the repetition of local patterns but present a coherent global organisation (Tuner 2000). Moreover, the internal spatial network is excellently compromised between efficient internal connectivity and defence against attacking predators. (Perbna,A etal.2008). More generally, the nest architecture maintains homeostasis of the local environment (Doan, 2007) , explained below. 

 このマウンドは、単に局所的なパターンの繰り返しから生じるのではなく、首尾一貫したグローバルな組織的動作による生成物であるようだ。これは昆虫は知能が低いという一般的な見解に反している(J.S.ターナー, 2000年)。さらに驚くべきことに、巣の内部空間のトポロジーは、効率的な内部接続性と、捕食者からの防御の間の妥協点であるように設計されている。(A.ペルブナ他、2008年)。これらの記述がより一般的に意味するところは、地域環境のなかで、巣の構造はその内部環境の恒常性維持に寄与するように成っている(デューン, 2007年)。 以下により詳しく、説明する。

     There are thousands of variations in a mound shape. W.V.Harris suggested that reason is dynamic equilibrium. In his thesis (Harris. W.V 1956,) a termite mound represents an equilibrium of three forces: behaviour, material and climate. The first point: behavior means that this is not a natural heap of the earth but architecture made by creatures. Second point: material means: mainly soil, but it is strongly affected by locality, so that different area has different shape of a mound. Third point: climate means temperature, rainfall, and natural erosion. Another interesting consideration of Harris is that, the limited variation of material and climate in the area such as desert (or niche zone) tend to have uniform shape of mound. On the other hand, the spices that have greater tolerance of environment has the more variety in external appearance of it.


Fig.2-4-2, Two Sections of Termites' MoundThe tunnel is split into branches near ground level, reaching each chamber. It plays the role of the ventilation system of the colony. Also, another termite opens vents just above the ground level of the mound.
図2-4-2,2 シロアリのマウンドの2つの断面図巣の内のトンネルは地上近くで枝分かれして各チャンバー(換気前室)に到達する。これがコロニーの換気システムの役割を果たしている。また、マウンドの地表直上にも通気口を開くシロアリ種も存在する。
図.2-4-2,2 シロアリのマウンドの2つの断面図巣の内部のトンネルは地上近くで枝分かれして各チャンバー(換気前室)に到達する。これがコロニーの換気システムの役割を果たしている。また、マウンドの地表直上にも通気口を開くシロアリ種も存在する。

     Termites and their mound have a unique system of Homeostasis. Most of the termites (but in here the example raised in Zimbabwe )farm ‘fungus’ as their primary food source. In Zimbabwe, the temperatures outside range from 35 to 104 degrees F during the day, but this fungus farm needs to be kept at exactly 87 degrees F.  (Doan, 2007) . 

 シロアリとそのマウンドは、巣の内部の恒常性について驚くべきシステムを持っている。(ここではジンバブエで飼育されている例であるが)シロアリのほとんどは、彼らの主要な食料源として「菌類」を巣の中で養殖している。ジンバブエでは、日中の外の気温は華氏35度から104度(1.6℃~40℃)の範囲だが、この菌場は、正確に華氏87度(30℃)に保つ必要がある。(デューン, 2007年) 

     They made vents at the end of the tunnel to control the inside's temperature and humidity. Hence air is sucked from the lower entrance of the tunnel and goes through to the top. In order to work this ventilation system, termites keep digging new vents and plugging up old ones.


Fig.2-4-2,2 Biomimetic Architecture, ‘The Eastgate Centre’This concrete structure, ‘The Eastgate Centre,’ has a termite mound mimicking the ventilation system. Because of the fans on the first floor, the clean=cool outside air sucked from the bottom of the building continuously. It is then pushed up vertical supply sections of ducts that are located in the central spine of each of the two buildings. Then it is vented under the floor and is used as air. The fresh air replaces stale air that rises and exits through exhaust ports in the ceilings of each floor. Then, it enters the exhaust section of the vertical ducts before it is flushed out of the building through chimneys. It is finally flowing up via central chimneys on each volume. The whole complex consists of two volumes and a void in the middle. Those work the same way as nested boxes. (
図.2-4-2,2 「イーストゲートセンター」、バイオミメティック建築物の例としてこのコンクリートによってつくられた構造物「イーストゲートセンター」には、シロアリマウンドの空気交換手法を模して設計された換気システムがある。1階にはファンが設置されているため、清潔で冷たい外気が建物の底部から連続的に吸い込まれる。その空気の流速と圧力は、背骨のように見える竪穴ダクトを通して各執務室に押し出される。そして、床付近から給気され、空気として利用される。新鮮な空気は、上昇する汚れた空気と入れ替わり、各階の天井にある排気口から排出される。そして、垂直ダクトの排気部に入った後、煙突から建物の外に流される。最終的には各ボリュームにあるセントラルチムニーを経由して建物上方に廃棄される。全体は2つのボリュームと中央のヴォイドで構成されおり、これらは入れ子の箱状に配置されており、同様に機能する。(

     In 1996, its excellent ventilation system was applied to real buildings, the Eastgate Centre in central Harare, Zimbabwe, by architect Mick Pearce in collaboration with Arup. (Doan, 2007) Inspired by Zimbabwean masonry and the self-cooling mounds of African termites, this building has no conventional air-conditioning or heating system. Yet stays regulated year-round with dramatically less energy consumption using design methods. The building uses less than 10% of the energy of a conventional building its size. These efficiencies translate to initial costs. Because of the improved air-conditioning system, it is said the owners of this building have saved $3.5 million alone, also affecting the tenants’ rents, which are 20% lower than surrounded buildings. This effect is not only financial efficiency but also good for the environment. 


2-4-3. Dictyostelium (Social Amoeba)

Dictyostelium discoideum is one of the cellular slime moulds and is known as social amoeba in various meanings. Slime mould is divided into ‘myxomycete’ and ‘cellular slime mould’, which look similar but different. The colour of those creatures is yellow, white, and blue. It is close to our daily life area, such as the forest, but it may be missed because it is small. Recent work (A, Brock 2011) has shown that microorganisms are surprisingly like animals in having sophisticated behaviours such as cooperation, communication and recognition, as well as many kinds of symbiosis. This creature is unique in several points.

2-4-3. ディクティオステリウム(社会的アメーバ)

 ディクティオステリウム(discoideum)は細胞性粘菌の一つで、様々な意味で社会的アメーバと呼ばれている。粘菌は「粘菌」と「細胞性粘菌」に分けられ、厳密には似ているようで異なり、色も黄色、白、青など様々である。森など私たちの身近なところに存在するが、小さいので見逃してしまうこともある。最近の研究で、微生物が意外にも動物に似ていて、協力、コミュニケーション、認識などの高度な行動や、多くの種類の共生をすることが分かってきた(A,Brock 2011)。この生物は下記のいくつかの点でユニークである。

Fig.2-4-3,1: Dictyostelium Aggregation by Bruno in Columbus 2008,D. discoideum exhibiting chemotaxis through aggregation
図.2-4-3.1: 2008年、コロンバスのブルーノのディクチオステリウムの集合体集合体を通じて走化性を示すディクチオステリウム、ディスコイデウム(キイロタマホコリカビ)

     First point is that they sometimes behave as plants, but sometimes as animals but also have a character like fungi. For example, in some phases of life, they make fruit called ‘basidiocarp’. On the other hand, John Tyler Bonner (Bonnew, J, T 1965) has found that Dictyostelium discoideum walks and changes itself according to environmental conditions such as light. This is a character of an animal. This ambiguous bionomics has been argued, but a recent study show slime mould is slime mould, which means individual species. The order is the Dictyosteliida (Dictyostelid cellular slime moulds or social amoebae.)

 第1に、植物的であったり動物的にふるまったりするが、同時に菌類的な性格も持っていることである。例えば、生命のある時期には、「担子細胞の子実体(いっぱんにいうきのこ)」と呼ばれる果実を作る。一方、ジョンタイラーボナー (Bonnew,J,T 1965) は、 キイロタマホコリカビが光などの環境条件に応じて歩き、変化することを発見した。これは動物的な特徴である。このように曖昧な生態が議論されてきたが、最近の研究では、粘菌は粘菌であり、それは個体種を意味するということになっている。「目」としてはタマホコリカビ目(タマホコリカビ細胞性粘菌か、或いはソーシャルアメーバ)である。

     The second point is that Dictyostelid contains organisms that hover on the borderline between unicellularity and multicellularity. Its sociability is also unique to adjust the condition by dividing itself as an independent cell, which is the foremost among the researchers. When there is feed (bacteria or yeast fungus) in surround, it becomes amoeba and eats and does cell division, and those behaviours are like unicellular-animal. On the other hand, once they lost feed, one million individuals gathered and made mass. From various research, this mass is more than just aggregate but has the feature of multicellular-animal. This mass moves to find a better environment.


Fig.2-4-3,2: Different Life Phases of DictyosteliidaDictyostelium discoideum's life cycle. 1: an elliptical spore. 2:Ameba germinated from a spore and propagates with eating.3: Ameba cells gather when they consume food. 4: Slug-like mass crawl around.5: make a basidiocarp when they find the appropriate place. (Referring to Kawada, T 2006)
図.2-4-3,2:ディクティオステリダ(タマホコリカビ)の様々なライフフェーズタマホコリカビのライフサイクル。1:楕円形の胞子。2:胞子から発芽したアメーバは、食べながら増殖する。3:アメーバ細胞は捕食時に集まる。4:ナメクジのような塊が這い回る。5:適切な場所を見つけたら担子器果を作る。(T.Kawada, 2006年)

     Thirds point is they do primitive farming, called husbandry. The social amoeba Dictyostelium discoideum has a primitive farming symbiosis that includes dispersal and prudent crop harvesting (A Brock 2011).  About one-third of wild-collected clones engage in the husbandry of bacteria. They do not consume all bacteria but incorporate bacteria into their fruiting bodies. Then they carry bacteria during spore dispersal and can seed a new food crop. This could be an advantage when the case of edible bacteria is lacking at the new site.

     The striking convergent evolution between bacterial husbandry in social amoebas and fungus farming in social insects makes sense. Because multigenerational benefits of farming go to already established kin groups, according to A Brock.

 第3に、彼らはハズバンドリー(飼育)という原始的な農業を行うことである。ソーシャルアメーバであるキイロタマホコリカビは、作物の分散と慎重な収穫を含む原始的な農耕共生を行っている(A.ブルック, 2011年) 。野生で採集されたクローンの約3分の1が細菌の飼育に従事している。彼らはすべての細菌を消費するのではなく、子実体に細菌を取り込む。そして、胞子散布の際に細菌を運び、新たな食用作物を種することができる。新たな場所で食用バクテリアが不足している場合には、これが有利に働く可能性がある。