Biyoloji Fizik Hypatia Arşivi

Gerilim Yapıları – Tensegrity Structures

İşte bu fotoğraflardaki sanat eseri benzeri garip fiziksel yapılara tensegrity structures ( Gerilim Yapıları ) deniyor

Gerilim Yapıları

“Tensegrity”, “tension“ (gerilim) ve “integrity” (bütünsellik) kelimelerinden oluşmuş, mimariden esinlenen bir terimdir.

Bu yapı insan bedenini tarif etmektedir aslında. Söylemesi ve telaffuzu da zor. Bu nedenle yazı boyunca
“gerilim yapıları” diyelim biz buna.

Genellikle çelik, ahşap veya bambu kablolarının çekişini ve sertliğini kullanan sistemlerden oluşturulur. Aslında virüslerden omurgalılara, bizlere kadar gerilim yapıları mevcuttur.

Başka bir yazımızda söylemiştik bakteriyofaj virüslerinin kafa bölgeleri 20 yüzlüdür ve buna ikasahedron denir.
Bir ikasahedronu tasarlamak, inşa etmek bu yapılarla mümkün hale geliyor…

ikasahedron

Mesela kemik yapımızda da, ayağa kalkmaya yani bipedal olmaya başladığımızdan beri, Sert ve dayanıklı yapıdaki iskeletle, esnek yapıdaki kasların birbirine bağlanması ve gerilim oluşturması sayesinde bazı yaşamsal faaliyetlerimizi yerine getiriyoruz. Sürekli gerilim ile birbirine etki eden ve sıkıştırma ile birbirini tutan parçalar bütününden oluşuyoruz yani.

Terim ilk olarak, fotoğraftaki heykelleri yapan daha tanımı bile belirlenmemişken hatta bu heykeller üzerinde çalışan Kenneth Snelson‘ın heykellerini tanımlamak için 1962’de Buckminster Fuller tarafından tanımlandı.

Kenneth Snelson

Fuller de aslında ayrı bir şekilde anlatılması gereken bir insan. Mimar, mühendis, mucit, filozof olmasının yanı sıra kitap yazıyor, şiirleri var. Zaten gerilim yapıları tanımlanmamışken onun gözünün önünde gözlemlenip, tanımsız kalması mümkün değildi herhalde…

Snelson, 1968 yılında 18 metre yüksekliğinde, 6.18 m genişliğinde bir heykel olan İğne Kulesi‘ni inşa etmiştir ve
muazzam bir yapıdır…

Gerilim Yapıları

Aslında, 1948 yılında ileri sürülen bu yapı teorisi mimariden mobilya tasarımlarına, heykelcilikten robot tasarımlarına kadar birçok alanda değerlendirilmektedir.

Sanki yalnızca mimari yapılarda kullanılıyor gibi dursa da biyolojide canlı organizmaların hareket modellemeleri içinde kullanılır. Dinamik anatomi ya da biotensegrity de deniliyor.

Mesela ayak parmaklarının üzerine kalkmış birini düşünelim. Nispeten çok ufak bir momentum ile bütün vücudunu kaldırıyor… Burada baldır kasları resmen vücudu yukarı çekiyor. Baldır kasları sıkışıyor ve gerilimle yukarı kalkıyor…
Bunu mekanik bir modele benzetirsek böyle görünecek.

insan yapısı

Gerilimle işlemleri yürütme mekanizması…

Son birkaç on yılda, bilim insanları gerginliğin organlar, dokular, hücreler ve hatta moleküller düzeyinde çalışan doğanın temel bir tasarım prensibi olduğunu gösterdiler. Snelson hatta daha sonra gerginliğe dayalı bir atom modeli bile tasarladı!

Sokaklarımızdaki apartmanların hepsi baştan sona tuğlaların üst üste sıkıştırılmasıyla yapılır. Oysa gerilim yapılarında gerginlik, gerinimin bir yapıya dağılmasını sağlar. Sürekli sıkıştırmayla inşa edilen binalar bu özelliği göstermeyebilir, ancak vücudumuz gibi daha elastik yapılar gösterir. Bu yapılar sürekli olarak gerginliği dağıtarak hareket olanaklarını verimli kullandırır.

Gerilim yoluyla yapının stabilizasyonu sağlanır. Kolayca ayarlanabilir, taşınabilir. Verimlilik üst düzeydir. Güvenilirdir.
Birden çok işlevi gerçekleştirme yeteneğine sahiptirler.

Tansiyon-Gerilim modelleri son derece hafiftir, esnektir ve yapının tüm parçalarına aynı anda yükü dağıtarak dinamik strese dayanma kabiliyeti de dahil olmak üzere olağanüstü özelliklere sahiptir.

Mesela yüksek binalarda yük, en tepeden en alt zemine dik etkiyle iletilirken, tansiyon gerilim modellerde ve insan iskeletinde yük, kemikler üzerinden esnek ve gergin kaslar üzerine merkezden her yöne dağıtıldığından, içten dışa dağılma gösterir.

Bu da canlı organizmaların hareketini dayanıklılığını ve enerji verimliliğini etkiler. Bu “iç gerilim” veya “ön gerilim”; tüm yapının dış güçlerden gelen streslere dayanmasına, kontrollü bir şekilde deforme olmasına ve stres kaldırıldığında kendiliğinden tekrar orijinal şekline geri dönmesine izin verir.

Gerginlik yapıları, ağırlıklı olarak kubbe yapıları, kuleleri, stadyumun çatıları, geçici yapılar ve çadırlar gibi yapılarda kullanılmaktadır.

Bakınız:

Münih Olimpiyat Stadyumu

Gerilim Yapıları - münih olimpiyat stadyumu
Estadio Único stadyumu

Gerilim Yapıları - stadyum
Kurilpa Köprüsü

Gerilim Yapıları - kurilpa köprüsü
ASM Uluslararası Merkez Binası

Gerilim Yapıları - asm merkez binası
Biosphere Of Montreal

Gerilim Yapıları - montreal

Aynı zamanda bunların bazılarına jeodezik kubbe denmektedir.

Çeşitli gerginlik yapılarının kararlılıklarını nasıl koruduğunu anlamak ve hangi yapıların mümkün ve hangilerinin mümkün olmadığını tanımlamak için Robert Connelly gibi matematikçiler, gerginlik yapılarının altında yatan geometrik ilkeleri inceliyorlar. Daha detaylı matematiksel hesaplar için Robert Connelly araştırılabilir…

Hücre biyoloğu Donald Ingber o zamanlar öğrenciyken 1960’larda “Üç Boyutlu Tasarım” adlı bir heykel sınıfında, tesadüfen ilk gerginlik yapısıyla, elastikler tarafından bir araya getirilen altı ahşap dübelden oluşan garip görünümlü bir heykelle karşılaştı.

Donald Ingber

Eğitmen gerginlik yapısına bastığında düzleşti; elini kaldırdığında, yapı yuvarlandı ve havaya sıçradı. Bunu kanser hücreleri ile çalışırken de görmüştü. Kültürlenmiş hücreler, bir petri kabının dibine yapıştıkça düzleşir.

Ingber, yapışmalarını bozan bir enzim ekleyerek düzleştirilmiş hücrelerin nasıl çıkarılacağını öğrenmişti.
Yerinden çıktıklarında, hücreler gerginlik çubuk ve tel modeli gibi yuvarlanır ve zıplıyorlardı.

Donald Ingber’in bu gerginlik yapıları sayesinde kanser hücreleri üzerine araştırmaları Nobel’e kadar giden bir yol izlemiş oldu. Gerilim yapılarından yararlanan Aaron Klug, 1982 yılında, virüslerin jeodezik mimariyi kullanarak şekil kararlılıklarını nasıl oluşturduklarını çözmüş ve Nobel ödülünü kazanmıştı. Yani gerginlik yapıları Nobel’e bile yol açmıştı!

Birçok gelişmiş üniversitede gerilim yapılarıyla ilgili modeller yapılır. Bu modellerin birçok öğretici yönü vardır. Bunlardan en önemlisi Matematik becerisidir. Uzay Geometrisini kavramaya yardımcı olur. Ayrıca mimari, fizik, biyoloji, mühendislik, tasarım alanlarına da yeni bakış açıları kazandırır.