An Investigation into the Applications of Biomimesis and its Impact on Acoustics in Architecture

Abstract

Today, with technological advances, biomimesis (biomimicry, drawing inspiration from nature) approaches are creating a significant impact by offering innovative solutions in many disciplines such as textiles, architecture, and electronics. Designs developed by drawing inspiration from the structure and function of organisms in nature contribute to the emergence of safer and more sustainable systems while simplifying daily life. This study, examines the use of biomimicry in different fields and its functional importance, investigating the effect on acoustics in architecture of natural and recyclable samples inspired by the structural form of an egg and the rough surface of a lotus flower. In the experimental setup, designed and developed similarly to the Alpha Cabin, STL values above 30 dB, obtained from measurements conducted in accordance with standards in the 4000-8000 Hz. frequency range, were evaluated from a biomimicry perspective. As a result, it was demonstrated that environmentally friendly and sustainable natural materials can serve as alternatives to synthetic materials. In this context, it is anticipated that collaborative efforts across different disciplines will be a significant driving force in innovative and beneficial applications for humanity in the future.

Keywords

• Textile
• Electronic
• Biomimesis (biomimikri)
• Sound Transmission Loss

Biyomimesisin Kullanım Alanları ve Mimarlıkta Akustiğe Etkisi Üzerine İnceleme

Abstract

Günümüzde teknolojik gelişmelerle birlikte biyomimesis (biyomimikri, doğadan esinlenme) yaklaşımları; tekstil, mimarlık ve elektronik gibi birçok disiplinde yenilikçi çözümler sunarak önemli bir etki alanı oluşturmaktadır. Doğadaki organizmaların yapı ve işlevlerinden ilham alınarak geliştirilen tasarımlar, günlük yaşamı kolaylaştırırken daha güvenli ve sürdürülebilir sistemlerin ortaya çıkmasına da katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, biyomimesisin farklı alanlarda kullanımına ve işlevsel açıdan önemine değinilip yumurtanın yapısal formu ve lotus çiçeğinin pürüzlü yüzeyinden esinlenilerek oluşturulan doğal ve geri dönüştürülebilir nitelikteki numunelerin, mimarlıkta akustiğe etkisi incelenmiştir. Alfa Kabine benzer olarak tasarlanıp geliştirilen deney düzeneğinde, 4000-8000 Hz. frekans aralığında, standartlara uygun olarak gerçekleştirilen ölçümler sonucunda elde edilen 30 dB’in üzerindeki ses geçiş kaybı (STL, Sound Transmission Loss) değerleri, biyomimesis açısından değerlendirilmiştir. Sonuç olarak; çevre dostu ve sürdürülebilir doğal nitelikli materyallerin, sentetik içerikli malzemelere alternatif teşkil edebileceği ortaya konulmuştur. Bu kapsamda, farklı disiplinlerin ortak çalışmalarıyla geleceğe yönelik yenilikçi ve insanlığa katkı sağlayabilecek uygulamalarda önemli bir itici güç olacağı öngörülmektedir.

Keywords

• Tekstil
• Elektronik
• Biyomimesis (biyomimikri)
• Ses geçiş kaybı

Ethical Statement

Yapılan çalışmada araştırma ve yayın etiğine uyulmuştur, Etik Kurul izni gerekmemiştir.

References

1. Badanayak, P., Vastrad, J. V. (2022). Biomimetic Textiles: An Innovative Approach Towards Conserving the Future. International Journal of Agricultural and Applied Sciences, June 2022, 3 (1),12-15. doi: 10.52804/ijaas2022.312
2. Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature, ISBN: 9780060533229, 320. doi: 10.1071/EC129p27
3. Buluklu, H. M., Koçyiğit, F. B., & Köse, E. (2022). Low-Cost Alpha Cabin Like Test Box Proposal for the Development of New Acoustic Sound Insulation Materials. Gazi University Journal of Science, 36 (1), 1-18. doi: 10.35378/gujs.1010472
4. Buluklu, H. M. (2023). Farklı Organik Malzemelerin Ses Geçiş Kaybı Kapasitelerindeki Etki ve Verimliliğin Araştırılması, Tarsus Üniversitesi, Doktora Tezi, 1-185, Tarsus/ MERSİN. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
5. Buluklu, H. M., Kocyigit, F. B., & Kose, E. (2024). Organic Waste as a Soundproofing Material: An Experimental Study. Journal of Vibration Engineering&Technologies 12 (7), 8043-8065. doi: 10.1007/s42417-024-01344-w
6. Cengiz, G., Bilir, M. Z. (2017). Sinema Sanatında Kullanılan Akıllı Tekstil Kostümleri. II. Uluslararası Akdeniz’de Güzel Sanatlar Sempozyumu ve Kültür Sanat Çalıştayı, Akdeniz Üniversitesi.
7. Chen, G., Li, Y., Bick, M., & Chen, J. (2020). Smart Textiles for Electricity Generation. Chemical Reviews, 120 (8), 3668-3720. doi:10.1021/acs.chemrev. 9b00821
8. Das, S., Shanmugam, N., Kumar, A., & Jose, S. (2017). Potential of Biomimicry in the Field of Textile Technology. Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials, 6 (4), 224-235. doi: 10.1680/jbibn.16.00048

9. Das, S., Bhowmick, M., Chattopadhyay, S. K., & Basak, S. (2015). Application of Biomimicry in Textiles. Current Science, 109 (5), 893- 901. doi: 10.18520/v109/i5/893-901
10. Geyik Değerli, N. (2020). Tekstilde İnovatif Tasarım Yaklaşımı: Biyomimikri. İdil Sanat ve Dil Dergisi, 9 (68), 675-685. doi: 10.7816/idil-09-68-07
11. Demirkıran, A. (2019). Doğada Nanoteknoloji: Geko Etkisi. Social Sciences Studies Journal (SSSJournal), 5 (42), 4470-4476. doi: 10.26449/sssj.1652
12. Eadie, L., Ghosh, T. K. (2011). Biomimicry in Textiles: Past, Present and Potential. An Overview. Journal of the Royal Society Interface, 8 (59), 761-775. doi: 10.1098/rsif. 2010.0487
13. Fıstıkçı, K. N., Gündüz, E. (2021). Biyomimikri ve Mekânsal Tasarımdaki Yeri. İnönü Üniversitesi Sanat ve Tasarım Dergisi, 11 (24), 17-32. doi: 10.16950/iujad.971695
14. Gök, M. O. (2018a). Tekstil tasarımında doğadan ilham alma (Biyomimetik uygulamalar). Social Sciences Studies Journal (SSSJournal), Kahramanmaraş, 4 (16), s. 1274). doi: 10.26449/sssj.525
15. Gök, M. O. (2018b). Tasarımda Elektronik Tekstiller. International Journal of Social and Humanities Sciences Research (JSHSR), 5 (22), 933-940. doi: 10.26450/jshsr.437
16. Gümüşer, T. (2017). The Visibility of Biomimetic Science Inspired By Biological Structures In Textile and Apparel Design. Yıldız Journal of Art and Design, 4 (2), pp 128-142, https://yjad.yildiz.edu.tr/article/53
17. Gündoğdu, E., & Arslan, H. D. (2019). Yapı Kabuğu Tasarımında Biyomimesis Kullanımının Örnekler Üzerinden Değerlendirilmesi. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 2 (4), 159-168. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ucbad/issue/54359/738618
18. Himel, M. H., Sikder, B., Ahmed, T., & Choudhury, S. M. (2023). Biomimicry in Nanotechnology: A Comprehensive Review. Nanoscale Advances, 5 (3), 596-614. doi: 10.1039/d2na00571a
19. Hladikova, J., Navratil, J. (2023). Smart Textile Speaker, 1-6. October 12, 2023, https://epci.eu/wp-content/uploads/2023/10/2_8_PCNS_Smart-Textile-Speaker.pdf
20. Jacobs, C. A., Abdelgawad, A. M., Jockenhoevel, S., Ito, K., & Ghazanfari, S. (2023). Warp-knitted Fabric Structures for a Novel Biomimetic Artificial Intervertebral Disc for the Cervical Spine. Journal of Materials Science, 58 (21), 8940-8951. doi: 10.1007/s10853-023-08544-x
21. Kamiloğlu, R. B. Konuşabilen ve İşitebilen Giysiler. e-dergi.tubitak.gov.tr E.T. 29.03. 2024. Kanat, Z. E. (2023). Biyomimetik Tasarım ve Giysi Konforu Uygulamaları. IDEART Uluslararası Tasarım ve Sanat Dergisi, 1 (1), 24-35. e-ISSN:2980-2342. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/3133413
22. Kapsali, V., & Vincent, J. (2020). From a Pinecone to Design of an Active Textile. Biomimetics, 5 (4), 52. doi: 10.3390/biomimetics5040052
23. Kapsali, V., Dunamore, P. (2008). Biomimetic Principles in Clothing Technology. In Biologically Inspired Textiles (pp. 117-136). Woodhead Publishing. doi: 10.1533/ 9781845695088.2.117
24. Kayacan, O., & Bulgun, E. Y. (2005). Akıllı Tekstiler ve Elektriği İleten Tekstil Esaslı Malzemeler. Tekstil ve Mühendis, 12 (58), 29-34. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ teksmuh/issue/12886/156116
25. Korkmaz, S., & Gündem, Ö. Mimari Tasarım Pratiklerinde Biyomimesis ve Biçimsel Taklit Arasındaki Farklılıklar. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 40 (3), 1573-1588. doi: 10.17341/gazimmfd.1519180
26. Milwich, M., Speck, T., Speck, O., Stegmaier, T., & Planck, H. (2006). Biomimetics and Technical Textiles: Solving Engineering Problems with the Help of Nature's Wisdom. American Journal of Botany, 93 (10), 1455-1465. doi: 10.3732/ajb.93.10.1455
27. Özdemir, F., Ramazanoğlu, D., Tutuş, A. (2018). Akıllı Malzemeler için Biyomimetik Yüzey Tasarımları. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20 (3), doi: 664-676.10.24011/ barofd.427841
28. Pedersen Zari, M., & Hecht, K. (2020). Biomimicry for Regenerative Built Environments: Mapping Design Strategies for Producing Ecosystem Services. Biomimetics, 5 (2), 18. https://www.mdpi.com/2313-7673/5/2/18
29. Ruckdashel, R. R., Khadse, N., & Park, J. H. (2022). Smart E-textiles: Overview of Components and Outlook. Sensors, 22 (16), 6055. doi: 10.3390/s22166055
30. Selçuk, S. A., Sorguç, A. G. (2007). Mimarlık Tasarımı Paradigmasında Biomesis’in Etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22 (2). https://dergipark. org.tr/ tr/pub/gazimmfd/issue/6672/88393
31. Shao, J., Liu, G., & Zhou, L. (2016). Biomimetic Nanocoatings for Structural Coloration of Textiles. In Active Coatings for Smart Textiles (pp. 269-299). Woodhead Publishing. doi: 10.1016/B978-0-08-100263-6.00012-5
32. Singh, A. V., Rahman, A., Kumar, N. S., Aditi, A. S., Galluzzi, M., Bovio, S., Parazzoli, D. (2012). Bio- Inspired Approaches to Design Smart Fabrics. Materials & Design (1980-2015), 36, 829-839. doi: 10.1016/j.matdes.2011.01.061
33. Sun, M. (2020). Research and Application of Biomimetic Textile Materials in Fashion Design. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 440 (2), p. 022069, 1-7, IOP Publishing. doi: 10.1088/1755-1315/440/2/022069
34. Tatari, E., & Bayburtlu, I. (2022). Tekstil ve Giyimde Biyomimetik: Görsel ve İşlevsel Etkiler. Uluslararası İnsan ve Sanat Araştırmaları Dergisi, 7 (4), 330-348. ISSN: 2687-4385, eISSN: 2687-6248. https://dergipark.org.tr/en/pub/ijhar/issue/73411/1179353 Teodorescu, M. (2014). Applied Biomimetics: A New Fresh Look of Textiles. Journal of Textiles, 2014 (4), 1-9. doi: 10.1155/2014/154184
35. Thakker, M.A., Sun, D. (2022). A Perspective on Biomimicry for Textiles. Trends in Textile & Fash Design, 5 (2), 881-886. doi: 10.32474/LTTFD.2022.05.000209, ISSN: 2637-4595. https://lupinepublishers.com/fashion-technology-textile-engineering/fulltext/ a- perspective -on-biomimicry-for-textiles.ID.000209.php
36. Uç, B. (2023). Ekolojik Mimarı Tasarımda Biyomimikri ve Ekomimikri. YDÜ Mimarlık Fakültesi Dergisi, 5 (2), 1-20. doi: 10.32955/neujfa202352782
37. Ural, A. G. (2022). Biyomimikri Biliminin Mekân Tasarımına Etkisi: Earthship, Doğa ve Mühendislik Bilimlerinde Güncel Tartışmalar, Bilgin Kültür Sanat Yayınları, (7), 119-139. E.T. 27.03.2024.
38. Weerasinghe, D. U., Perera, S., & Dissanayake, D. G. K. (2019). Application of Biomimicry for Sustainable Functionalization of Textiles: Review of Current Status and Prospectus. Textile research journal, 89 (19-20), 4282-4294. doi: 10.1177/ 0040517518821911
39. Yalçınkaya, B., & Yılmaz, D. (2011). Elektronik Tekstillerin, Tekstil Endüstrisindeki Yeri ve Giyilebilir Tekstilde Kullanılan İletken Lifler. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 5 (1), 61-71. e-ISSN: 1309-3991. https://www.scribd.com/doc/133167215/Elektronik-Tekstillerin-Tekstil-Endustrisindeki-Yeri-ve-GiyilebilirTekstilde-Kullan%C4%B1lan-%C4 % B0letken-Lifler
40. Yan, W., Noel, G., Loke, G., Meiklejohn, E., Khudiyev, T., Marion, J., ... & Fink, Y. (2022). Single Fibre Enables Acoustic Fabrics Via Nanometre-scale Vibrations. Nature, 603 (7902), 616-623. doi: 10.1038/s41586-022-04476-9
41. Yetmen, G. (2017). Giyilebilir Teknoloji. Ulakbilge Sosyal Bilimler Dergisi, 5 (9), 275-289. doi: 10.7816/ulakbilge-05-09-13
42. Yıldırım, S. (2020). Biyomimetik Yaklaşımlar Bağlamında Günümüzde Yapı Malzemesi Kullanım Ölçütleri. https://avesis.gazi.edu.tr/yonetilen-tez/b8d5c0a9-3b2e-4250-82eb-13170b26b73c/biyomimetik-yaklasimlar-baglaminda-gunumuzde-yapi-malzemesi-kullanim-olcutleri
43. Yılmaz Demirkale, S. (2007). Çevre ve Yapı Akustiği. Mimarlar ve Mühendisler İçin El Kitabı. İstanbul Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi, 1-511. ISBN: 978-975-511-472-9, Birsen Yayınevi.
44. Zhang, S., Wang, J., & Wang, X. (2022). Bioinspired Fabrics with Single Fiber as Ultra- Sensitive Acoustic Sensor. Matter, 5 (8), 2399-2402. doi: 10.1016/j.matt.2022.04.027
45. URL-1: https://textilelearner.net/waterproof-breathable-fabrics/ E. T. 10.04. 2024, 15.00
46. URL-2: https://www.elektrikport.com/haber-roportaj/akilli-bandaj-yaralarin-iyilesme-hizini -takip-e-diyor/ 23367#ad-image-0 E.T. 29/03/2024, 20.00.
47. URL-3: https://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/giyilebilir-enerji-depolama-siste mi-gelistirildi/ 21832#ad-image-0 E.T. 29/03/2024, 20.30.
48. URL-4: http://dosder.org.tr/biyomimikri-lotus-etkisi/#google_vignette E.T. 29/03/2024, 20.45.