Mekan biçimlenmesinde morfogenetik denemeler
Morphogenetic approaches to architectural form
Yazar: TEVFİK SAYGIN ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. NİZAM ONUR SÖNMEZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarım Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Doğa insanı da kapsayan farklı ekosistemleri ve bu ekosistemlere ait döngüleri, enerji akışları ve dönüşümleri içeren devingen bir yapıdır. Geçmişten bugüne insanın bu ekosistem içerisinde kültürel ve biyolojik evrimi gerçekleşirken, ürettiği bilgi ve teknikler de evrimleşmiştir. Hesaplama araçlarının gelişmesi ile doğanın mikro ve makro ölçekteki biçimsel organizasyonu sayısallaştırılmış, şematize ve simüle edilebilmiştir. Bu gelişmeler yapay ve doğal olanın arasında olduğu varsayılan ontolojik farkların gevşemesini dolayısıyla insan üretimi sistemler ve doğal sistemler arasındaki bilgi akışının daha etkin bir şekilde gerçekleşmesini motive etmiştir. 

Bu bağlamda insanın mimarlık yapma biçimi de doğa bilimleri ile çeşitli şekillerde ilişkilenmiştir. Bu bazen doğanın sunduğu ekosisteme eklemlenebilme denemeleri olarak, bazense doğanın biçimsel yapısı ve geometrik yapısından ilham almayı temel alan yaklaşımlar olarak ortaya çıkmıştır. Gelişen teknolojinin insanın içinde bulunduğu ekosistemi sayısal bir şekilde inceleyebilmesine dair sunduğu imkanlar sayesinde doğadaki organik ve inorganik sistemler ve bu sistemleri inşa eden geometrik bağlantılar ortaya çıkarılmıştır. Bu bağlantılar ile doğal ekosistemin nasıl işlediğine dair çalışmalar genişletilmiştir. Doğanın hücre, doku, organizma ve strüktür ölçeğindeki yapıları grafikleştirilmiş ve bunlara dair işleyişsel ve kurgusal çerçeveler oluşturulmuştur. Bu eksende mimarlık da tasarım süreçlerinde mekanı bir hacim veya hacimler ilişkisi olarak tarifleyen mimari kabuğu doğadan öğrendiği bilgilerle sistemli bir şekilde yeniden kurmaya çalışmıştır. 

Mimarlığın doğaya ait bir biçimi ölçekler arası geçişler ile taklit ederek ürettiği biyomimetik yaklaşımlar, doğanın biyomühendislik adına sunduğu sistemler üzerinden geliştirilen yaklaşımlar, yapı strüktürüne ve enerji akışlarına dair tersine mühendislik yaklaşımları, biyoloji ve mimarlık disiplinleri arasındaki analojik ilişkilenmeler, mimarlığın doğa üzerinden geliştirdiği biçim bulma yaklaşımlarından bazılarıdır. Bu doğa temelli yaklaşımlar, yalnızca doğadan ilham alınan veya öğrenilen teknik özelliklerin ve çözümlerin geliştirilmesi için değil, aynı zamanda metodolojik stratejiler için de rehberlik sağlayabilmektedir.
 
Temel olarak bir embriyonun gelişimi olarak tariflenebilecek morfogenez, mimari tasarımda iklim, biyoorganizmaların oluşturduğu biyokimyasal tepkimeler gibi çevresel etkilere açık olan mimari kabuğun tüm bu dış kuvvetlere karşı biçim, olay ve dönüşümlerle cevap verebilmesi olarak yorumlanmıştır. Mimari bağlamda morfogenez, ilişkili olduğu diğer ekosistem aktörlerinin davranışlarına duyarlı yapılı çevreler yaratmayı amaçlamıştır. Karmaşık ilişkiler içeren çevresel etmenleri simüle ederek bunların mimari biçimin yalnızca statik bir andan ibaret olmayan bir haline ulaşması için tasarımın girdileri olarak kullanılmasını önermektedir. 
Mimari tasarım ve biyolojik evrim, gelişime açık ve sürekli değişime tabi olan devingen ve açık uçlu süreçlerdir. Biyolojik organizmalar, çok işlevli olabilme, kendi kendine adaptasyon, dengede kalabilme gibi davranışlar geliştirerek mutasyon, rekombinasyon ve seçilim yoluyla evrimleşme sürecini sürdürmektedir. Ekosistemin değişen koşullarında adapte olabilecek ve dönüşebilecek bir mimari kabuğun bu gibi özellikleri sistematik bir biçimde ele alabilmesi mimari kabuğun biçimleşmesi için alternatif bir yöntem alanı açmıştır. Bu bağlamda çalışma, öncelikle biçimin biyolojik paradigma ile ilişkisine dair geliştirilmiş farklı yaklaşımları ve kavramları incelemektedir. Bu kavramlar ve yaklaşımlar biyolojik paradigma ve mimari biçimin ilişkilenme mantığını incelenmesi açısından önemli bulunmuştur.
 
Tez çalışması, doğadaki morfogenez süreçlerinin kendiliğindenliğinin kurduğu mekan dillerinin analiz edilmesi ile bu biçimlerin karmaşıklığını oluşturan olayların izlerini açığa çıkarmaya odağına almıştır. Çalışma morfogenetik süreçlerin kalıntıları olan bu biçimleri mimarlığın sunduğu tekniklerle deşifre ederek morfogenezi kuran olaylarla ilişkisinin izlerini sürmektedir. Doğadaki bir seri morfogenez sürecinin biçimlenme mantığını ve mekansallığını açığa çıkarmayı amaçlayan bu çalışma, dört ana bölümden oluşmaktadır. 

Çalışmanın birinci bölümünde doğa ve mimarlık arasındaki bilgi akışı ve mimari kabuğun biçimlenme sürecinde biyolojik paradigma esaslı yaklaşımlar ve kavramlar  çalışma kapsamını çerçeveleyecek şekilde tanımlanmıştır. Doğrudan morfogenezle veya biyolojik temelli diğer yaklaşımlarla mimari kabuğu tarifleme motivasyonları incelenmiştir. 

Çalışmanın ikinci bölümünde mimari kabuğun biçimleşme sürecine dair farklı yaklaşımların ve biyolojik paradigma ile biçim ilişkisini kuran kavramların araştırması yapılmıştır. Morfogenezin aynı zamanda kentsel sistemin bir uzantısı olan mimari kabuğun statik bir biçimsel oluştan öteye geçebilme potansiyeli, biçimsel dönüşümlerin sürekliliği, geometri, malzeme, doku ve sistem bağlamındaki yaklaşımlar üzerine gerçekleştirilen bir seri araştırma ile genişletilmiştir. Morfogenez ve diğer biyolojik temelli yaklaşımlarla oluşturulan biçimsel denemeler, yöntemler ve projelere dair bir araştırma yapılmıştır.

Çalışmanın üçüncü bölümünde ise Türkiye'nin Denizli ili, Pamukkale bölgesindeki traverten morfolojileri araştırılmış ve buradaki katmanlı oluşumlar analiz edilmiştir. Pamukkale travertenlerinin geçmişten bugüne sürmekte olan morfogenez süreçleri ile bölgedeki jeomorfolojik çeşitliliği oluşturan olaylar, döngüler ve aktörler araştırılmıştır. Bölgedeki farklı varyasyon ve ölçeklerdeki traverten oluşumları modellenerek, bu modeller üzerinden yapılan incelemeler ile traverten morfogenezinin biçim dili ve mekansallığı üzerine bir seri çözümleme yapılması amaçlanmıştır. Morfogenezin kalıntıları üzerinden, kendiliğinden biçimleşme süreçlerinin ortaya koyduğu mekansallığın çok katmanlı, karmaşık, nedensellikler üzerine kurulu yapısı ele alınmıştır. Morfogenezi mimari mekanın kabuk arayışındaki bir yöntem olarak ele almaktan farklı olarak, doğada süregelen morfogenezin biçimlerinin sunduğu mekansal dil dünyası araştırılmıştır. 

Çalışmanın dördüncü bölümünde, bitki dokularındaki temel geometrik kompozisyonlar üzerinden tasarlanmış bir bitki ailesi kurgusu ve bu kurgu üzerinden değerlendirmeler yer almaktadır. Pamukkale travertenlerindeki biçimsel okumadan edinilen çıkarımlar etkisinde, bu bölümde kendiliğinden biçimleşmenin karmaşık diline benzer bir dile işaret etmektir. Aynı zamanda doğanın adaptasyon yeteneği ve geometrik yapısı üzerinden bir tartışma gerçekleştirilmiştir. Morfogenetik bir nesne kurgusunun kente nasıl eklemlenebileceği, bu eklemlenmenin hangi anlamları üretebileceği, morfogenetik bir biçimleşmenin kentin özneleri için nasıl anlamlara bürünebileceği konuları üzerinde durulmuştur.
Çalışma, morfogenez süreçlerine uğrayan traverten gibi doğal yapıların biçimleşme sürecinin kendiliğindenliğini, karmaşıklığını ve bu jeolojik esaslı ekosistemin ürettiği ara biçimlerin dilini açığa çıkarmayı ve incelemeyi hedeflemiştir. Pamukkale bölgesindeki yer kabuğunun tektonik hareketlerini, bölgedeki kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonları tetikleyen kuvvetleri, devingen bir şekilde var eden çökelme, katmanlaşma gibi olayları ve bu doğal yapıların ara formlarının morfogenez üzerinden kurduğu dili biçimler üzerinden incelenmiştir. Morfogenezin biçim dünyasını keşfetmeye çalışmak, morfogeneze neden olan aktörlerin, kuvvetlerin ve olayların biçim üzerindeki bağlatılarının izini sürebilmek adına bir alan sunmaktadır. Çalışma biçimler üzerinden, mimarlığın sunduğu temsil ve teknikler ile bir okuma yapmak ve doğadaki morfogenezin ürettiği kabukların mekansal dilini anlamayı odağına almıştır. Bir diğer yandan bu kendiliğinden biçimlerin otonomluğu, insana kayıtsız bir ölçek ortaya koymaktadır. Bitki familyası çalışması ise nedensellikler ve tariflerle kurulmuş bir kentsel ortamda, travertenlere benzer bir kayıtsızlıkla oluşmuş kurgusal organizmalar üzerinden insan, doğa ve yapılı çevre ilişkisine dair bir seri tartışma geliştirmeyi amaçlamaktadır.

Abstract:
Nature is a dynamic structure that includes different ecosystems, including human beings, and the cycles, energy flows and transformations of these ecosystems. While the cultural and biological evolution of man has taken place in this ecosystem from the past to the present, the knowledge and techniques he has produced have also evolved. With the development of computational tools, the formal organization of nature at micro and macro scales could be digitized, schematized and simulated. These developments have motivated the loosening of the ontological differences between the artificial and the natural, and thus the more efficient flow of information between human-made systems and natural systems.

In this context, the way people do architecture has been associated with natural sciences in various ways. This has emerged sometimes as attempts to articulate with the ecosystem offered by nature, and sometimes as approaches based on inspiration from the formal structure and geometric structure of nature. Organic and inorganic systems in nature and the geometrical connections that build these systems have been revealed, thanks to the opportunities offered by the developing technology to numerically examine the ecosystem in which humans live. With these connections, studies on how the natural ecosystem works have been expanded. The structures of nature at the scale of cells, tissues, organisms and structures have been graphed and operational and fictional frameworks have been created for them. On this axis, architecture is the architectural shell that defines the space as a volume or a relation of volumes in the design processes.

Biomimetic approaches that architecture produces by imitating a form of nature with transitions between scales, approaches developed through the systems offered by nature in the name of bioengineering, reverse engineering approaches to building structure and energy flows, analogical relationships between biology and architectural disciplines, are some of the form-finding approaches that architecture has developed over nature. . These nature-based approaches can provide guidance not only for the development of technical features and solutions inspired or learned from nature, but also for methodological strategies.

Morphogenesis, which can basically be described as the development of an embryo, has been interpreted as the ability of the architectural shell, which is open to environmental influences such as climate and biochemical reactions created by bioorganisms, to respond to all these external forces with form, events and transformations. In the architectural context, morphogenesis aims to create built environments that are sensitive to the behavior of other ecosystem actors with which it is associated. He proposes simulating environmental factors with complex relationships and using them as inputs for design to arrive at a state of architectural form that is not just a static moment.

Architectural design and biological evolution are dynamic and open-ended processes that are open to development and subject to constant change. Biological organisms continue the process of evolution through mutation, recombination and selection by developing behaviors such as being multifunctional, self-adaptive, and being in balance. The ability of an architectural shell that can adapt and transform in the changing conditions of the ecosystem to handle such features in a systematic way has opened up an alternative method field for the shaping of the architectural shell. In this context, the study primarily examines the different approaches and concepts developed regarding the relationship of form with the biological paradigm. These concepts and approaches were found to be important in terms of examining the logic of the relationship between the biological paradigm and the architectural form.

The thesis focuses on revealing the traces of the events that make up the complexity of these forms by analyzing the spatial languages established by the spontaneity of the morphogenesis processes in nature. The study deciphers these forms, which are the remains of morphogenetic processes, with the techniques offered by architecture, and traces their relationship with the events that establish morphogenesis. This study, which aims to reveal the formation logic and spatiality of a series of morphogenesis processes in nature, consists of four main parts.

In the first part of the study, the information flow between nature and architecture and the biological paradigm-based approaches and concepts in the shaping process of the architectural shell are defined in a way to frame the scope of the study. The motivations for describing the architectural shell by direct morphogenesis or other biologically based approaches have been studied.

In the second part of the study, different approaches to the formation process of the architectural shell and the concepts that establish the relationship between biological paradigm and form were investigated. The potential of the architectural shell, which is also an extension of the urban system of morphogenesis, to go beyond a static formal formation, has been expanded with a series of researches on the continuity of formal transformations, approaches in the context of geometry, material, texture and system. A research was conducted on formal experiments, methods and projects created with morphogenesis and other biologically based approaches.

In the third part of the study, travertine morphologies in Pamukkale region of Denizli province of Turkey were investigated and the layered formations here were analyzed. The ongoing morphogenesis processes of Pamukkale travertines from past to present and the events, cycles and actors that constitute the geomorphological diversity in the region have been investigated. By modeling the travertine formations in different variations and scales in the region, it is aimed to make a series of analysis on the form language and spatiality of the travertine morphogenesis with the examinations made on these models. Through the remains of morphogenesis, the multi-layered, complex, causality-based structure of spatiality revealed by spontaneous formation processes has been discussed. Apart from considering morphogenesis as a method in the search for the shell of architectural space, the spatial language world presented by the forms of ongoing morphogenesis in nature has been investigated.

In the fourth part of the study, there is a plant family fiction designed based on basic geometric compositions in plant tissues and evaluations based on this fiction. Influenced by the inferences obtained from the formal reading in Pamukkale travertines, this section is to point out a language similar to the complex language of spontaneous formation. At the same time, a discussion was held on the adaptability and geometric structure of nature. It has been focused on how a morphogenetic object construction can be articulated to the city, what meanings this articulation can produce, and how a morphogenetic formation can take on meanings for the city's subjects.

The aim of the study is to reveal and examine the spontaneity and complexity of the formation process of natural structures such as travertine that have undergone morphogenesis processes and the language of intermediate forms produced by this geologically based ecosystem. The tectonic movements of the earth's crust in the Pamukkale region, the forces that trigger the chemical and biochemical reactions in the region, the events such as deposition and stratification that create dynamically, and the language formed by the intermediate forms of these natural structures through morphogenesis were examined. Trying to explore the form world of morphogenesis offers a space to trace the connections of actors, forces and events that cause morphogenesis on form. The work focuses on understanding the spatial language of the shells produced by the morphogenesis in nature and making a reading with the representations and techniques offered by architecture through forms. On the other hand, the autonomy of these spontaneous forms reveals a scale that is indifferent to human beings. The study of the plant family, on the other hand, aims to develop a series of discussions on the relationship between man, nature and the built environment through fictional organisms formed with indifference similar to travertines in an urban environment established by causality and descriptions.