An Investigation On Growth Behavior Of Mycelium-based Material In A Fabric Formwork

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Bilişim Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Informatics, 2016Deneysel araştırma yöntemleri tasarım disiplininde kullanılmaya başladıkça tasarımcının fiziksel çalışma ortamında değişimler gözlenmiştir. Tasarım stüdyoları ve laboratuvar ortamlarının bütünleştirilmesiyle tasarımcılar için yeni bir pratik alanı oluşmuş; bu da tasarımcılara materyal teknolojileri üzerine deneysel araştırmalar yapma imkanı sağlamıştır. Bu bütünleşik çalışma alanları, tasarımcıların yaşayan organizmalarla deneyler yapmalarına olanak tanımış; bakteri, mantar ve alg gibi organizmalar da tasarım sürecine dahil edilmiştir. Tasarımcılar, genellikle yeni çözümler bulmak için doğayı bir ‘rol model’ olarak ele almış, doğada gözlemlenen süreçleri ve davranışları manuel veya dijital yöntemleri kullanarak kendi tasarım süreçleriyle bütünleştirmişlerdir. Doğadan esinli tasarım çoğunlukla biçim bulma teknikleri ve doğayı davranışsal anlamda taklit etme (biyobenzetim) ile ilişkilendirilmiş, bu da biyolojik sistemi oluşturan parçaların öneminin geri planda kalmasına neden olmuştur. Doğa ile işbirliği içerisinde çalışan tasarımcılar ise yeni ürünler elde etmek ve yeni üretim teknikleri bulmak için mikro-organizmalarla çalışmaktadırlar. Canlı bir yapının, bir malzeme içerisindeki davranışı, fonksiyonu ve mekanizmasının araştırılması biyomateryal üzerine çalışan bilimadamlarının alanı olsa da, bir tasarımcının da bu süreci deneyimleyebilmesi ile birlikte, tasarımcıların interdisipliner işbirliği kurarak materyal üretimi ve tasarımında pay sahibi olmaya başladıkları gözlenmektedir. Çalışmanın genelinde, deneysel araştırma süreci boyunca bilginin işleme akışının biyolojik bir sistemdeki büyüme akışı üzerinden nasıl modellendiğini kavramak, başka bir deyişle; biyo-sistemlerin yapı, görünüş, metabolizma, büyüme, tepki, adaptasyon, hareket ve reprodüksiyon gibi özelliklerinin yeniden nasıl modellendiğini kavramak ve bu özelliklerin öz-örgütlenme, sürü hareketi, kolonisel gelişim ve belirme gibi yaklaşımlar üzerinden değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Tez kapsamında, istridye mantarının (Pleurotus ostreatus) vejetatif kökleri (miselyum) mikro ve makro ölçekte incelenmiş, miselyum kullanılarak geliştirilen materyallerin yaratım sürecinde gerçekleştirilen ve biçim bulma teknikleri uygulanan esnek kalıp deneyleri açıklanmaktadır. Bununla birlikte, miselyum yardımıyla farklı fonksiyon ve estetik özelliklere sahip materyal yetiştirme olanakları tartışılmaktadır. Tez dört bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tezin, daha iyi okunabilmesi amacıyla, interdisipliner özelliği sebebiyle değindiği farklı bilimsel çalışma alanlarına ait terimler açıklanmıştır. İkinci bölümde, miselyum ve esnek kalıp üzerine çalışmalar yapan tasarımcıların projeleri incelenmektedir. Üçüncü bölümde, yazar tarafından gerçekleştirilen ilk esnek kalıp çalışmaları ve ilk miselyum deneyleri anlatılmaktadır. Dördüncü bölümde ise bir önceki deneylerden ediniler bulgu ve deneyimlerin ışığında sonraki deneyler için kısıtlar belirlenmiş ve yine yazar tarafından geliştirilen bir esnek kalıp ile üretilen miselyum esaslı malzemenin davranışı incelenip sunulmaktadır. Tezin ikinci bölümünde miselyumu tasarım süreçlerine dahil eden sanatçıların ilgili projeleri açıklanmakta, bu projeler tasarımcının miselyumu kullanış biçimlerine göre incelenmekte ve tasarımcının miselyum üzerinden doğayla kurduğu ilişki gözönüne alınarak sınıflandırılmaktadır. İkinci kısımda, alçı ve beton malzemeyi strüktürel dayanıma sahip olacak şekilde serbest form üretmek amacıyla esnek kalıp ile kullanan ekiplerin projeleri üzerinden literatürden bir derleme yapılmaktadır. Bu tezde ise, şimdiye kadar yapılmış çalışmalardan farklı olarak, esnek kalıp üzerinde miselyum esaslı malzemeye form bulma yöntemleri ile şekil verilmektedir. Üçüncü bölümde, yazar tarafından gerçekleştirilen fiziksel deneyler ve gözlemler aktarılmaktadır. İlk kısımda, belli bir miktarda alçıya, sertlik kazandıktan sonra belli bir açıklık geçebilmesi ve belli bir ağırlık kaldırabilmesi için ona şekil verecek esnek bir kumaş kalıp tasarlanmıştır. Bu süreçte esnek kalıp üretme, döküm işlemi ve malzemeyi kalıptan çıkarma üzerine elde edilen deneyimler tezin ana çalışmasını oluşturan deneylerin yürütülmesi için kullanılmıştır. İkinci kısımda, miselyum sporu kullanılarak besiyeri içeren petri kabında çoğaltılan miselyumun büyümesi süresince oluşturduğu örüntü, ardından da miselyum sporunun su ve substrat içerisindeki davranışı gözlenmektedir. Bu çalışmalar steril olmayan ortamlarda yapıldığından miselyum büyüme örüntüsü üzerinden kesin sonuçlar çıkarılamamış ancak, bu örüntünün substrat olarak kullanılan malzemeyi zaman içerisinde sağlamlaştırdığı sonucu çıkarılmıştır. Üçüncü kısımda, öncelikle miselyum esaslı malzemenin nasıl üretileceğine dair bir tarifleme yapılmış, sonrasında ise miselyumun bu beliren özelliğini kullanabilmek için esnek kumaş kalıplar tasarlanmıştır. Bu kalıplar üzerinde miselyum esaslı malzeme x ve y akslarında sabit z aksında ise ayarlanabilir dinamik kalıp yardımıyla belli zaman aralıklarında şekillendirilmiştir. Fiziksel form bulma, yazarın esnek kalıbın sınır koşullarını manuel yöntemlerle hareket ettirerek değiştirmesi ile gerçekleştirilmektedir. Oluşturulan tüm kalıp deneylerinde miselyum esaslı malzemenin kısıtlarını gözlemleyebilmek için dinamik modeller tasarlanmış, böylece sertleşme süresi uzun olan miselyum esaslı malzemenin yeniden şekil alabilme potansiyeli araştırılmıştır. Bu dinamik deneylerde formun alacağı şekil tahmin edilse de tam olarak bilinememektedir. Bunun sebebi ise gelişmesi çevre ortamlarına bağlı olan miselyumun substrat üzerinde sağlıklı olarak gelişim hızının değişken olmasıdır. Dördüncü bölümde malzemenin, kalıbın, deney ortamının kısıtları tariflenmektedir. Bu tarifleme bir önceki aşamada gerçekleştirilen deneylerden edinilen deneyimler ile oluşturulmuştur ve bu bölümde anlatılan deney için bir rehber niteliğindedir. Fiziksel deneyde ise dinamik, sınır koşulları tasarımcı tarafından ayarlanabilir esnek bir kumaş kalıp üzerinde miselyum esaslı malzemenin ölü yükü ile aldığı form kesit düzleminden, deney süresince izlenen miselyumun büyüme örüntüsü de plan düzleminden fotoğraflanarak zamana bağlı olarak kayıt altına alınmıştır. Fiziksel deneyden elde edilen imajlar soyutlaştırılarak kesite aktarılmış ve malzemenin öngörülen davranışı üzerine yazar tarafından deney öncesi çıkarılan kesit ile karşılaştırma yapılmıştır. Bu sayede miselyumun substrat üzerinde zaman içerisindeki büyüme potansiyeli ile ilgili olarak tahmin yürütülmektedir. Plan düzleminden elde edilen imajlar ile miselyumun hangi konumda daha iyi gelişme gösterdiği araştırılmaktadır. Yazar, miselyumum, belirme özelliği olarak kabul edilebilecek, üzerinde yetiştiği malzemeyi bağlayıcı niteliğini kullanarak serbest form üretme potansiyelini araştırmaktadır. Bu araştırmayı esnek kalıplar üzerinden gerçekleştirme sebebi de zaman içerisinde kalıp üzerinde sınır koşullarını değiştirebilme ve organik formlar elde edebilme olanağıdır. Bu potansiyeli araştırmak için oluşturulan deney düzeneklerinde hem esnek kalıbın hem de miselyum esaslı malzemenin elastik deformasyona uğraması istenmektedir. Ancak, esnek kalıpta -bu tezde kumaşta- yalnızca elastik deformasyon görülmesi beklenmekte; miselyum esaslı malzemede ise hem plastik hem de elastik deformasyon oluşması öngörülmektedir. Yazar da bu öngörü üzerinden hem tahminler üretmekte hem de deney düzeneğini tasarlamaktadır. Miselyum esaslı malzemenin kalıp üzerinde elastik deformasyondan ziyade plastik deformasyona uğraması olasılığı, deneyin başladığı zamandan itibaren düzensiz olarak artmaktadır. Bu düzensiz artışın sebebi, canlı olan miselyum hücrelerinin her substrat üzerinde ve her ortam şartında gelişme hızının farklı olmasıdır. Bu durum gerçekleştirilen deneylerin en önemli kısıtlarındandır. Yazar bu sebeple, deneylerin ekipmanlı ve steril bir laboratuvarda yapılmasını, bunun yanında disiplinler arası işbirliği içerisinde çalışılmasını önermektedir. Bu kısıtlar göz önüne alındığında, yapılan deneylerde malzemenin her seferinde farklı belirme davranışı göstermesi beklenmiştir. Çünkü malzemenin oluşması süresince gerekli şartlar farklılık göstermektedir. En başta yalnızca miselyum sporu ve substrat malzemeden oluşan bu karışım, zamanla miselyum esaslı malzemeyi oluşturur. Hazırlanan deneyler de tam bu süreç içerisinde gerçekleştirilir. Çünkü, substrat üzerinde gelişen miselyum, substratı beyaz hifleriyle tamamen kaplarsa malzeme neredeyse rijit bir hale, bir başka deyişle, elastik deformasyona dayanıklı hale gelmektedir. Bu deneylerle elde edilmek istenen ise, malzemenin bu oluşum sürecinde tasarımcının biçime etkisini daha önce çalışılmamış miselyum esaslı malzeme ve esnek kalıp kombinasyonu ile araştırmaktır. Miselyumun substrat üzerinde onu çepeçevre saracak kadar gelişmesi, malzemenin oluşma evresinin sonuna geldiği anlamına gelmekte ve oluşan bu malzeme son işlemlere ihtiyaç duymaktadır. Oluşan miselyum esaslı malzeme, miselyum sayesinde sağlamlaşmış ve kırılgan bir yapı haline gelmiştir. Ancak, canlı olan miselyumlar malzeme üzerinde kırık olması durumunda dahi bu bölgelerde gelişerek malzemenin sürekliliğini sağlayabilmektedirler. Yapılan deneyler süresince de malzemenin bu avantajlı durumu gözlenebilmektedir. Sonuç ürün -substrat malzemeye bağlı olmak üzere- hafif, sürdürülebilir, kirliliğe yol açmaz, suda yüzebilir ve yalıtkan bir malzemedir. Yazar tarafından önemli görülen ve bu tezde de anlatılmak istenen özelliği ise malzemenin serbest biçim oluşturabilmeye izin vermesi; verilmek istenen biçime ulaşılamasa dahi –alçı ve betonun çabuk kuruma özelliğinden ayrışarak- uzun süreç içerisinde de biçimsel manipülasyona açık olmasıdır. Yapılacak manipülasyon yalnızca kalıbın sınır koşullarını değiştirerek değil, malzeme üzerine uygulanacak baskı sayesinde de elde edilebilir. Bu özelliği miselyum esaslı malzemeyi hem sanatçılar ve tasarımcılar hem de malzemeden yalnızca fonksiyonel anlamda yararlanmak isteyenler için avantajlı duruma getirmektedir. Sonuç olarak bu tezde tasarım odaklı düşünce ile bilimsel bilgiyi birlikte kullanarak materyal üretimine yaşayan sistemleri entegre etme, bunu yaparken de tasarımcıyı materyal üretim sürecinin başından itibaren karar verici olarak konumlandırma düşüncesi amaçlanmaktadır.Integrating design studios and laboratories have increasingly become a new practice realm for designers, which provide them with the opportunity of conducting experimental studies on material technologies. Proposing a working environment promoting research, prototyping, fabrication, experimentation, testing and analysis of material systems in the field of design has incorporated living organisms into material design processes. Embedded physical workspace for designers enables to experiment both of living organisms and material systems, thus providing a deeper understanding of how the mechanisms of living organisms work. The main objective of the experimental methods expressing biological growth procedures is to understand its structure as well as to exploit relations which could be adapted to a different context. Bio-based materials with generative potentials offer broad use in functional, structural performance and form generation within architecture. What we call bio-based material is herein defined as: “a material of which one or more of its components are sustainably grown”. Latest studies in bio-based material design depict that the vegetative part of a fungus consisting of a network of fine white filaments, the mycelium, could be an alternative for composites which composed of a ductile matrix and high-strength reinforcement. Since most progress in designing mycelium-based material to date has been made by using petri dish and 3d printed geometries. In this thesis, shaping and re-shaping capabilities of mycelium-based materials using fabric formwork is discussed. This study is the result of a series of experiments about mycelium-based material that aims to investigate its re-shaping potentials by using adjustable mold. In this thesis, we aim to make a comparison between initial and end shapes of casted material by implementing digital and analogue tools based on mycelium-based fabric formwork experiment. The formwork enables the designer to manipulate the boundary conditions of the fabric mold. The physical experiment setup consists of different initial geometry alternatives and the deformation is observed and measured numerically by time-based recording on top and section views. With the help of digital tools, experiments were documented as a process of formation. We aim to discuss the potential of the usage of mycelium as a binding agent in free form geometry since mycelium acts as natural self-assembling glue. By doing so, structural potentials of the material, which is strengthened by mycelium hyphae, were examined. To analyze the mycelium-based material, which refers to a material which takes form under certain conditions, shaped by fabric formwork two different approaches were followed. The first approach is to keep the initial geometry defined by digital design tools of the fabric formwork fixed and to determine the resulting analogue shape from elastic deformation. The second approach is to keep the final analogue geometry fixed then to find the closest fit solution possible within a fabric formwork. The author aims to discuss the potential of the usage of mycelium as a binding agent in free form geometry since mycelium acts as natural self-assembling glue. By doing so, structural properties of the material, which is strengthened by mycelium hyphae, will be examined. Creating lightweight, sustainable, pollution-free, buoyant, insulant and free-form geometries are one of the primary outputs. All in all, this study aims to contribute to the design research studies and scientific knowledge together to integrate living systems into the material design as encouraging collaborative interdisciplinary research, thereby positioning designer as a decision-maker from the very beginning of material design process.Yüksek LisansM.Sc