“Mặc dù tài năng của con người với những phát minh và công cụ khác nhau có thể đạt được cùng một mục đích. Tuy nhiên, con người sẽ không bao giờ tìm ra được một phát minh nào đẹp đẽ, đơn giản hoặc phù hợp hơn những phát minh của tự nhiên, bởi vì trong những phát minh của tự nhiên, không có gì thiếu sót và không có gì thừa thãi.” – Léonard De Vinci
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, 56% dân số thế giới – tương đương với 4,4 tỷ người đang sinh sống trong các đô thị. Theo dự báo, đến năm 2050, sẽ có đến 70% dân số thế giới sinh sống trong các khu vực thành thị [1]. Bên cạnh những giá trị tích cực trong việc mà đô thị hoá mang lại như phát triển kinh tế, cải thiện chất lượng dịch vụ, cơ sở hạ tầng, phát triển xã hội, thúc đẩy tiến bộ khoa học kỹ thuật…, các đô thị luôn phải đối mặt với các thách thức đi kèm. Trên thực tế, các đô thị phát thải đến 70% lượng khí nhà kính của toàn thế giới, nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu [2]. Bên cạnh đó, có rất nhiều vấn đề cấp thiết mà đô thị phải đối mặt như: Ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, xói mòn đa dạng sinh học, thiếu hụt nguồn nước, nguồn cung thực phẩm không đảm bảo… Vậy, các TP phải làm thế nào để giải quyết những vấn đề này một cách hiệu quả và sáng tạo?
Thiên nhiên chính là một trong những chìa khoá để mở ra cánh cửa phát triển đô thị bền vững. Trên thực tế, các sinh vật sống đã phải đối mặt với những thách thức tương tự chúng ta và liên tục phát triển để thích nghi trong suốt 3,8 tỷ năm [3]. Thiên nhiên luôn đóng vai trò là một kho tàng, một thư viện tham khảo, một phòng thí nghiệm để truyền cảm hứng cho con người. Chính vì vậy, “ngày nay xuất hiện một phương pháp thực hành – phỏng sinh học – lấy cảm hứng từ các giải pháp tự nhiên để chuyển đổi các nguyên tắc và quy trình của chúng vào kỹ thuật của con người. Điều này tạo ra một cơ hội chưa từng có để tái tư duy các TP của tương lai”[4]. Đây là một cách tiếp cận đặc biệt phù hợp trong lĩnh vực kiến trúc và quy họach đô thị nhằm nâng tầm thiên nhiên vượt ra ngoài vai trò tiện ích cảnh quan.
2. Cơ sở lý thuyết: TP phỏng sinh học và cá khái niệm liên quan
Từ phỏng sinh học(1)… Theo định nghĩa của Bộ Quản lý lãnh thổ và phân cấp hành chính(2), Bộ Chuyển đổi sinh thái, đa dạng sinh học, lâm nghiệp, biển và ngư nghiệp(3) – CH Pháp: [5]. Có thể hiểu đơn giản, đây là một hành động xem xét các yếu tố của thiên nhiên để lấy cảm hứng hoặc bắt chước để giải quyết các vấn đề của con người.
Phỏng sinh học nghiên cứu các hệ thống, quá trình và thiết kế tự nhiên để hiểu cách hoạt động của chúng. Con người tìm kiếm các giải pháp sáng tạo thông qua việc quan sát cách các sinh vật và hệ sinh thái giải quyết các vấn đề tương tự. Phỏng sinh học có một sứ mệnh cao cả: Hướng đến việc tạo ra các giải pháp bền vững và thân thiện với môi trường, giảm thiểu tác động tiêu cực của con người lên hành tinh và tạo ra một tương lai hài hòa hơn với thiên nhiên.
Về mặt cấu trúc, phỏng sinh học là một phương pháp tiếp cận đa ngành, trong đó có nhiều ngành chịu ảnh hưởng đặc biệt như kiến trúc, quy họach, thiết kế và kỹ thuật. Thông qua những ngành nghề này, phỏng sinh học đã định hình thế giới của chúng ta theo những cách đáng ngạc nhiên. Ví dụ như trường hợp tàu cao tốc Shinkansen của Nhật Bản – một ví dụ tiêu biểu trong lĩnh vực vận tải đường sắt với thiết kế mũi tàu mô phỏng theo phần mỏ của chim bói cá. Thiết kế mô phỏng loài chim nổi tiếng với khả năng lao xuống nước khi săn mồi với lực cản tối thiểu này đã giúp Shinkansen giảm sức cản của không khí và giảm đáng kể tiếng ồn phát sinh khi tàu vào hầm.
… đến kiến trúc phỏng sinh học(4)…
Kiến trúc phỏng sinh học được định nghĩa là: “Một phương pháp thiết kế sáng tạo, trong đó nguồn cảm hứng từ các mô hình, chiến lược và hình dạng trong tự nhiên giúp phát triển một cấu trúc do con người tạo ra theo cách bền vững tiết kiệm tài nguyên” [6]. Thiên nhiên chính là nguồn cảm hứng để giải quyết các thách thức mà lĩnh vực kiến trúc gặp phải nhằm đạt được mục tiêu xây dựng các công trình bền vững hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và hài hòa về mặt sinh thái.
Chúng ta có thể tưởng tượng về một thế giới, nơi các tòa nhà hít thở và quang hợp như cây cối, nơi máy bay họat động với vẻ duyên dáng nhẹ nhàng của loài chim và nơi các TP họat động nhịp nhàng và khéo léo như một tổ kiến. Đây là cách thức mà phỏng sinh học ảnh hưởng đến kiến trúc và quy họach [7]. Hướng đến sự cân bằng sinh thái, kiến trúc phỏng sinh học kiến tạo nên những công trình không chỉ phục vụ con người mà còn góp phần bảo vệ hành tinh, mở ra một kỷ nguyên mới cho thiết kế bền vững.
Tòa nhà Eastgate, được xây dựng vào năm 1996 tại Zimbabwe là một ví dụ điển hình về kiến trúc phỏng sinh học với cảm hứng từ hệ thống thông gió tương tự trong các tổ mối. Bên trong tòa nhà, một hệ thống các kênh và ống dẫn cho phép không khí lưu thông hiệu quả. Hệ thống tinh tế này làm giảm đáng kể nhu cầu sử dụng điều hòa không khí, do đó tòa nhà giảm được 35% nhu cầu sử dụng điện so với các công trình tương tự.
… và đô thị phỏng sinh học(5)
Đô thị phỏng sinh học là một nhánh của phỏng sinh học nói chung, được định nghĩa là một “Triết lý và các phương pháp tiếp cận khái niệm liên ngành, lấy thiên nhiên làm hình mẫu để giải quyết các thách thức của phát triển bền vững”[8]. Theo Guillaume Porcheron6, đô thị phỏng sinh học là “Một TP họat động như một hệ sinh thái hoàn chỉnh, nơi các sinh vật sử dụng chất thải làm tài nguyên và nơi sự đa dạng hoá và hợp tác là quy luật thực sự (giống như của rừng xanh) (…). Đó sẽ là TP họat động hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời (và các năng lượng thứ cấp, ví dụ như gió), một TP nơi tối ưu hoá thay thế cho tối đa hoá (…)” [9].
Phỏng sinh học mở ra cánh cửa sáng tạo, mang đến cho các nhà quy họach đô thị và thiết kế bền vững những giải pháp lấy cảm hứng từ thiên nhiên, giúp giải quyết các thách thức cấp bách như quản lý nguồn nước, tối ưu hóa năng lượng và phục hồi đa dạng sinh học. Bằng cách học hỏi từ các hệ sinh thái, chúng ta có thể kiến tạo những TP không chỉ bền vững mà còn hài hòa với tự nhiên, tạo dựng môi trường sống lý tưởng cho cả con người và hành tinh. Thiên nhiên, kho tàng trí tuệ vô giá, chính là chìa khóa cho thiết kế đô thị thông minh.
Phỏng sinh học đô thị mang đến những giải pháp hữu hình, được thể hiện qua các ứng dụng trong quy họach, xây dựng và quản lý đô thị. Thay vì chỉ nói về những lợi ích hệ sinh thái trừu tượng, chúng ta có thể thấy rõ những tác động tích cực của nó: Giảm chi phí năng lượng, quản lý cơ sở hạ tầng hiệu quả, tiết kiệm chi phí thiết bị và cải thiện sức khỏe cộng đồng.
Một trong những ví dụ đầu tiên của TP được quy họach theo mô hình đô thị phỏng sinh học là thị trấn Lavasa – Ấn Độ. Dự án được bắt đầu xây dựng từ năm 2010, với mục tiêu thiết kế TP như một quần xã sinh vật địa phương, nơi mọi người có thể sống, làm việc, học tập và vui chơi hòa hợp với thiên nhiên. Ở góc độ chức năng, TP được thiết kế với mô phỏng một rừng mưa nhiệt đới. Do đặc điểm thời tiết địa phương là mùa mưa ngắn nhưng lượng mưa rất lớn, hệ thống đường xá của Lavasa được thiết kế để bắt chước những đường ngoằn ngoèo trên bề mặt tổ kiến (chúng dẫn dòng và làm chậm dòng chảy trên bề mặt tổ kiến). Dự án là một thử nghiệm cho một dự án lớn hơn trong tương lai, tuy nhiên rất đáng tiếc, dự án đã phải dừng lại do tập đoàn chủ đầu tư gặp khó khăn tài chính và phá sản vào năm 2018 [10].
3. Các cấp độ cảm hứng từ thiên nhiên và ví dụ minh họa
3.1 Phỏng sinh học lấy cảm hứng từ hình dáng tự nhiên
Lấy cảm hứng từ hình dáng tự nhiên là phương pháp trực quan nhất mà chúng ta dễ dàng nhận diện và phân biệt các thiết kế đô thị phỏng sinh học. Trong lịch sử, có một ví dụ rất thú vị của loại hình phỏng sinh học này, đó là Pháo đài Vĩnh Thái (Cam Túc, Trung Quốc) hay còn được gọi là TP Rùa Vĩnh Thái. TP được xây dựng vào năm 1608, dưới triều đại nhà Minh để chống lại các cuộc tấn công từ các nhóm dân tộc thiểu số phía Bắc. Đúng như tên gọi, nó được xây dựng với hình dáng một con rùa, với các bức tường thành cao 12m, dài 1,7km bằng đất nện, hình bầu dục và bốn cổng thành được bố trí ở các hướng khác nhau. Hình dạng này không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn có chức năng phòng thủ, giúp pháo đài có thể chống lại các cuộc tấn công từ nhiều hướng. Các bức tường đôi bao quanh cổng thành (tại vị trí “chân rùa”) – một chiến lược phòng thủ phổ biến, sau khi du khách đi qua cổng ngoài vào đến không gian đệm ở giữa hai cổng, khi cổng ngoài được đóng lại thì cổng phía trong mới được mở ra.
3.2 Phỏng sinh học lấy cảm hứng từ chức năng, vật liệu, quy trình vận hành
Cách tiếp cận này đề cập đến việc lấy cảm hứng từ cách thức hoạt động của các hệ thống tự nhiên để giải quyết các vấn đề kỹ thuật hoặc thiết kế. Trên thực tế, thay vì chỉ sao chép hình dạng bên ngoài như ở cách thức đầu tiên, phương pháp này tập trung vào việc tìm hiểu và mô phỏng các quy trình, cơ chế và chức năng của tự nhiên. Hệ thống thông gió của Tòa nhà Eastgate hay hệ thống thoát nước mưa của TP Lavasa là một ví dụ. Một ví dụ đặc sắc khác có thể kể đến là Dự án Trung tâm Đổi mới Skolkovo tại Skolkovo, Nga. Dự án phỏng sinh học này đã giành giải Nhất tại Liên hoan Công trình xanh 2014 tại Moscow cũng như Giải thưởng Xanh năm 2016. Khu phố là tổ hợp của 90 căn nhà biệt lập, được thiết kế làm nơi lưu trú của các nhà nghiên cứu và gia đình. Lấy cảm hứng từ tập tính xã hội tụ tập thành đàn, ép sát vào nhau và đưa lưng ra ngoài của chim cánh cụt nhằm tránh gió lạnh và hạn chế sự mất nhiệt, bố cục đô thị như hình 6 cho phép tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt tự nhiên. Thiết kế giúp tiết kiệm 5°C mỗi nhóm nhà, làm giảm nhu cầu sử dụng năng lượng để sưởi ấm [11].
3.3 Phỏng sinh học lấy cảm hứng từ hệ sinh thái tự nhiên
Phương pháp tiếp cận này đề cập đến việc lấy cảm hứng từ cách thức hoạt động của toàn bộ hệ sinh thái, bao gồm các tương tác giữa các sinh vật sống và môi trường vật lý của chúng. Thay vì chỉ tập trung vào một hình thái hoặc một chức năng cụ thể, phương pháp này xem xét nguyên tắc và quy trình tổng thể của hệ sinh thái. Điều này đòi hỏi nghiên cứu cách các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường của chúng, bao gồm các chu trình vật chất, dòng năng lượng và các mối quan hệ cộng sinh.
Một ví dụ điển hình cho phương pháp này là Dự án Regen Villages. Đây là dự án lấy cảm hứng từ hệ sinh thái, với mục tiêu tạo ra một cộng đồng dân cư tự cung tự cấp. Dự án được giới thiệu trong gian hàng kiến trúc Đan Mạch tại Venice Biennale vào năm 2016. Cộng đồng Regen Villages đầu tiên được phát triển ở Almere, Hà Lan với 100 ngôi nhà [12]. Dự án cũng đang được triển khai tại các nước Bắc Âu như Thụy Điển, Na Uy, Đan Mạch và trong tương lai là nhiều quốc gia khác trên thế giới. Lấy cảm hứng từ hệ sinh thái tự nhiên, Regen Villages tập trung vào việc tạo ra các hệ thống tuần hoàn khép kín cho thực phẩm, nước và năng lượng. Điều này phản ánh cách các hệ sinh thái tự nhiên hoạt động, trong đó chất thải của một sinh vật trở thành thức ăn cho sinh vật khác. Việc tích hợp sản xuất thực phẩm hữu cơ, thu gom nước mưa, xử lý chất thải và sản xuất năng lượng tái tạo là những ví dụ về nỗ lực mô phỏng các chu trình tự nhiên của con người.
4. Kết luận
Thiết kế đô thị phỏng sinh học là một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn, mở ra con đường kiến tạo những TP không chỉ bền vững mà còn hòa quyện nhịp nhàng với thiên nhiên. Bằng cách học hỏi từ sự tinh tế và hiệu quả của các hệ thống tự nhiên, từ hình thức đến chức năng, quy trình vận hành hay hệ sinh thái, các nhà thiết kế đô thị có thể tìm ra những giải pháp sáng tạo cho các thách thức môi trường cấp bách, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị. Trên thực tế, phỏng sinh học không chỉ là việc tạo ra những công trình kiến trúc đẹp mắt, mà còn là việc xây dựng một tương lai nơi con người và thiên nhiên cùng tồn tại và phát triển trong sự cộng sinh hài hòa, đặc biệt trong bối cảnh các TP đang phải đối mặt với những tác động ngày càng gia tăng của biến đổi khí hậu.
TS. KTS. Nguyễn Quốc Đạt
TS. Nguyễn Vũ Bảo Minh*
* Viện Đào tạo và Hợp tác Quốc tế – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 04-2025)
Tài liệu tham khảo
[1] Ngân hàng thế giới, “Développement urbain / Phát triển đô thị,” banquemondiale.org, 2023
[2] S. Leahy, “Les émissions de CO2 des grandes villes sont 60 % supérieures à ce que l’on pensait,” nationalgeographic.fr, 2018.
[3] A. Renaudin and O. Bocquet, “Ville biomimétique : pour une nouvelle vision de la ville, inspirée par la nature,” 2021.
[4] L. Horizons, “Comment le biomimétisme inspire la ville de demain ?,” demain la ville, 2020.
[5] Ministère de l’aménagement du territoire et de décentralisation and d. l. b. Ministère de la transition écologique, de la forêt, de la mer et de la pêche,, “Le biomimétisme,” https:// www.ecologie.gouv.fr/politiques-publiques/biomimetisme, 2019.
[6] C. Barragan, “Biomimetic Urban Design,” Urban design lab, 2024.
[7] Michaël, “13 exemples de biomimétisme impactant architecture, design et ingénierie,” nature et environnement, 2023.
[8] R. Dugoujon, “Qu’est-ce que le biomimétisme urbain ?,” Inddigo – Conseil et Ingénierie en développement durable, 2021.
[9] G. Porcheron, “Ville biomimétique, ville de demain,” exposition à Vélizy-Villacoublay, 2014
[10] M. Aggarwal, “The invisible victims of an unfinished city,” Mongabay, 2019.
[11] A. d. A. A. B. Associés, “Skolkovo Innovation Center,” bechuetassocies.com, 2017.
[12] u. Lexicon, “ReGen Villages: New Visionary and Regenerative Model for Energy and Food Self-sustaining Eco-communities,” 2025
