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AULA 1 TECNOLOGIAS, SISTEMAS E MATERIAIS ECOEFICIENTES Profª Marcia Luiza de Carvalho Klingelfus 2 INTRODUÇÃO A sustentabilidade é uma relação entre sistemas dinâmicos humanos de tipo econômico e sistemas dinâmicos ecológicos maiores e normalmente de mudança mais lenta, uma relação que a vida humana pode continuar indefinidamente, os indivíduos podem florescer, e as diferentes culturas podem desenvolver-se; mas também é uma relação na que os efeitos das ações humanas seguem estando dentro de certos limites para não destruir a saúde e a integridade dos sistemas auto organizativos que proporcionam o contexto ambiental para estas atividades. (Norton, 1992, p. 25) Se nos encontramos aqui é porque nossas aspirações com respeito a uma melhora contínua e mais consciente de nosso trabalho e a necessidade de descobrir novas formas de entender a vida já não se satisfazem com certas afirmações sobre o desenvolvimento, buscando manter nossos padrões atuais de necessidades evitando que as futuras gerações sejam comprometidas. Porque entendemos que nosso processo de desenvolvimento está em constante crescimento, alimentado por uma demanda sempre maior de pessoas, de matéria- prima, de necessidades, de inovações e tecnologias, de mercado e riquezas, em um circuito sem horizonte, sempre com maiores limitações de tempo, economia e recursos. Buscamos um fazer, talvez, como o que Norton (1992, p. 25) descreve acima, em que as relações possam seguir indefinidamente, permitindo um florescer humano em um contexto auto-organizado. A fórmula para conseguir tal sistema que se alimenta e protege e persiste ainda se está desenhando, mas o conhecimento das diversas causas e das implicações das nossas decisões faz parte de um conjunto comum de obrigações sobre as quais nós, profissionais, já não podemos alegar ignorância. Na relação entre sistemas dinâmicos como os humanos e os ecológicos, existem ritmos diferentes, e a saúde entre eles depende de uma boa relação, o que está sob nossa responsabilidade. Tanto o domínio da técnica quanto a percepção antropológica ou da história de nossas construções e seus contextos nos trouxeram um importante acervo de saberes cultural-construtivos e nos colocam em um papel de cocriadores de um novo olhar e conceber a arquitetura e a construção. É preciso construir alternativas coerentes com o que sonhamos, com o que precisamos e com o que podemos fazer de nossos espaços construídos, sempre conscientes sobre o passado, atuantes no presente e comprometidos com o futuro. 3 Nesta disciplina, veremos alguns dos processos e ferramentas que podem ajudar em nossas decisões projetuais e construtivas no âmbito das tecnologias, sistemas e materiais, alinhados com a proposta de equilíbrio e respeito ao meio ambiente, bem como com a eficiência do edifício em seus términos de conforto e prestação, e à saúde do espaço como um todo. Nesta aula, veremos alguns princípios de desenho com base em uma visão ecológica e da Teoria Geral de Sistemas e conheceremos o processo de desenho da Biomímesis, estabelecendo relação com a construção. Futuramente, traremos os conceitos da Arquitetura Bioclimática como metodologia inicial de projeto, tentando mostrar a importância da relação com o entorno. A bioconstrução e a bioarquitetura serão apresentadas posteriormente, como um enfoque integral de construir, trazendo o conceito de salutabilidade. Nas outras aulas, a temática será sobre a norma brasileira de desempenho e outras ferramentas de desenho, e, ainda, veremos materiais e sistemas construtivos, fechando nossos estudos sobre tecnologias e perspectivas de futuro. TEMA 1 – O DESENHO ECOLÓGICO E A SUSTENTABILIDADE Se queremos desenhar de maneira coerente com o meio ambiente e obter benefício próprio como saúde, eficiência e fonte infinita de recursos, é necessário, como mínimo, que nos situemos e passemos a considerar alguns aspectos sobre essa natureza, pois, como o nome propõe, a ecologia trata de estudar as interações entre os seres vivos – que são muitos - e o meio ambiente onde vivem. O mesmo fazemos quando projetamos espaços específicos (um hospital, por exemplo), pesquisamos esses espaços e suas necessidades para dar resposta da melhor forma possível, criando um ambiente funcional, agradável e viável. Não nos tornamos especialistas em saúde, mas aprendemos o que é necessário para projetar com sabedoria porque nesse espaço existem ciclos de funcionamento, que envolvem a ideia de manter um equilíbrio interno e uma demanda constante sem que seus fluxos se contradigam e a obra acabe em fracasso por mau desempenho de suas funções. É o mesmo quando tratamos de desenhar com ecoeficiência, que significa projetar com a natureza, não só utilizando de seus benefícios, mas também cooperando em sua vitalidade e favorecendo sua regeneração, para que juntos mantenhamos ciclos de crescimento ou riqueza. 4 Portanto, quando começamos um projeto, nada mais natural que estudar seu entorno e sua finalidade, para, dentro das circunstâncias reais, propor o que resultará mais conveniente levando em consideração sempre as necessidades do usuário. Só que, nesta disciplina, veremos que a satisfação do usuário está conectada de forma bilateral com toda a biosfera em que se insere. Dentro dessa proposta, é possível garantir um espaço com prestações não só funcionais ou estéticas, mas também ecoeficientes, bem como o respeito a uma nova e mais abrangente maneira de ver a sustentabilidade. Seguramente todos já devem ter refletido e se perguntaram: o que é ecoeficiência? Deixamos aqui a reflexão para que, logo mais, avançando nesta disciplina, possamos construir um debate com propriedade. Em uma síntese do pensamento ecológico, citaremos Commoner (1973), um pioneiro ecologista que, já em 1971, descrevia alguns dos paradigmas atuais sobre o estado de nossa relação com a natureza. Em seu livro O círculo que se fecha, expõe quatro princípios sobre a ecologia, em que, além de fazer ver a complexidade de nossos sistemas vivos, também chama a atenção sobre ciclos e a inteligência dos sistemas complexos naturais: 1. Todas as coisas estão relacionadas com as demais. A biosfera é uma rede complexa, em que cada uma das partes que a compõem está ligada às outras por uma densa malha de inter-relações. 2. Todas as coisas vão para algum lugar. Todo o ecossistema pode ser pensado como a superposição de dois ciclos: o da matéria e o da energia. O primeiro é mais ou menos fechado; o segundo tem características diferentes porque a energia se perde e não é recuperável. 3. A natureza é sábia. Sua configuração atual reflete cerca de 5 mil milhões de anos de evolução por tentativa e erro: é por isso que os seres vivos e a composição química da biosfera refletem restrições que limitam severamente sua faixa de variação. 4. Nada é de graça. Não há ganho que não custou algo; para viver você tem que pagar o preço. Podemos então fazer uma aproximação com a arquitetura para construir e entender nossas intervenções dentro de um processo vivo para desenvolver sistemas em equilíbrio com a natureza. 5 TEMA 2 – TEORIA DE SISTEMAS A abordagem sistêmica vem sendo explorada já desde os anos 50 em áreas tão diferentes como a indústria ou a empresa, a militar ou a administração. Com o incremento da demanda no mercado e na economia, a necessidade de solucionar problemas inéditos e definir estratégias mais eficientes vem crescendo como ciência e aplicabilidade. Presenciamos uma retomada de sua importância como forma de percepção e organização dos fenômenos cada vez mais complexos ante o estado crítico meio ambiental em que nos encontramos e com um retorno ao pensamento orgânico. No dia a dia de nossa formação e trabalho, comprovamos como um espaço construído é muito mais que suas partes ou elementos pensadosseparadamente e como um edifício ganha caracteristicas próprias na medida em que seu uso acontece, juntamente com seu entorno e seus usuários. Por meio desse conjunto, ampliados na percepção do sutil, e nesta simbiose, adquire não a forma que idealizamos, mas a forma que realmente é. A Teoria Geral de Sistemas (TGS), cujo primeiro modelo é atribuído a Ludwig Von Bertalanffy (1977), emerge na medida em que pretendemos lidar com a complexidade dos sistemas, e descobrimos que, ao interagirem, resultam em processos dinâmicos. Ao levar isso em consideração para o projeto de nossos espaços, podemos dizer que um determinado material, por exemplo, ao ser aplicado com um objetivo, forma um sistema que, por sua vez, só resultará otimizado quando outros sistemas desse espaço o complementem como um mecanismo com função e resultado. Estudando essas relações, verificamos por meio da TGS que existe uma estrutura organizativa para que isso aconteça, com níveis de resposta, variação e adaptação, conservação de identidade, autonomia, interação entre elementos, regras de organização e crescimentos, condições de conservação, de estados futuros e de sua provável desorganização e destruição. Dois conceitos importantes da TGS são sistema e ambiente. Um sistema é um conjunto de partes, componentes e atributos definidos em um limite ou fronteira. Esses sistemas estão em constante evolução. O ambiente é a área de acontecimentos que influenciam seu comportamento. Nas relações sistema e ambiente temos o input (entrada) e output (saída) de recursos – energia, matéria, informação – que são necessários para dar início ao ciclo de atividades do sistema. Um sistema é aberto quando 6 importa e processa esses recursos do seu ambiente e essa é uma característica própria dos sistemas vivos. Está mantendo intercâmbios permanentes com seu ambiente para criar o equilíbrio de suas funções. Essa troca são os fluxos energéticos, materiais ou informativos. Mediante esses mecanismos de retroalimentação, os sistemas regulam seus comportamentos de acordo aos efeitos reais. Esse aprendizado ou autorregulação dos dispositivos internos que reagem ante informações de mudanças no ambiente objetiva uma melhor resposta a determinada situação. Quando existe uma programação para que, com esses intercâmbios e novas informações, seja possível continuar desenvolvendo e crescendo, incluindo modificar os paradigmas iniciais, existe o pensamento complexo. 2.1 Sistemas auto-organizados Para entender o fenômeno da auto-organização, devemos compreender primeiro a importância do padrão (qualidade) e da estrutura (quantidade) onde acontece. A ideia de um padrão de organização – uma configuração de relações características de um determinado sistema – é determinante na compreensão da vida, porque é nele que as propriedades sistêmicas se caracterizam e se perpetuam. Se a interferência no padrão acontece de modo definitivo, o organismo vivo pode morrer. James Lovelock (2006) propôs em 1979 a ideia de que o planeta Terra, como um todo, é um sistema auto-organizador vivo e, portanto, pode persistir mesmo com todas as adversidades. Segundo a Teoria de Gaia (Lovelock, 2006) é a vida que cria as condições necessárias para sua própria permanência. A Terra, com sua estrutura e forma, faz parte do ciclo contínuo da vida, que a modifica, fazendo com que se adapte às constantes interações desse próprio processo. 2.2 Autopoiesis: o padrão da vida Maturana e Varela (1996) dizem que a característica fundamental de uma rede viva é que está se alimentando continuamente. E esse é seu modo específico de organização. A autopoiesis é um padrão de rede em que a função de cada componente é participar na produção e transformação de outros componentes da rede, de tal modo que se está construindo continuamente. É produzida por seus componentes e ao mesmo tempo os produz. Trata-se de é um sistema 7 sustentável, inteligente e perfeito porque, ao mesmo tempo que tem essa capacidade de autogestionar-se, de produzir seus componentes, é também capaz de alimentar-se de informação e energia externa. Seu comportamento, porém, não é imposto desde fora, mas sim estabelecido com base no próprio sistema. Nesses sistemas existe um constante intercâmbio de matéria e energia. Pelas interações com o meio, os organismos vivos se mantêm e se renovam continuamente, utilizando recursos do meio, incluindo a habilidade para formar novas estruturas e padrões de comportamento. Com essa inteligência, percebemos um processo autônomo, auto-organizado, que troca informação e outros recursos com o exterior, mas aprende desse processo também, gerando evolução e eficiência. Não parece perfeito para nossos sistemas construtivos? 2.3 Propriedades emergentes Uma característica muito interessante dos sistemas complexos é que estes envolvem as situações que nascem com base na relação dos próprios componentes do sistema e não estão especificamente em nenhum deles. Surgem no decorrer do processo e no próprio desenvolvimento ou amadurecimento dessa interação. Em nossos espaços construídos ou em nossas cidades, mesmo em nossas relações, podemos ver como acontecem as propriedades dinâmicas resultantes de nossas interações culturais e sociais, ou das interações dos sistemas que projetamos com os usuários. A partir daqui, é como nos relacionamos com essas propriedades, com resiliência, aprendendo e melhorando, ou tentando manter um processo que está em autofagismo. TEMA 3 – BIOMÍMESIS O desenho biomimético (ou a biomímesis) propõe a observação da natureza no processo de criar soluções inovadoras, desenhando tecnologias sustentáveis adaptadas às nossas necessidades e sendo aplicado a qualquer área do conhecimento. Nos sistemas naturais existe uma ordem e um equilíbrio, que, mesmo não constantes em função dos diversos fatores que intervêm – entrada de informação e retroalimentação –, se mantêm em uma ordem contínua dentro de limites e interdependências lógicas. Por meio dessa observação, identificamos padrões que nos ajudam em nossas decisões no caminho do ecologicamente correto, hoje pautadas por uma série de fatores limitantes como 8 o uso irracional da água, a indisponibilidade de recursos naturais, a dependência de modelos energéticos contaminantes, a geração contínua de resíduos sem destinação correta etc. 3.1 Abordagens na arquitetura Na arquitetura e ao longo de sua história, tivemos muitos exemplos do construir com diferentes abordagens sobre a natureza: • A arquitetura vernácula utiliza os materiais locais disponíveis e a observação de seu entorno próximo, transformando esse saber em tecnologia apropriada. Exemplos dessa arquitetura podem ser as yurtas na Mongólia ou as casas flutuantes no Peru; • A arquitetura orgânica incorpora a forma natural, trazendo as curvas, as proporções e elementos da natureza em seus componentes para uma proximidade com a natureza. Exemplos dessa arquitetura encontramos nas obras de Rudolf Steiner ou Antoni Gaudí; • A biônica e a biomímesis muitas vezes se confundem, pois ambas procuram copiar modelos naturais para resolver problemas de ordem prática. Entretanto, na minha visão, a biônica está mais próxima da simples transferência de modelos, e a biomímesis trabalha com base na observação para integrar o objeto ou produto com um objetivo mais sustentável. Como exemplo, aplica soluções construtivas imitando o funcionamento de esqueletos animais em suas estruturas ou sistemas de captação e conservação do calor. Exemplos dessa arquitetura são as obras de Santiago Calatrava, como a Cidade das Artes e Ciências em Valência; • A biofilia, cujo objetivo é recuperar a sensação de bem-estar da relação humano – é a natureza recriando o elemento natural no espaço, como a vegetação ou a presença da água. Muito na moda agora, encontramos exemplos nos murosajardinados, jardins internos ou paredes de água corrente; • A bioarquitetura e a bioconstrução propõem uma visão integrada entre o meio ambiente e as necessidades do ser humano para criar espaços de menor impacto ambiental e mais saudáveis. Exemplos de bioarquitetura vão desde pequenas casas feitas com adobe, passando pelas modernas 9 construções em bambu na Colômbia ou México, e principalmente nas construções mais autônomas e de baixo impacto ambiental. Todas essas áreas de conhecimento convergem para uma mesma necessidade: um modo consciente de fazer e viver dando resposta às nossas necessidades e respeitando nossa relação intrínseca com o meio natural que fazemos parte. A biomímesis contempla também esses aspectos, estudando a fundo como acontecem as interações em nível biológico (estruturas, padrões, processos, relações etc.) dos seres vivos, propondo uma conexão continuada com a natureza, ou seja, uma maneira integral de inspirar-se na natureza, para então, no campo da arquitetura por exemplo, projetar e desenvolver soluções com base nessa interação, e obter materiais, sistemas, espaços e edifícios mais eficientes, resistentes e de baixo impacto, mas sempre com muito respeito. O que vem acontecendo de maneira geral tanto na indústria quanto na arquitetura é um estudo baseado nessa natureza, mas de maneira não tão direta nos princípios sistêmicos. São exemplos os estudos baseados nas teias de aranha construídas para reproduzir sua incrível resistência, a organização das colmeias, o conforto térmico nos ninhos de barro ou nos cupinzeiros, ou ainda a aerodinâmica dos pássaros. São infinitas as possibilidades, pois todo nosso entorno natural está o tempo todo funcionando e se transformando para aprender e superar os desafios que lhe são impostos. E esse aprendizado com a possibilidade de não perder suas características de identidades e seguir é o que chamamos de resiliência. Em todos os âmbitos, desde a produção de materiais, na medicina, na comunicação e especificamente na construção, cada vez somos mais observadores dos exemplos que a natureza oferece com tanta perfeição. Janine M. Benyus (2012), que certamente foi quem mais popularizou e ampliou o conceito, não deixa dúvidas: A biomímesis marca o começo de uma era baseada não no que podemos extrair da natureza, mas no que podemos aprender de ela”, complementando: “mudar a forma de aprender sobre a natureza para aprender da natureza requer um novo método de investigação, um novo par de lentes e, sobre tudo, uma nova humildade (Benyus, [S.d.]) A capacidade de ver a natureza como ela realmente funciona implica uma visão esclarecedora sobre como fazemos parte desse funcionamento e sobre as coisas que fazemos e como replicam no meio. Com essa consciência e humildade ante um sistema tão bem organizado, já aprendemos que a observação dessa 10 natureza procurando inspiração para resolver nossos “problemas” é sabedoria. Mas só na medida em que esse processo signifique troca e equilíbrio, não exploração. Não podemos nos esquecer de onde vem essa informação, muito menos das consequências que produz. Neste momento estamos falando de sustentabilidade, não só física, mas ética e moral. A biomímesis aborda essa troca desde uma perspectiva de conexão com a natureza e de aprendizagem com esse meio natural que existe há milhões de anos, aperfeiçoando-se constantemente, explorando oportunidades no seu próprio habitat, respeitando os limites, utilizando matérias primas locais e transformando-as em combustível para sistemas que dão continuidade a essa vida, quase sempre com a energia solar, as propriedades da água ou as qualidades do ar, e, além disso, são capazes de melhorar e regenerar a si mesmos. Não é isso o que queremos para nosso mundo humano? TEMA 4 – METODOLOGIA BIOMIMÉTICA O desenho biomimético contempla um processo de criação de quatro etapas: 1. A primeira será estabelecer o que queremos, o objetivo projetual. Quanto mais claro, melhor, de maneira que devemos estudar o contexto em que vamos trabalhar para então definir quais as características – funções que deve ter nosso produto final; 2. Uma vez definidas essas funções, perguntamos de qual maneira a natureza responderia a essa situação para chegar a esse resultado. Se o objetivo for geral, deverá ser dividido em partes ou funções para conseguir simplificar o processo e fazer as perguntas corretas. Para auxílio na definição de funções e redação das perguntas corretas, existe uma planilha chamada taxonomia biomimética, que organiza a biologia em funções; 3. Definidas funções e perguntas, o passo seguinte é observar a natureza. Da observação vem o imitar. Mas para entender realmente o processo talvez seja necessário alguma informação mais científica ou especializada – bibliografia ou especialistas; 4. A partir daqui, o processo de desenho acontece com criatividade e conhecimento. Como num projeto de arquitetura, ele pode mudar quantas vezes seja necessário até a definição final. São realizados protótipos, maquetes e simulações, para então poder avaliar resultados e seguir 11 desenvolvendo e aprimorando o invento. Várias soluções podem fazer parte do desenho. Em verdade, o processo é similar a qualquer desenvolvimento de projeto, mas o ponto de partida é que esse projeto terá um resultado com base em uma ação concreta da natureza, que responde a uma determinada função que desejamos materializar em nosso trabalho. A ideia é sempre seguir os princípios de observar, imitar, aprender e replicar as formas e os processos da natureza, entendendo todo o processo de vida e aprendendo de suas propriedades emergentes. Figura 1 – Metodologia biomimética Fonte: DesignLens..., 2016. TEMA 5 – EXEMPLOS DE DESENHO BIOMIMÉTICO Para fechar esta aula, veremos alguns exemplos do desenho e aplicação biomimética nas variadas áreas para nos inspirar! Você pode conhecer muitos outros nos sites indicados durante a aula e aprofundar seu conhecimento com o Biomimicry Institute e a ferramenta Ask Nature. 12 1. Roupas de natação ou tintas para barcos ou carros inspirados na pele dos tubarões que possuem dentículos que facilitam seu movimento com menor força; 2. Hélices de geradores eólicos ou de aviões inspirados nas nadadeiras das baleias jubarte, pela sua aerodinâmica que permite fazer curvas em alta velocidade; 3. O velcro foi inventado em 1948 por Georges de Mestral e é um dos mais famosos inventos desenvolvidos e extraídos de um elemento natural: a bardana. Consiste em duas faixas de tecido, uma com ganchos e outra com argolas, que se engancham e produzem um fechamento e se soltam facilmente. Figura 2 – Bardana (Arctium lappa) Crédito: KajzrPhotography/Shutterstock. Figura 3 – Velcro Crédito: Daniel Brasil/Shutterstock. 13 4. Carro biomimético da Mercedez Benz. O projeto deste carro se inspira no Peixe-Cofre (Ostraction Meleagris). Devido ao seu corpo em forma de cubo, este peixe apresenta uma aerodinâmica extraordinária. Ele é também um exemplo único de combinação de rigidez e leveza. Sua pele consiste de várias placas ósseas hexagonais que resultam em uma grande resistência, baixo peso, e um baixo coeficiente de arrasto. (Garcia, [S.d.]) 5. Sistemas captadores de água inspirados no besouro do deserto da Namibia. Um tipo de besouro encontrou uma forma peculiar de sobreviver. Quando a neblina da manhã se aproxima, a espécie Stenocara gracilipes, também conhecida como Besouro da Namíba, coleta gotículas de água em seu dorso esburacado e, em seguida, deixa a umidade rolar para a boca, permitindo-lhe beber em uma área sem água corrente. (Dizikes, 2011) 6. Inspiração do Teatro Las Palmas e o Projeto Forest Sahara. Uma membrana que filtra água sem gasto de energia, sem pressão e sem químicos. Ainspiração: as proteínas aquaporinas que estão nas membranas celulares de diversos organismos. A solução: as proteínas (aquaporinas) são replicadas em laboratório e inseridas em uma membrana artificial. Essas proteínas têm sítios específicos para a ligação com moléculas de água. Quando uma molécula de água se liga no sítio, as proteínas mudam sua conformação, conduzindo as moléculas de água para o outro lado da membrana (Ecycle, [S.d.]). 7. Tecnologia Swarm Logic® de eficiência energética, inspirado na inteligência do enxame de abelhas melíferas, que coordena os comportamentos individuais da colmeia para organizar-se em conjunto com mais eficiência. Esse sistema interliga em uma rede sem fio os controles do edifício fazendo uma distribuição otimizada do consumo de energia (Swarm..., 2020). 8. Biomimetic Land Ocean Tratment System (B.L.O.T.S.): À medida que o nível do mar sobe, as regiões costeiras e as cidades sofrem cada vez mais inundações. Estima-se que em 2100 o nível do mar poderá subir 30 centímetros. B.L.O.T.S. procurou inúmeros organismos para se inspirar na gestão da água para encontrar uma maneira adaptável e resiliente de lidar com a inundação de água na infraestrutura. O B.L.O.T.S. o sistema absorve, redireciona, filtra e armazena a água da inundação. O sistema é adaptável a qualquer situação, seja em uma rua inundada, playground ou prédio, e pode ser utilizado por qualquer pessoa. (Biomimicry, [S.d.]) 14 9. Projeto de transformação para a cidade de Amsterdã por meio da observação dos padrões de desempenho ecológicos locais. O grupo de assessoria Biomimicry 3.8 estudou o ecossistema local de Amsterdã para identificar padrões em seus habitats nativos saudáveis, para criar uma ferramenta de transformação para combinar o bem-estar e a saúde da cidade aos interesses de desenvolvimento, segundo os modelos naturais locais (Biomicry, [S.d.]b). 15 REFERÊNCIAS ALEXANDER, C. El lenguaje de patrones. Barcelona: Gustavo Gili, 1980. BENYUS, J. M. 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