Algunas formas, inanimadas o vivas, son más frecuentes que otras por motivos de idoneidad o eficiencia compartidos en todo lo que conocemos.

Hemos observado que un puñado de diseños se repiten sin aparente propósito en todo lo que observamos, desde la conformación de galaxias a la escala atómica.

Son 9 formas que nos rodean en la cotidianeidad. Un análisis de su conformación geomética revela su función primordial: la esfera protege, la fractal coloniza, la espiral empaqueta, la parábola concentra, la hélice agarra, el ángulo penetra, la onda mueve, el hexágono pavimenta, la catenaria aguanta.

Aprendiendo de las formas esenciales

Esfera, fractal, espiral, parábola, hélice, ángulo, onda, hexágono, catenaria. Son las formas esenciales en la naturaleza, tanto la inerte como viva.

(Imagen: panal de abejas; cuando crece la presión para aprovechar el espacio, los círculos se convierten en hexágonos)

También son las formas más efectivas en los diseños humanos, físicos y conceptuales, desde las primeras herramientas del homo habilis a los últimos conceptos del Media Lab en el MIT, pasando por la representación gráfica de la sucesión de Fibonacci o número áureo, ideal de perfección renacentista representado en naturaleza, arte y cultura como espiral o fractal.

Cuando un diseño no se refiere a alguna de estas nueve formas o su combinación, tiene carencias. Pero su importancia no ha sido siempre reconocida en los diseños humanos: diseñadores, arquitectos y maestros de todas las artes ningunean su sencillez desnuda, a menudo en detrimento de la claridad de sus creaciones.

Formas básicas para diseñar los objetos de hoy

Los grandes retos actuales, como lograr la prosperidad al mayor número de personas usando espacio y recursos finitos del modo más sensato, reconcilian al ser humano con las formas esenciales presentes en el universo, demostradas persistencia e idoneidad.

El diseño sostenible emula, ahora sin remilgos, los diseños de la naturaleza (biomimética, biorremediación, ingeniería ecológica, low-high tech, diseños “de la cuna a la cuna“, etc.).

Aprendiendo de los atomistas

Como ya notaron los presocráticos (con Demócrito describiendo los átomos en el siglo V aC y otras hipótesis acertadas sobre diferencias y similitudes entre objetos animados e inanimados, transformaciones, etc.

(Imagen: busto de Demócrito de Abdera)

Medio milenio después, en 50 aC, el poeta y filósofo Lucrecio recopilaría estos conocimientos en De rerum natura.

Han pasado dos milenios y seguimos preguntándonos sobre la naturaleza de las cosas, sobre todo cuando los diseños humanos necesitan, más que nunca antes, la máxima eficiencia e idoneidad para lograr su cometido de la mejor manera usando la menor energía posible.

La naturaleza divaga y experimenta como nuestra mente (¿fractal?)

¿Por qué hay formas que se repiten con asiduidad en el universo, presentes en lo más lejano o maxivo, y también en lo más cercano y diminuto?

Lucrecio y los atomistas griegos exponían que vagar, conjeturar, experimentar, es propio de lo que nos rodea, ya que la naturaleza experimenta de un modo similar a cómo nuestra mente divaga en un momento de introspección (concentración, experiencia de flujo).

Las formas más probables de la naturaleza, creemos ahora y hace dos milenios, sirven de algo. Desde entonces, estudiamos qué comparten los objetos que tienen la misma forma: creemos que un objeto -inerte, vivo, el propio ser humano con su sofisticada tecnología- tiene capacidad de perseverar en la naturaleza al ser de una forma determinada o usar las formas adecuadas como herramientas para garantizar su persistencia.

Superficie interior, superficie exterior y “frontera”

Cualquier objeto -inerte, vivo- tiene una superficie exterior, una interior y una cobertura separa ambas; esta frontera, más o menos porosa, garantiza el intercambio de materia entre lo que queda recluido en el interior y el entorno.

El diseño industrial deberá estudiar de un modo más profundo la composición, estructura, función, forma, tamaño, color, etc. de los objetos de la naturaleza para mejorar herramientas y tecnologías. El estudio de la vida es tan importante como el de los materiales presentes en la naturaleza.

Sabemos, tal y como Stuart Kauffman expone en sus teorías biológicas y Steven Johnson aplica en la creatividad humana, que la vida surgió a partir de materia inorgánica (abiogénesis) a partir de una “caldo primordial“, sea de origen terrestre o -conjeturado últimamente- extraterrestre.

Espirales primordiales dentro de esferas

Se pueden reproducir, en un lugar hermético, las condiciones en la tierra en el momento en que surgió la vida: un líquido rico en compuestos orgánicos (carbono, nitrógeno, hidrógeno) expuesto a rayos ultravioleta y energía eléctrica, genera estructuras simples de ARN (o versión primitiva de ADN), base de la vida.

La forma de esta cadena primitiva de ácido nucleico, una espiral, recuerda la configuración de galaxias, remolinos, caracolas. La espiral áurea, en definitiva.

Los primeros ecosistemas reprodujeron éstas y otras formas debido a la idoneidad para cumplir su función mejor que cualquier otra combinación geométrica.

Si los primeros organismos estaban combinados por esferas (entorno o frontera) y estructuras helicoidales (estructura de las “instrucciones”, o ácido nucleico en el interior), los primeros ecosistemas reprodujeron las otras 6 formas adicionales mencionadas.

Sobre iteraciones e intercambios

Un ecosistema se compone por la interacción de organismos con “metabolismo” (del griego “intercambio”). El metabolismo no es más que el intercambio de materia (energía) con el medio.

Siguiendo la hipótesis de “lo próximo posible” de Kauffman, después de la vida aislada, los microorganismos evolucionaron para aprovechar lo que proporcionaba su entorno: diversas fuentes de materia.

Gracias a este incentivo, se diversifican los metabolismos. Por primera vez, en este ecosistema primordial aparecen depredadores y presas: los restos metabólicos de unos se convierten en recursos (el “residuo” equivale a “alimento”), una idea recuperada por el diseño sin residuos Cradle to Cradle.

Los distintos microorganismos con metabolismos diferenciados y cada vez más especializados son el origen de la complejidad de los ecosistemas de la tierra, y también el origen de la prevalencia, también en el mundo de los seres vivos, de las formas geométricas ya dominantes en un entorno antes inanimado:

Esfera, fractal, espiral, parábola, hélice, ángulo, onda, hexágono, catenaria.

Adyacente posible: avances estratificados

Los organismos complejos, compuestos por más de una célula especializada, fueron posibles gracias a la creatividad de la vida, tal y como expone “lo posible adyacente“.

(Imagen: edición de 1675 por Tanaquil Faber del tratado poético De rerum natura del atomista romano Tito Lucrecio Caro)

El avance de la complejidad biológica es similar al de la innovación humana. Tras los ecosistemas primigenios, compuestos por microorganismos especializados, la simbiogénesis, teoría propuesta por Lynn Margulis, expuso que las células eucariotas -base de todos los reinos no bacterianos-, surgieron de la simbiosis entre bacterias.

Simbiogénesis: las primeras asociaciones

Según la simbiogénesis, los orgánulos celulares (equivalentes a los “órganos” de una célula) tienen un origen procariota: bacterias especializadas que optaron por integrarse en la célula por interés mutuo. Los antepasados de mitocondrias y cloroplastos, principales orgánulos, eran bacterias que se movían mal y pactaron integrarse en células que se desplazaban con agilidad, pero en cambio digerían mal.

La simbiogénesis permitió conformar animales más complejos. La vida dejaba de reproducir, sobre todo, esferas (células, mitocondrias, bacterias, etc.) y hélices (ARN, ADN, colonias de microorganismos etc.), para adoptar otras formas, según su opción evolutiva.

El proceso del que todos dependemos: la fotosíntesis

Los animales más complejos, preparados para contrarrestar la creciente incertidumbre ambiental, sentaron las bases de uno de los procesos biológicos más importantes del planeta, del que todos dependemos, sea de manera directa o indirecta: la fotosíntesis.

(Imagen: hexágonos, espirales y ondas; pavimento diseñado por Gaudí del emblemático Passeig de Gràcia de Barcelona)

Sólo bacterias y plantas convierten energía lumínica en materia viva, lo que les permite elaborar energía química en forma de azúcares complejos.

El resto de organismos aprovechamos de prestado esta energía lumínica, sea alimentándonos (tanto con organismos fotosintéticos como con aquellos que dependieron de éstos para desarrollarse) o produciendo energía.

Los combustibles fósiles dependieron del sol

Los combustibles fósiles y sus derivados industriales (hidrocarburos, fertilizantes, plásticos) son restos de energía lumínica descompuesta.

Incluso el gran logro de las revoluciones agraria e industrial -crear energía al margen de la creada por las plantas o la tracción animal-, parte de la capacidad de bacterias y plantas para transformar agua, sales minerales y dióxido de carbono en materia viva y azúcares… usando el sol.

La fotosíntesis inspiró el diseño celular que más aprovechaba el espacio: la esfera o forma ovoidal a la que tienden los seres unicelulares fue sometida a la presión pluricelular de aprovechar al máximo el espacio. El tejido vegetal, conformado por células hexagonales, surgió de la presión de las células entre sí, un diseño reproducido luego por otros organismos: panales de abejas, ojos de insectos, epidermis de los animales vertebrados, etc.

De dónde vienen las mejores formas e ideas

Siguiendo la tradición de los atomistas griegos, Lucrecio afirmó que la naturaleza experimenta sin cesar y evoluciona probando combinaciones aleatorias posibles a partir de pasos evolutivos previos realizados con éxito, un progreso estratificado (por “escalones”) que el biólogo Stuart Kauffman bautizó como “lo próximo posible” (“adyacente posible“).

En Where good ideas come from, Steven Johnson ha equiparado esta búsqueda de diseños e interacciones que mejoren lo anterior o suplan alguna carencia con los procesos creativos humanos.

Jason Kottke destacaba en una entrada reciente de su bitácora la vigencia de las teorías atomistas expuestas por el romano Lucrecio a partir de su profundo conocimiento de Demócrito, los presocráticos y la filosofía griega en general.

Las semillas de la teoría atómica, la mecánica cuántica, la evolución, las formas de seres inertes y seres vivos, están expuestas con una coherencia y precisión destacables, “en un poema escrito por un hombre que murió hace más de 2.000 años”.

Formas esenciales en diseños humanos

En su evolución, la vida ha reproducido características ya observables en la naturaleza inerte desde la creación del Universo.

En un mundo inerte (por ejemplo, en el diseño industrial o la arquitectura):

• los diseños esféricos siguen protegiendo y, en mundos inertes, la esfera se impone cuando no hay ninguna presión, tendencia ni dirección (isotropía), como ocurre con los astros en el espacio, o con el aire en un líquido (la burbuja adopta la mínima forma viable que encierra un volumen determinado);
• la fractal es el modo más eficiente de propagar o colonizar un espacio, o la manera más sencilla de multiplicarse, de crear complejidad, ya que es una forma conformada por partes que, ampliadas, se parecen al todo, y así sucesivamente; relámpagos, sistemas de afluentes en un delta, determinados minerales, copos de nieve, etc.;
• la espiral empaqueta con la mayor eficiencia: la forma más eficiente de crecer sin ocupar demasiado espacio, como demuestra cualquiera de los objetos “empaquetados” en espiral que nos rodean, desde carretes de hilo a cintas adhesivas, rollos de persiana, así como tecnologías en retirada como cintas magnéticas, vinilos, etc;
• la parábola concentra, al comportarse como una curva envolvente que refleja la trayectoria de las rectas (se trate de rayos, señales, ondas, etc.) paralelas a su eje en un punto, el foco; las olas antes de romper, así como los objetos desplazándose en el plano de la gravedad (por ejemplo, un balón botando), describen una parábola; también lo hacen los arcos de un puente o un acueducto, los cables de sujeción de puentes colgantes como el Golden Gate, el arco iris, los arcos usados por Gaudí… y los arcos del logotipo de McDonald’s;
• la hélice agarra como ninguna otra forma, debido a la fricción entre su forma helicoidal y cualquier otro cuerpo: cuerdas, tornillos, brocas, etc. usan este diseño;
• el ángulo penetra y concentra la fuerza como ninguna otra forma; la tecnología humana más rudimentaria ya explotaba su potencial;
• la onda mueve y es la forma que mejor se propaga en el espacio, se trate de ondas electromagnéticas o de la arena avanzando por el desierto con ayuda del viento; cuando la forma es usada en diseños arquitectónicos, crea el efecto de movimiento, como explotó Antoni Gaudí;
• el hexágono pavimenta, al ocupar el espacio tangencial desaprovechado por un plano de círculos que se tocan entre sí; de ahí que el pavimento hexagonal se haya usado en distintas épocas y fuera el predilecto del arquitecto modernista más orgánico, Antoni Gaudí (quien sentenció: “Todo sale del gran libro de la naturaleza”);
• la catenaria resiste cualquier presión o embestida, incluida la del paso del tiempo, mejor que otros diseños, al tratarse de la curva que aguanta sólo su propio peso, evitando tensiones suplementarias; esta característica permitió a Antoni Gaudí proyectar el tejado de la Sagrada Família, que no pudo contemplar el vida: pese a sus dimensiones, la gigantesca estructura no requiere contrafuertes.

Un estudioso de las formas más eficientes de la naturaleza: Antoni Gaudí

La delicada salud durante su infancia, así como el oficio de sus padres, caldereros, animaron a Antoni Gaudí a estudiar los paralelismos entre la naturaleza inerte, la vida y las creaciones humanas: piedras, calderas de barro, revoltones de las edificaciones tradicionales catalanas en su Reus natal (bóveda catalana tabicada a base de ladrillo con argamasa, o “volta catalana”), juncos, cañas, huesos, coles, esqueletos humanos…

Sin la ayuda de ningún maestro, Gaudí cultivó racionalmente su intuición con el estudio prematuro de tratados de geometría e ingeniería. Ya durante sus primeros años de arquitecto, Gaudí se atrevió a usar por primera vez la curva catenaria en la arquitectura común.

Más tarde, constató: “Mis ideas son de una lógica indiscutible; lo único que me hace dudar es que no hayan sido aplicadas anteriormente.”

Panteísmo

Hasta ese momento, la curva catenaria había sido recomendada en los tratados como elemento mecánico y para construir puentes suspendidos; no había ninguna razón para evitar su uso en un gran edificio que evitaría, así, la necesidad de erigir voluminosos contrafuertes.

Gaudí empleó con profusión las 9 formas con mayor éxito en los mundos inerte, vivo y culto (diseños humanos), adelantándose a las necesidades del presente y a tendencias contemporáneas como el deconstructivismo o el diseño sostenible.

Columnas arborescentes, fractales, paraboloides, hiperboloides, helicoides, conoides; el legado de Antoni Gaudí es poliédrico y, más allá de lo estético, recopila una sabiduría con un panteísmo que reta en profundidad y madurez (y supera en conocimientos técnicos) al de Lucrecio, Demócrito y los otros presocráticos atomistas.

Su conocimiento y uso de las formas primordiales en las materias inerte y viva (su común denominador, al compartir la esencia de la función de su diseño) influyó, más allá de la estética, en Le Corbusier y Oscar Niemeyer, entre otros.

High-low tech

Esferas, fractales, espirales, ondas, hélices, ángulos, hexágonos, catenarias. Aprender el comportamiento primigenio de estas formas con la profundidad de Antoni Gaudí garantizaría mejores diseños humanos, capaces de realizar su cometido con el mínimo esfuerzo y recursos y la máxima longevidad.

Con la voz de un filósofo presocrático y la proyección de un diseñador industrial “high low tech” actual, Antoni Gaudí sentenció:

“La originalidad consiste en el retorno al origen; así pues, original es aquello que vuelve a la simplicidad de las primeras soluciones.”

Vídeo de Kirsten Dirksen sobre la obra magna de Gaudí (según Stewart Brand, una de las dos únicas obras en marcha en el mundo con la escala de civilización, junto con Roden Crater de Turrell, junto a Flagstaff, Arizona):

Importancia de la forma en los diseños humanos: 9 diseños de éxito en la naturaleza

Recopilamos a continuación, con un poco más de detalle, la función primordial y características de estas 9 formas esenciales: Esfera, fractal, espiral, parábola, hélice, ángulo, onda, hexágono y catenaria.

1. La esfera protege

Sin recibir presión de ninguna dirección determinada en el espacio, los cuerpos inertes tienden a elegir la esfera, ya que la simetría circular implica el mínimo cuerpo con volumen viable en el vacío. Astros o burbujas en el líquido demuestran estas características.

La naturaleza favorece las formas esféricas cuando no hay grandes presiones externas (isotropía): microorganismos, huevos, erizos, frutas, semillas, esporas, medusas, han priorizado esta forma.

Por su simetría, la esfera tiene la superficie mínima de un cuerpo tridimensional, con lo que su superficie o frontera con el exterior es la que pierde menos calor.

Al carecer de aristas, la esfera es la forma más difícil de apresar o morder. 

Su diseño, por tanto, protege.

2. La fractal coloniza

Objeto geométrico cuya estructura básica se repite a diferentes escalas. El todo se reproduce en las partes, y en las partes de las partes, y así sucesivamente, según se amplía o reduce la apertura de visión.

La fractal es el modo más sencillo de crear complejidad: usar el mismo patrón para crecer o decrecer de manera exponencial. Relámpagos, olas, determinados minerales (pirolusitas).

Los seres vivos también repiten este diseño, tanto en su morfología exterior (plantas: helechos, árboles -en ramaje y hojas-) como interior (animales: sistema nervioso, circulatorio, respiratorio).

3. La espiral empaqueta

Al ser una circunferencia que huye por el plano que la contiene, la espiral es la mejor manera de crecer ocupando el mínimo espacio. 

Aparece con frecuencia en los grandes animales cuando lo masivo, voluminoso o largo no debe afectar a la movilidad.

En las plantas, la espiral aparece cuando crece algo que luego se despliega.

La espiral abunda en los diseños humanos: hilos, rollos, carretes, etc.

4. La parábola concentra

En una parábola, todo pasa por el foco. 

La parábola es el lugar geométrico de los puntos de un plano que equidistan de una recta (directriz) y un punto exterior a ella (foco).

5. La hélice agarra

La hélice es una circunferencia que se desplaza en la dirección perpendicular al plano que la contiene.

La fricción entre un elemento helicoidal y otro cuerpo demuestra su idoneidad para el agarre entre ambos elementos.

Según la ley de Euler, cuantas más espiras (aspas) en la hélice, mayor agarre.

No es casual que, en el reino animal, todas las trompas y colas se replieguen en espiral.

En árboles y plantas, frutos y vainas toman esta forma para caer girando y desplazándose con la ayuda de la más mínima brisa, explorar nuevos emplazamientos y así maximizar las posibilidades de propagación.

Los diseños en forma de hélice sujetan con mayor eficacia que cualquier otra forma: cuerdas y tornillos son dos diseños humanos que explotan esta característica.

6. el ángulo penetra 

El ángulo, como el vértice de un cono, concentra materiales (efecto embudo) o fuerzas (efecto punta).

Cuanto más afilada es la punta de un filo, más presión ejerce la fuerza sobre la punta (presión = fuerza / superficie).

La selección natural favorece esta idea: en los organismos complejos, abundan los objetos puntiagudos como solución para comer y no ser comido (dientes, garras, cuernos, espinas, púas).

La tecnología humana se sirve del mismo principio en sus herramientas. Se puede reconstruir la historia de la tecnología humana estudiando la sofisticación de objetos puntiagudos.

7. La onda mueve

La onda es la forma que se propaga por el espacio con mayor eficiencia.

Peces y reptiles se desplazan siguiendo ondas transversales laterales de su cuerpo.

Los mamíferos acuáticos, por el contrario, usan ondas transversales verticales, mientras los gusanos optan por ondas longitudinales (similares a espasmos).

Las ondas electromagnéticas, como las que conforman la luz (composición de 2 ondas transversales) o el sonido (longitudinales) propagan información sin materia.

Las propiedades de una onda (amplitud, frecuencia, timbre) definen la calidad de un sonido musical, de una luz o de las ondulaciones en la arena de la playa.

Las fachadas ondulantes de Gaudí crean la ilusión del movimiento.

8. el hexágono pavimenta

Un conjunto de círculos cubre un plano, pero deja espacios. Cuando crece la presión para aprovechar el espacio, los círculos se convierten en hexágonos.

Ocurre algo similar con esferas y cilindros en un espacio tridimensional. El panal de las abejas o el ojo facetado de un insecto demuestran la valía de este diseño: cuantas más celdas y visión en el mínimo espacio, más posibilidades de sobrevivir.

Tortugas, plantas, peces lucen hexágonos en escudos, cortezas, pieles.

El pavimento humano se ha servido del diseño hexagonal, con ejemplos tan conocidos como la pavimentación del Passeig de Gràcia de Barcelona, concebida por Antoni Gaudí.

9. la catenaria aguanta

La catenaria es una curva que sirve como un modo de organizar estructuras que aguantan su propio peso y evitan tensiones suplementarias.

La catenaria representa la situación de máximo descanso y mínima rigidez. De ahí que el urbanismo haya favorecido su uso en las últimas décadas, como las catenarias invertidas usadas por Gaudí en sus arcos.

Los caparazones y esqueletos de los grandes animales son catenarias invertidas.