מבנים בטבע
המושג "מבנה" משמש כאן הן במובן של מערך מסודר ומאורגן והן במשמעות הטכנולוגית - נשיאת מעמס ניכר במסה קטנה יחסית.
משמעות יעילות מבנית - "עקרון המבנה הקל" היא להיות חזק ובו-זמנית קל. עקרון זה הוגדר עבור מבנים טכנולוגיים אולם למעשה נסמכים מבנים אלה על עקרונות שהתפתחו בטבע במשך מליוני שנות אבולוציה. עקרונות אלה מופגנים בטבע במגוון רחב של אובייקטים ותופעות.
המבנים בטבע הדומם התפתחו כתוצאה ממספר תהליכים:
- הצטברות מסה
- תנועה של גופים גדולי
- זרימת נוזלים וגזים
- התמצקות חומר
את משפחת המבנים בטבע מרכיבים עצמים בסדרי גודל שונים, החל בעולם התת-אטומי ובאטום , וכלה בצבירי גלקסיות. על כולם חלים אותם חוקי טבע. תהליכי היצירה וכוחות משיכה ודחיה קובעים את הצורה והיציבות של המבנים הללו. עצמים בטבע הדומם עוברים שינויים מתמידים כתוצאה מהשפעות סביבתיות שונות (כמו קרינת השמש, תופעות מזג אויר ופעילויות ססמיות).
יצורים חיים, צמחים, בעלי-חיים ובני אדם, נבדלים זה מזה בצורתם. למרות גיוון זה, כל היצורים החיים בנויים בהתאם לעקרון מבני אחד: עקרון ה"פנאו" pneu.
כל מבני ה"פנאו" מורכבים מקרום גמיש הכולא בתוכו נוזל או גז, והם יכולים להמצא בתווך נוזלי או גזי. בבדיקה מדוקדקת ניתן להבחין שכל היצורים החיים, בלי יוצא מן הכלל, בנויים מ"פנאו". כל תא חי הוא פנאו, המורכב מקרום גמיש - מעטפת התא, ומילוי - פרוטופלזמה. לעיתים ניתן להבחין בעקרון הפנאו גם במבנה הכללי, אולם אין זה מחויב מציאות. גם עצמות וחומר עצי התפתחו מה"פנאו" בתהליך בו חומר מוצק כמו עצם או תאית הושקע בתאים שהיו רכים במקור, והתמצק. התוצאה היא פנאו מוקשח בעל מאפיינים שונים מאשר לפנאו הרך - הוא יכול לעמוד בלחץ גדול יותר ובכוחות מתיחה. שני המרכיבים של הפנאו, הקרום והמילוי קובעים את הצורה הסופית של הפרט.
למינים שונים יש מבנים שונים אשר ישארו לאחר מות האורגניזם. מבנים אלה הם שלד פנימי או חיצוני של הגוף, אשר מחזק אותו ומגן עליו. שלד האדם משמש כפיגום פנימי, כשחלק מהעצמות מתפקדות כמנופים המופעלים על-ידי השרירים וכמגן לאיברים חיוניים חיות רבות פיתחו במשך שנות אבולוציה רבות שיטות משוכללות ליצירת מבנים המשמשים בעיקר למגורים, לציד ולהגנה. ליצירת המבנה, משתמשת החיה בחומרים הזמינים בסביבתה הטבעית או בחומרים שהיא מייצרת במיוחד למטרה זו המבנה יכול לשרוד דורות רבים.
מינים רבים של בעלי-חיים פגיעים מאד בימי חייהם הראשונים וההורים צריכים לספק לצאצאים הגנה כדי שיצליחו לשרוד. אצל העופות, בניית קן מצריכה לפעמים עבודה מיומנת וזריזה של המקור והטפרים. מיומנות זו הגיעה לכדי שלמות אצל האורגים למערכות הקינים המורכבות של החרקים החברתיים משתייכים גם קיני של נמלים ודבורים. בעלי חיים יוצרים, כאמור, מבנים גם למטרות ציד ואגירת מזון. הבנה של התהליכים היוצרים מבנים טבעיים היא תנאי מקדים ליצירת סביבה אקולוגית עתידית המותאמת לאדם. ידע על תהליכים אלה מאפשר לארכיטקטים למצוא פתרונות מבניים.