Savantul Adrian Bejan este românul care a găsit „cheia formelor perfecte din Univers”.
Ecuatiile o dovedesc: natura creeaza forme perfecte. Iar omul poate, de-acum inainte, sa atinga aceasta perfectiune! O teorie complet noua, elaborata de un reputat profesor universitar roman de termodinamica, ne ofera cheia construirii ideale a unor obiecte, masini, locuinte, retele. Aceasta este Teoria Constructala, iar unul din savantii care a lucrat la elaborarea sa se cheama Adrian Bejan.
Cunoscuta pana acum doar de cativa initiati, teoria constructala a romanului Adrian Bejan promite sa revolutioneze viitorul ingineriei si sa ne schimbe perceptia asupra lumii. Inca din 1995, acest cercetator a dezvoltat o metoda simpla, logica si eficienta de a desena planul perfect al aparatelor.
„Teoria constructala” se bazeaza pe principiul potrivit caruia toate lucrurile de pe planeta curg, tinzand spre perfectiune.
Cercetatorul sustine ca „daca pui un milion de irakieni intr-o cutie, o vreme poate se vor impusca, dar in final se va instaura o organizare, o ierarhie”.
Publicatia „Science et vie” l-a elogiat pe roman – care a fugit in SUA in urma cu 40 de ani – pentru ca a inventat „cheia formelor perfecte din Univers”.
Un an mai tarziu dupa emigrarea sa, profesorul Bejan face o descoperire care il propulseaza in prezent in elita primilor 100 de mari savanti ai lumii. In mai, anul trecut, i-a fost acordata celebra medalie „Benjamin Franklin”, care de-a lungul timpului a fost decernata de institutul cu acelasi nume oamenilor de geniu precum Nikola Tesla, Marie Curie, Thomas Edison, Albert Einstein, sau, mai recent, Stephen Hawking.
„Am produs 25 de doctori in inginerie care sunt profesori pretutindeni in lume. Am scris 20 de carti si vreo 450 de articole. Cand sunt mai deprimat ma mangaie gandul ca sunt cel mai citat cercetator de la Duke University si singurul in inginerie globala”, spune Bejan. Prestigioasa „Science et vie” a explicat pe zece pagini teoria constructala pe care romanul a descoperit-o cu matematica de gimnaziu.
„Toate lucrurile in natura tind spre perfectiune, spre un randament maximal. Toate functioneaza precum o uzina – fie ca vorbim de lucruri facute de om, fie ca e vorba de vascularizari naturale precum muschii umani sau cursurile de apa. De exemplu, un bolovan blocheaza un canal din Amazon. Atunci fluviul isi face autocritica si va incerca sa isi indrepte cursul peste sau pe langa bolovan”, spune inginerul.
In anii ‘70, facand o munca de rutina – instalatii ingineresti – si-a dat seama, intr-o noapte, ca succesul inseamna schimbarea la nesfarsit a configuratiei fiecarui sistem, ca un fel de desen animat in care imaginile se succed intr-o anumita directie. „Aceasta succesiune este explicata de teoria constructala si se aplica tuturor sistemelor curgatoare indiferent ca este vorba de organismul uman, automobilele care merg pe sosele sau animale urcand spre pasunile Vrancei. Totul tinde sa curga spre mai bine, spre perfectiune. Toata geografia pamantului se bazeaza pe ideea asta”, sustine cercetatorul.
A existat si un echivalent al teoriei constructale a lui Adrian Bejan, si anume teoria statului organic al lui Mihai Eminescu. Sa vedem care ar fi asemanarile in doua citate ale acestora doi:
„Pentru ca un sistem de dimensiuni finite sa persiste in timp (sa traiasca), el trebuie sa evolueze astfel incat sa ofere un acces mai usor la curentii impusi care trec prin el” – Adrian Bejan.
Principiul teoriei constructale se hraneste din ideile lui Euclid, Aristotel, Leonardo Da Vinci, Darwin, D’Arcy Thompson, dar reperul cel mai insemnat al lui Adrian Bejan este lucrarea Reflectii asupra puterii focului si asupra aparatelor potrivite sa dezvolte aceasta putere, publicata de politehnistul francez Sadi Carnot, in 1824. Aici, Carnot demonstra ca randamentul masinilor este limitat de ireversibila degradare a energiei. Pornind de la aceasta constatare, Bejan a descoperit ca forma perfecta nu este naturala.
Sau, mai degraba, ca perfectiunea nu poate fi atinsa in lumea materiala decat prin optimizarea inevitabilelor ei imperfectiuni. Aceasta sintagma a fost tradusa de cercetatorul american intr-un principiu morfologic intemeiat pe termodinamica. Teoria constructala porneste de la o constatare banala: fie ca este vorba de caldura, de electricitate, de apa sau de orice alt flux care se scurge prin circuitele unui sistem, fluxul respectiv este confruntat obligatoriu cu rezistente, frecari sau difuziuni ce deturneaza energia spre locuri in care nu poate fi exploatata. De aceea, nu exista sistem perfect. Adrian Bejan propune ca, in loc sa neglijam inevitabilele rezistente care fac sistemele imperfecte, sa ne concentram exclusiv asupra lor: „Pentru ca suntem condamnati la imperfectiune”, rezuma el, „singurul lucru care ne ramane de facut este sa o repartizam cat mai bine, cu ajutorul geometriei.”
Daca inginerul defineste limpede lista de constrangeri ale sistemului sau si isi precizeaza obiectivele, nimic nu-l impiedica sa studieze in detaliu felul in care variaza aceste rezistente in functie de modul cum sunt repartizate. Iar constatarea inevitabilei degradari energetice a lui Sadi Carnot este transformata intr-un principiu mobilizator, care face din geometrie singura necunoscuta a unei probleme ce a devenit pur matematica: date fiind aceste obiective si aceste constrangeri, cum poate fi elaborata forma care sa distribuie cat mai bine rezistentele la nivel de timp, spatiu, scari si structura, astfel incat randamentul sau puterea furnizata sa fie maxima?
Este un desen perfect, fiindca… este cel mai putin imperfect posibil. Natura, primul inginer constructal. Dincolo de realizarea unor aparate cu cel mai performant design, este oare posibil sa explicam si sa prezicem formele naturii cu niste instrumente pur termodinamice? Pentru asta, trebuie sa regandim toate sistemele naturale ca pe niste masinarii supuse unor constrangeri si obiective specifice si, in plus, sa fim convinsi ca natura a implinit o lucrare demna de cei mai buni ingineri, optimizand formele pe care le-a generat. In secolul al XIX-lea, Charles Darwin si-a intemeiat explicarea formelor si a diversitatii speciilor vii pe procesul de selectie, insa nu a definit din punct de vedere fizic acest criteriu de adaptare.
Or, punctul de vedere constructal ingaduie, astazi, lamurirea miezului principiului darwinian: „Pentru ca un sistem natural sa persiste in timp”, rezuma Adrian Bejan, „trebuie sa evolueze astfel incat sa asigure un acces mai simplu fluxurilor care il strabat.” Daca biologii descriu functionarea sistemelor naturale, inginerul descrie felul in care poate fi sporita performanta acestor sisteme si este in masura sa prevada formele pe care natura are tendinta sa le modeleze in timp, deducand, prin intermediul unui rationament fizic, calea pe care ea a strabatut-o prin incercari succesive.
Plamanii umani, penele pasarilor sau crapaturile solului, toate structurile vii sau inerte pot, deci, sa fie investigate de acum inainte prin optica inginerului, adica sa fie considerate niste sisteme energetice supuse, deopotriva, unor fluxuri, unor constrangeri si unor obiective. Rationamentul constructal permite, de pilda, sa explicam de ce diametrele vaselor sanguine ale corpului nostru se reduc cu un factor constant la fiecare ramificare, de ce pasarile zboara in grup compact sau, in sfarsit, de ce matca raurilor are forma de semicerc.
Adrian Bejan și teoria constructală
Teoria constructala s-a raspandit in Statele Unite, in Romania si, mai ales, in Franta. Sylvie Lorente, de la Departamentul de Inginerie Civila al Institutului National de Stiinte Aplicate din Toulouse, a utilizat cu succes teoria constructala in cazul retelelor de distributie a incalzirii urbane, cu scopul de a diminua frecarile si pierderile de caldura. Alt savant francez, Jocelyn Bonjour, a exploatat teoria constructala pentru a determina numarul si forma optime ale aripioarelor unei instalatii de adsorbtie a gazelor. Domeniile de aplicare a teoriei sunt aproape infinite, intrucat ea priveste toate sistemele supuse unor curgeri. Adaptand ecuatiile la fiecare dintre fluxurile respective, este de ajuns sa urmam principiul constructal, care este simplu, unic si fecund: cat mai buna repartizare geometrica a imperfectiunilor, de la scarile cele mai mici, pana la cele mai mari.
Adrian Bejan este convins, chiar, ca teoria sa e necesara si pentru transpunerea in aplicatii practice a promisiunilor nanotehnologiei. „Cercetarile actuale nu abordeaza decat o jumatate din problema”, spune el. „La ce slujeste construirea unor aparate de dimensiuni moleculare, cata vreme nu suntem in stare, apoi, sa le unim intr-un mecanism care sa poata fi exploatat la scara noastra de marime? Aceasta tehnologie nu va putea fi utilizata vreodata decat in complementaritate cu abordarea constructala.” Iata, de altfel, motivul pentru care teoria lui Bejan este revolutionara: inversand curentul reductionist al fizicii moderne, ea merge de la mic spre mare; elaboreaza structura macroscopica globala plecand de la asamblarea locala a structurilor elementare; traseaza un drum rational care il calauzeste pe inginer pas cu pas, treapta cu treapta, catre desenul optim. Precum o scara ducand spre paradisul formelor perfecte…
