Một cuộc cách mạng ngoạn mục đang trên đường phát triển trong khoa học về thiết kế- nó được hun đúc thêm bởi những kiến giải thâm sâu về bản chất của tự nhiên, được kết hợp thêm bởi sự bùng nổ về khoa học về sự phức hợp. Những thuật ngữ mới khêu gợi chúng ta với những đề xuất về các xu hướng mới và khả năng mới: quá trình tự tổ chức, biophilia (khoa học nghiên cứu về mối quan hê mật thiết giữa con người và các hệ thống hữu cơ), thiết kế theo phương pháp generative, và hơn thế nữa.

Nhưng những gì ta có thể thấy được mới chỉ là những thứ kém quan trọng: những cách làm cũ được làm duyên làm dáng trong những tà áo mới. Để thấy được cái gì đang thực sự diễn ra, chúng ta phải đào sâu hơn và chúng ta cần phải hiểu khoa học một cách toàn diện hơn một chút.

Các khu quần cư không chính thức thể hiện dấu tích cơ bản của quá trình tự tổ chức thành các thành phần khác biệt tương tự như các bộ phận của một cơ thể, giống như khu định cư trên đây ở Colombia. Các kiểu mẫu tương tự có thể được quan sát ở các làng mạc được yêu mến của vùng Tuscany hoặc Provence. (Nguồn: NASA) 

Trong lĩnh vực đầy hứa hẹn này, không có chủ đề nào hấp dẫn hơn quá trình “tự tổ chức” (self-organization) – khả năng của một hệ thống phức hợp phát triển, hình thành theo trật tự, và tổ chức bởi chúng, mà không cần phải có bất kỳ một thực thể nào kiểm soát. Chúng ta quan sát hiện tượng này ở các tổ mối khi không cần bất kỳ một kiến trúc sư “mối” nào hoặc một bản thiết kế nào, ở các tế bào tổ chức và phát triển thành các bộ phận cơ thể mà không cần thêm sự kiểm soát nào, và cũng như chúng ta thấy ngay lúc này đây, trong các quá trình tạo nên sự sống.

Nhà khoa học nghiên cứu về sự phức hợp Stuart Kauffman mô tả hiện tượng này như là “trật tự cho sự tự do”- một loại trật tự nhất thời có khả năng giải quyết vấn đề và thích ứng một cách thành công đối với môi trường mới. Rõ ràng đó là cơ chế quan trọng và đầy quyền năng có thể chứa đựng những manh mối thiết yếu cho con người.

Vấn đề thực tế là chúng ta quan sát thấy những đặc tính của quá trình tự tổ chức trong nhiều khu quần cư của loài người- ví dụ, những làng mạc với trật tự kinh ngạc của các xã hội truyền thống không cần đến kiến trúc sư hay các bản vẽ thiết kế, thay vì đó, dựa trên các quy tắc đơn giản để tạo thành hình thức, tuỳ ứng với hình thức đã tồn tại. Các quá trình này hoá ra rất hiệu quả trong việc giải quyết vấn đề của nhân loại- tương tự như gò mối tự quản lý để đạt đến mức độ cực kỳ tinh tế trong việc điều hoà, hoặc các loài phát triển các giải pháp rất thành công trong khả năng bơi lội hoặc bay lượn. Chúng cũng thành công trong việc thích ứng với các hình thức đầy quyền năng của nghệ thuật- một điểm mà chúng tôi sẽ trở lại sau.

Vấn đề cơ bản đó là ý tưởng về các quy luật tương đối đơn giản, thường hoạt động ở các quy mô nhỏ. Trong trường hợp của sự sống, các thành phần ở quy mô nhỏ này là mức độ phân tử của DNA, rồi đi lên từ đó đến mức tế bào, các bộ phân cơ thể và các tổ chức hữu cơ. Trong trường hợp các khu định cư của con người, các thành phần quy mô nhỏ này là các cá nhân, rồi đi lần lên gia đình, các khu cộng đồng, và thành phố. (Một vấn đề lớn xuất hiện khi chúng ta hiểu sai về quy mô của các hệ thống này và cố áp đặt các quy luật ở một quy mô quá lớn).

Một điểm thiết yếu nữa đó là “các quy luật /quy tắc” ở đây không phải là các quy tắc mang tính quan liêu mà chúng ta thường đụng phải, trái lại chúng là các quy luật của tính vị lợi (self-interest) và tính tự-chỉ đạo (self-governance), trong một hệ thống đang tiến hoá của các quy chuẩn đạo đức. Một ví dụ điển hình của kiểu quy luật đồng đẳng (peer-to-peer) này là: cần phải dịch chuyển cửa hàng đến gần khách hàng. Ví dụ khác: xây nhà mình gần cửa hàng, trường học, nhà thờ v.v…Nhưng với cái tự do của sự quản lý từ-trên-xuống (top-down) như: không được bố trí căn hộ trên các tầng trên cùng; không đươc bố trí các cửa hàng ở giữa một khu lân bang, chúng ta lại gặp các quy luật ở quy mô nhỏ cho phép có sự biến đổi mà không cần phải thoả hiệp bất kỳ một yếu tố đô thị nào.

Khi các hành động ở quy mô nhỏ tương tác, chúng hình thành các kiểu mẫu trở nên thích ứng và phối hợp xung quanh các đặc điểm cơ bản. Thể loại kiểu mẫu- hệ thống phát sinh này được gọi là “cellular automata” (“các tự động tế bào?”) – các đơn vị hay các “tế bào” tuân theo các quy luật mang tính cục bộ nhưng lại sản sinh ra các kiểu mẫu tinh vi mang tính toàn cầu. Chúng ta có thể thấy các kiểu mẫu này trong sự hình thành đàn chim đang bay cũng như các quá trình đầy tính ngẫu hứng trong tự nhiên. Đối với chúng ta, trong tư cách của người thiết kế, điều thú vị nhất là các quá trình này thực sự có khả năng sản sinh ra một cấu trúc tinh vi, được tổ chức, và có khả năng giải quyết vấn đề.

Khu định cư phi chính thức ở Rosetown, Jamaica thể hiện mức độ tự tổ chức đáng ngạc nhiên, bao gồm các chức năng bán lẻ, sự hợp nhóm các không gian nửa riêng tư như hiên nhà, thậm chí các hàng cây trồng xung quanh. (Ảnh: Steve Mouzon) 

Trong trường hợp cơ thể sinh vật, các tế bào hình thành các bộ phận cơ thể. Còn trong trường hợp của một thành phố có đặc điểm tự tổ chức, con người hình thành nên các khu vực lân bang, các trung tâm bán lẻ, thậm chí các đường phố. Đây là một loại trật tự “từ-dưới-lên” (“bottom-up”) – đến từ quy mộ của con người hành động trong thế giới của bản thân họ, theo sáng kiến của riêng họ. Nói như thế không có nghĩa rằng trật tự “từ-trên-xuống” là vắng bóng- chẳng hạn một chính quyền xây dựng hệ thống cấp nước- khi đó trật tự từ-trên-xuống là một sự bổ sung lý tưởng: nó tạo điều kiện cho hệ thống từ-dưới-lên mà không bóp nghẹt nó.

Chúng ta cần tận dụng lợi thế chiến lược đó như thế nào ngày nay- chẳng hạn trong lĩnh vực thiết kế đô thị? Nói một cách nào đó, chúng ta đã làm như vậy, khi chúng ta cung cấp các nguôn tài nguyên mang tính chất “hỗ trợ-xây dựng”/ “capacity-building”  cho một khu vực lân bang hoặc một cộng đồng. Chúng ta không chỉ mong điều may mắn đến với họ, và cho phép họ xây dựng khu nhà “chồ” của mình từ các vật liệu tạm bợ. Chúng ta trao cho họ các công cụ mang tính chất generative (phát sinh/tiến hoá) chẳng hạn hệ thống hỗ trợ tài chính, các dạng mặt bằng, và các nguồn tài nguyên liên quan. Thêm vào đó, người dân sẽ từ đó hình thành các quy luật tuỳ ứng để giải quyết vấn đề mà họ có, rồi với thời gian các quy luật này sẽ phát triển phức tạp thêm. Chúng sẽ tự phát triển thành một nền “văn hoá xây dựng” cũng như văn hoá đã được tạo dựng hàng nghìn năm trước đó.

Trong tự nhiên, sự tiến hoá từ dưới lên kiểu này trở thành thiết yếu cho sự tạo nên tính bền vững. Có lý do để cho rằng nó cũng không kém phần quan trọng trong các thệ thống đô thị. Thực tế là công việc của chúng ta thuyết phục chúng ta rằng bất kỳ cấu trúc đô thị nào không tiến hoá- không thực hiện quá trính tính toán từng bước bằng cách sử dụng sự hiểu chỉnh mang tính tuỳ ứng- đều không hiệu quả và không bên vững. Nó sẽ tiêu thụ một nguồn năng lượng khổng lồ và không bên vững, cũng như tiêu tốn các nguồn tài nguyên to lớn. Ví dụ bao gồm các toà nhà cao tầng đều chằn chặn trong sơ đồ kiểu Le Corbusier (có nghĩa là kiểu “toà tháp trong công viên - tower in the park) cũng như các mô hình vùng ven phát triển tràn lan những ngôi nhà đơn điệu như nhau (cookie-cutter houses). Chúng vừa chính là những kiểu mẫu được áp từ-trên-xuống , vừa không thể biểu hiện cho một hình mẫu tự tổ chức mang tính tối ưu của thể loại mà chúng ta mô tả.

Một chiến lược cho thiết kế mang tính tuỳ ứng của quá trình tự tổ chức, sẽ là tận dụng các quy luật cục bộ, hoạt động trên quy mô nhỏ để sản sinh ra một trật tự phức hợp trên quy mô lớn hơn. Cấu hình phải tiến hoá, với mỗi bước là một quá trình tính toán phụ thuộc vào tương quan qua lại giữa các thành phần cục bộ và toàn  cầu. Kết quả cuối cùng thể hiện mức độ phức hợp cao cấp mà có thể không bao giờ thiết kế được tại chỉ một thời điểm duy nhất, hoặc thậm chí được vẽ tại văn phòng thiết kế.

Hãy xem một sơ đồ đơn giản thể hiện quan điểm của chúng tôi. Chúng tôi sẽ sử dụng một tự động tế bào một chiều (one-dimensional cellular automaton). Hình vẽ được lấy từ quyển sách của chúng tôi có nhan đề là Thiết kế bền vững theo thuật toán. Quy luật số 90 của Tự động hoá tế bào được xác định bởi nhà vật lý và khoa học máy tính Stephen Wolfram, trong đó một chuối các tế bào trắng với một thế bào đen nằm giữa (để biết thêm thông tin, xin đọc cuốn Một loại hình khoa học mới của ông). Sau đó chúng ta tổ chức tiến hoá cho chuỗi tế bào này bằng quy luật sau đây: “Chuyển sang màu đen nếu một trong các tế bào kề cận là màu đen; chuyển sang màu trắng nếu cả hai tế bào kề cận có màu hoặc trắng hoặc đen” Bằng việc liệt kê chuỗi các tế bào khi chúng tiến hoá theo thời gian- với sự tiến hoá đi ngược lại cho sự thuận tiện của chúng ta- và xếp tất cả các bản sao lại với nhau chúng ta có thể sản sinh ra một tam giác fractal gọi là tam giác Sierpinski, một trong những cấu trúc fractal phức hợp thú vị nhất.

Sự tiến hoá theo thời gian của tự động hoá tế bào sản sinh ra một trật tự mang tính toàn cầu từ các quy luật cục bộ

Sự tiến hoá của chuỗi tế bào phụ thuộc vào tình trạng trước đó, bắt đầu với một tình trạng khởi thuỷ. Nếu chúng ta để nó tiến hoá đủ lâu, kiểu mẫu sẽ phát triển đến một chiều dài vô tận.
 

Một cấu trúc fractal phức hợp xuất hiện khi chúng ta kết nối các tình trạng tiến hoá của chuối các tế bào.

Một sự phức hợp ở trật tự cao xuất hiện từ quá trình đơn giản tự động hoá một chiều này. Nó bắt đầu thể hiện tính đều đặn và đối xứng- nhưng không phải là các thuộc tính được đặt ra cho nó lúc ban đầu! Cũng nên nhớ rằng các kiểu đối xứng được quan sát rõ nhất trong một không gian có bậc cao hơn là chuỗi các tế bào ban đầu: tự động hoá tế bào là một chiều, trong khi đó các kiểu mẫu chỉ ra rõ rêt nhất trong hai chiều. Tương tự như vậy, bài học của chúng ta là các thành phố có sức sống tồn tại trong siêu-không gian (hyperspace) bằng cách mở rộng ra bên ngoài mặt phẳng hai chiều vào trong các chiều kích của sự chuyển động, của sự giao lưu trong mạng lưới (network flux), của quá trình trao đổi thông tin, của quá trình tải về fractal, của sự chia sẻ những phần hoat động chung, của không gian linh thiêng, v.v…
 

Tiếp tục tiến hoá, quá trình tự động hoá tế bào sản sinh ra tam giác fractal Sierpinski. Chúng ta càng để quá trình tự động chạy càng lâu, mức độ cố kết của cấu trúc mà chúng ta đạt được càng cao.

Một kết quả quan trọng sẽ theo sau khi chúng ta thay đổi điều kiện ban đầu. Thay vì bắt đầu với chỉ một tế bào đen ở giữa một chuỗi trắng, hãy bắt đầu với một kiểu mẫu đơn giản: B-B-W-W-B (Đen-Đen-Trắng-Trắng-Đen)
 

Cùng một quá trình tự động tế bào nhưng với điều kiện bàn đầu khác biệt sản sinh ra một cấu trúc phức hợp hoàn toàn riêng biệt

Bằng chứng mang tính thị giác này về việc cùng một thuật toán sẽ sản sinh ra một cấu trúc hoàn toàn riêng biệt (và các kiểu mẫu) khi tự động hoá bắt đầu với các điều kiện ban đầu khác nhau. Tính phức hợp toàn cục của nó có cùng trật tự (có thể hiểu ở đây là quy mô dịch từ chữ order). Ẩn ý đối với thiết kế kiến trúc và đô thị là: chung ta có thể sử dụng cùng một quá trình tính toán tuỳ ứng (adaptive computation) với các môi trường thiết kế khác nhau, và mỗi môi trường cho một kết quả khác nhau bởi vì chúng bắt đầu từ những điều kiện ban đầu (cục bộ) khác nhau.  

Hệ quả với nhận định này quan trọng không kém: bất kỳ một thiết kế nào tìm kiếm áp đặt một “tiêu chuẩn”, một “định dạng chính thức” một kiểu tiền-tiếp-nhận, hoặc một dạng kiến trúc, đô thị tự-tham-chiếu (self-referential) về bản chất là sai lầm, bởi lẽ nó không tính toán một cấu hình tuỳ ứng bắt ngồn từ các điều kiện địa phương. Có rất nhiều bản quy hoạch thời hậu Đệ nhị Thế chiến bị từ chối trên cở sở của kết quả này! Chúng ta có thể bắt đầu nhìn thấy hệ quả đó với tất cả quyền năng của nó- được hỗ trợ bởi nguồn năng lượng giá rẻ, đặc biệt là dầu mỏ- mô hình hiện tại đối với việc xây dựng thành phố về thực chất là hình thức sơ khai của kiểu sáng tạo dựa theo mẫu. Nó vẫn không tao ra sự khác biệt nào khi các nhà nghệ sĩ phủ một tấm vải sặc sỡ (razzle-dazzle) của sự phấn khích thị giác lên trên một khuôn mẫu cứng đờ. Kiểu này cũng bao gồm cả sự phóng túng kỹ thuật được xây dựng ngày nay ở sa mạc Ả rập và ở Trung Quốc (cuối cùng thì chúng cũng sẽ bị bỏ phế như một đống sắt phế thải hoặc như những mảnh kính vỡ).

Nhưng hãy để chúng tôi nói lại về tầm quan trọng của sự sáng tạo trong thiết kế và tự do trong nghệ thuật. Nghệ thuật đóng một vai trò chủ chốt trong việc làm tỏ rạng tính chất phức hợp của cấu trúc đô thị này, như Jane Jacobs đã chỉ ra rất rõ. Vấn đề không phải là “phong cách” hoặc ngôn ngữ hình thức mà chúng ta sử dụng, mà là mức độ trong đó nó tuỳ ứng thông qua loại quá trình mà chúng ta đang theo dõi. Khi quá trình tính toán tuỳ ứng triển khai (không quan tâm tới bất kỳ một kiểu mẫu bắt mắt nào lúc đầu, mà tới việc sản sinh ra một cấu trúc hinh học-xã hội tinh vi), nó tạo ra các kết quả mang tinh thẩm mỹ giàu có và phức hợp. Thẩm mỹ ở đây không  phải là thứ vec-ni của sự các bố cục trừu tượng mang tính tự-xưng, mà xuất hiện đầy quyền năng từ cấu trúc thẳm sâu của quá trình (giống như tam giác Sierpinski ở trên).

Hy vọng rằng chúng ta dừng lại ở nhận định sai lầm rằng, các ngôn ngữ hình thức truyền thống hạn chế sự sáng tạo kiến trúc và sự tinh tế của thẩm mỹ. Như logic của quá trình đề xuất, mệnh đề này là sai lầm về mặt toán học. Chúng ta chắc chắn có thể sử dụng một thuật toán thiết kế tuỳ ứng với một ngôn ngữ hình thức truyền thống để thiết kế những công trình khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu khác nhau. Những kiến trúc sư giỏi nhất theo xu hướng cổ điển và truyền thống luôn luôn biết điều này và họ đã tận dụng điều đó trong quá khứ để xây dựng những thành phố được yêu mến và bền vững bằng cách tái sử dụng các ngôn ngữ hình thức cũ hơn theo thời gian riêng của họ: Paris, London, Rome, và còn nhiều thành phố nữa.

Bằng việc tuỳ ứng với các điều kiện địa phương, các thành phố này và các công trình trong chúng trở thành độc đáo trong khi vẫn sử dụng cùng một thuật toán. Luôn luôn tòn tại nhiều thuật toán thiết kế tuỳ ứng đã và đang phát triển hàng ngàn năm cùng với sự tồn tại của nhân loại. Sử dụng các thuật toán này với các điều kiện địa phương khác biệt sẽ tạo nên một số lượng vô hạn những kết quả sáng tạo- như chúng ta đã thấy những loại hình kiến trúc phong phú trên thế giới từ trước những năm 1900. Trái ngược lại, kiến trúc đương đại càng cố gắng một cách tuyệt vọng để mới, nó càng làm cho sự đồng đều mang tính toàn cầu trở nên rõ nét - giống như sự đồng đều của loại tiếng ồn trắng.

Rồi chúng ta tự hỏi, loại thuật toán tính toán nào chúng ta cần sử dụng cho thiết kế tuỳ ứng cho thành phố và công trình? Bằng cách tuân theo các thuật toán của tự nhiên, thuật toán thiết kế bền vững đã được chọn lọc trong một thời gian dài. Những thuật toán nào là không bền vững sẽ không được lặp lại, chỉ còn lại những thuật toán sản sinh ra các kết quả bền vững. Một sự chọn lọc Darwin cho các thuật toán vì thế sẽ dẫn đến các dạng công trình truyền thống và các thuật toán này thường xuyên tiến hoá để kết hợp những sự phát triển mới và những nhu cầu mới của thế giới hiện đại.

Sai lầm lớn của thời kỳ Hiện đại - thời kỳ của sản xuất công nghiệp của môi trường xây dựng, với các nhà nghệ sĩ cung cấp các sản phẩm thiết kế theo chủ đề - không chỉ là vứt bỏ tất các thuật toán thiết kế bền vững, mà cũng là phá huỷ một cách nghiêm trọng hệ thống đã giúp chúng tiến hoá. Ngày nay chúng ta đang bắt đầu tìm hiểu các bí mật của Tự nhiên và học cách tạo ra quá trình thiết yếu tự tổ chức này.

Michael Mehaffy - Nikos Salingaros / Nguyễn Hồng Ngọc (lược dịch)