Formulation and testing of a biologically inspired design method tailored for industrial applications. Application to the separation technology syector

Over the last decade and a half increasing attention of the scientific community has been given to biologically-inspired design (BID), the process of selecting and emulating natural forms, processes and systems to generate innovative design. The potential for bio-inspired innovation is still largely untapped; BID methods and tools are not yet largely utilized especially within the industry, a sector with the potential for turning bio-inspired ideas into marketable innovation. Starting from identifying factors which influence the utilization of BID by the business environment, this research aimed at answering the following broad research question: How should a BID method/Tool be designed and utilized in order to generate bio-inspired ideas more likely to become innovation in business environment? In order to answer the question, two main methodological approaches were followed: • An exploration of natural evolutionary process and, by analogy, extraction of design principles to formulate innovation models more aligned with natural principles, where the ideation process is a continuous multi-stakeholders participative process; • A review of literature on BID to identify key factors affecting BID effectiveness and based on these, extract possible solving strategies which led to the formulation of BID methods’ Design Principles. Based on the principles identified above, the following outputs were conceived: • The Evolutionary Innovation Model (EIM) which is a conceptual Open Innovation/Coopetitive innovation model; • The Guild-based (or Sectoral) BID method (GB-BID), which consists in a method to set up databases of biological solutions to be used to generate bio-inspired ideas of interest for industrial applications. While the EIM remains, for the time being, a conceptual output, the GB-BID method underwent a process of testing and validation. In order to do this a GB-BIS Database has been conceived for the Separation Technology sector. It has been populated with relevant biological solutions responding to the main function “to separate”. The database has been tested via a series of Ideation Workshops with different target groups (mixed background, engineering students and knowledge-based experts) and production of various case studies. Despite some limitations of the research, mainly related to the limited amount of data generated by the ideation workshops, the following main conclusion can be drawn: • In ideation workshops, the GB-BID method allowed generating bio-inspired ideas. • In case studies generation, the GB-BID method has been proven valid: o To extract broad (deep) design principles which can provide valuable indications to evaluate existing technology vis-à-vis natural principles and steer sectoral research toward innovative solutions. o To produce taxonomies of “robust” (with a certain frequency of occurrence in nature) biological solutions which could be utilized to evaluate existing technology vis-à-vis natural principles and/or to generate innovative bio-inspired ideas. o To produce novel design concepts for the specific sector which can become marketable innovation. o To produce bio-inspired ideas also for sectors not targeted by a GB-BID Database. The results achieved so far by this research give indication that a BID method/tool with the attributes of the GB-BID method can indeed be beneficial to industrial practitioners for industrial applications.

Negli ultimo quindici anni, una crescente attenzione della comunità scientifica è stata dedicata al design di ispirazione biologica (Biologically-Inspired Design - BID), il processo di selezione ed emulazione di forme, processi e sistemi naturali per generare design innovativo. Il potenziale per l'innovazione bio-ispirata è ancora in gran parte inutilizzato; I metodi e gli strumenti BID non sono ancora ampiamente utilizzati soprattutto all'interno dell'industria, un settore con il potenziale per trasformare idee bio-ispirate in innovazione commerciabile. Partendo dall'individuazione dei fattori che influenzano l'utilizzo di BID da parte del contesto imprenditoriale, questa ricerca ha inteso rispondere alla seguente ampia domanda: Come dovrebbe essere progettato e utilizzato un metodo / strumento BID per generare idee bio-ispirate con maggiori probabilità di diventare innovazione nell'ambiente aziendale? Per rispondere alla domanda, sono stati seguiti due principali approcci metodologici: • Un'esplorazione del processo evolutivo naturale e, per analogia, l'estrazione di principi di progettazione per formulare modelli di innovazione più allineati ai principi naturali, dove il processo di ideazione è un processo partecipativo multi-stakeholder continuo; • Una revisione della letteratura sul BID per identificare i fattori chiave che influenzano l'efficacia del BID e sulla base di questi, estrarre le possibili strategie di risoluzione che hanno portato alla formulazione dei Principi di progettazione dei metodi BID. Sulla base dei principi sopra individuati, sono stati concepiti i seguenti output: • L'Evolutionary Innovation Model (EIM) che è un modello concettuale di Open Innovation / Coopetitive innovation; • Il metodo BID Guild-based (o Sectoral) (GB-BID), che consiste in un metodo per creare database di soluzioni biologiche da utilizzare per generare idee bio-ispirate di interesse per applicazioni industriali. Mentre l'EIM rimane, per il momento, un output concettuale, il metodo GB-BID è stato sottoposto a un processo di test e convalida. A tale scopo è stato concepito un Database GB-BIS per il settore delle Tecnologie di Separazione. È stato popolato con soluzioni biologiche rilevanti che rispondono alla funzione principale “separare”. Il database è stato testato tramite una serie di seminari di ideazione con diversi gruppi target (background misto, studenti di ingegneria ed esperti basati sulla conoscenza) e la produzione di vari casi di studio. Nonostante alcuni limiti della ricerca, principalmente legati alla quantità limitata di dati generati dai laboratori di ideazione, si può trarre la seguente conclusione principale: • Nei workshop di ideazione, il metodo GB-BID ha permesso di generare idee bio-ispirate. • Nella generazione di casi studio, il metodo GB-BID si è dimostrato valido per: o Estrarre principi di progettazione ampi (profondi) che possano fornire indicazioni preziose per valutare la tecnologia esistente rispetto ai principi naturali e orientare la ricerca settoriale verso soluzioni innovative. o Produrre tassonomie di soluzioni biologiche “robuste” (con una certa frequenza di occorrenza in natura) che potrebbero essere utilizzate per valutare la tecnologia esistente rispetto a principi naturali e / o per generare idee bio-ispirate innovative. o Produrre nuovi concetti di design per il settore specifico che possono diventare innovazione commerciabile. o Produrre idee bio-ispirate anche per settori non presi di mira da un database GB-BID. I risultati ottenuti finora da questa ricerca indicano che un metodo BID con gli attributi del metodo GB-BID può effettivamente essere vantaggioso per i professionisti industriali per applicazioni industriali.