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Arquitetos: Achim Menges Architect, Oliver David Krieg , Steffen Reichert; Achim Menges Architect, Oliver David Krieg , Steffen Reichert
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Fotografias:ICD University of Stuttgart
Arquitetura Sensível
Na arquitetura, a responsividade ao clima geralmente é concebida como uma função técnica ativada por numerosos sensores de mecânica e eletrônica, acionamentos e dispositivos de regulação. Em contraste com essa sobreposição de equipamentos de alta tecnologia em materiais inertes, a natureza sugere uma estratégia fundamentalmente diferente, sem tecnologia alguma. Em vários sistemas biológicos a capacidade de resposta é literalmente arraigada no próprio material. Este projeto emprega estratégias de projeto semelhantes de programar fisicamente um sistema material sensível que não exija controles mecânicos ou eletrônicos externos, ou fornecimento de energia. Aqui, o material trabalha em uníssono com o meio ambiente.
O projeto explora a tensão entre um volume arquétipo arquitetônico, a caixa e uma pele ondulante profunda encaixando grupos de aberturas complexas, sensíveis ao clima. A envoltória do pavilhão, que é ao mesmo tempo a estrutura de suporte e a camada sensível, é computacionalmente derivada do comportamento da flexão elástica das chapas finas de compensado. A capacidade intrínseca do material para formar superfícies cónicas é empregado em combinação com os processos de fabricação robóticos, de 7 eixos, para construir 28 componentes geometricamente únicos, abrindo 1100 aberturas sensíveis à umidade.
As aberturas correspondem às variações de umidade relativa no intervalo de 30% a 90%, o que equivale à gama entre um dia de sol brilhante a um tempo chuvoso em um clima moderado. Em resposta direta ao microclima local, o pavilhão ajusta-se constantemente ao seu grau de abertura e porosidade, modulando a transmissão de luz e a permeabilidade visual da envoltória. Isto resulta em variações constantes de enclausuramento, iluminação e interiorização do espaço interno. A atuação higroscópica da superfície prevê uma convergência única da experiência ambiental e espacial, a percepção da dinâmica ambiental delicada, variável localmente e constantemente mutável que é intensificada através do movimento sutil e silencioso da pele arquitetônica sensível. A superfície mutante incorpora a capacidade de detectar, acionar e reagir, tudo internamente ao próprio material.
Princípio biomimético: Resposta entranhada no material
A natureza evoluiu de uma grande variedade de sistemas dinâmicos interagindo com influências climáticas. Na arquitetura, uma forma particularmente interessante é o movimento orientado pela umidade que pode ser observado nos cones da árvore de abeto. Ao contrário de outros movimentos de plantas que são produzidos por alterações de pressão de células ativas, este movimento ocorre através de uma resposta passiva a mudanças de umidade. Por conseguinte, não necessita de qualquer sistema sensorial ou motora. O movimento é independente de qualquer função metabólica e, portanto, não consome energia. Aqui, a capacidade de resposta é intrínseca ao comportamento higroscópico do material, e suas próprias características anisotrópicas. Anisotropia indica a dependência de características direcionais de um material. Higroscopicidade refere-se à capacidade de uma substância em tirar a umidade da atmosfera quando seca e produzir umidade para a atmosfera quando preciso, mantendo assim um teor de umidade em equilíbrio com a umidade relativa ambiente.
Desta forma, o movimento de cones está enraizado na capacidade intrínseca do material, para interagir com o ambiente externo, e mostra como um tecido estruturado pode passivamente responder aos estímulos ambientais: A abertura do cone (quando seco) e fechamento (quando úmido) está habilitado pela estrutura bicamada do material. A camada externa, que consiste de células de paredes espessas paralelas, longas e densamente comprimidas, reage higroscopicamente a um aumento ou diminuição da umidade relativa, expandindo ou contraindo, enquanto que a camada interior se mantém relativamente estável. A resultante alteração dimensional diferencial das camadas traduz-se em uma mudança de formato da escala, fazendo abrir ou fechar as partes do cone.
Desenvolvimento Científico: Umidade Sensível dos Compostos de Madeira
Este projeto baseia-se em mais de seis anos de pesquisas de projeto investigando os princípios biomiméticos oferecidos pelo cone de abeto para desenvolver sistemas climáticos arquitetônicos que não necessitem qualquer equipamento sensorial, funções motoras ou até energia elétrica. A pesquisa permite o uso de madeira, um dos materiais mais antigos e comuns de construção, como um receptor climático, composto naturalmente. O comportamento dimensional anisotrópico da madeira foi explorado no desenvolvimento de um elemento em camadas, sensível à umidade. No processo de absorção e dessorção de umidade, provocada pelas condições ambientais, isso altera a distância entre as microfibras na madeira, alterando os tecidos celulares, resultando numa mudança significativa na dimensão anisotrópica. Por meio de uma articulação morfológica precisa, esta alteração dimensional pode ser utilizada para provocar a mudança de forma em um elemento sensível.
O material desenvolvido pode ser programado para calcular fisicamente diferentes formas em resposta a mudanças na umidade relativa. Neste projeto, os elementos alteram-se de aberto para fechado dentro de alguns minutos, por um rápido aumento na umidade relativa do ar. O elemento composto de verniz instrumentaliza a capacidade de resposta do material em um único componente que é surpreendentemente simples e que, ao mesmo tempo incorpora sensor, motores sem energia e o elemento de regulação. A reversibilidade e confiabilidade deste movimento foi testada e verificada em um grande número de testes a longo prazo, tanto em condições de laboratório como em aplicações no exterior. No entanto, é a primeira vez que o conhecimento acumulado foi sintetizado para o desenvolvimento de um exclusivo invólucro arquitetônico sensível para este pavilhão.
Desenvolvimento Técnico: Autoformação elástica e Construção Modular Fabricada por Robótica
O projeto apóia-se em vários anos de pesquisa em projetos de pré-fabricação robótica, construção baseada em componentes e estruturas elasticamente auto-formadas. Para este pavilhão, um processo de design computacional foi desenvolvido com base no comportamento elástico das finas chapas de compensado e sua capacidade relacionada para formar superfícies cônicas. O processo computacional integra a capacidade do material em calcular fisicamente a forma no processo da flexão elástica, a estrutura acumulativa dos componentes da construção resultante, o detalhamento computacional de todas as articulações e a geração do código máquina necessário para a fabricação de um robô industrial de 7 eixos. Cada componente consiste de uma pele de camada dupla, que inicialmente são conformadas como superfícies cônicas e posteriormente juntam-se para produzir um painel de sanduíche, pressionado à vácuo. A definição formal final sobre os painéis modulares, com níveis precisos de tolerância, é conseguido através de corte por robótica. A capacidade estrutural das superfícies da camada dobradas elasticamente permite um sistema leve, mas robusto, construído a partir de componentes de chapas de madeira de compensado muito finas.
A precisão do processo de auto-formação foi verificada por meio de análises de laser da estrutura. Eles revelaram um desvio médio de menos de 0,5 milímetros entre o modelo derivado computacionalmente e a geometria física real que o material computou em escala completa. Isto não só mostra que a integração de materiais sensíveis e projetos de computação não é mais uma meta irreal, mas uma proposição viável. Ele também demonstra como o foco do processo de projeto computacional no comportamento de materiais em vez de formas geométricas permite um desdobramento de capacidades performativas e desenvoltura material, expandindo o espaço de projeto para possibilidades arquitetônicas até então inexploradas.
