O projeto reBENT, desenvolvido pelo Grupo de Pesquisa 9 do Programa de março de 2019-20 da Bartlett School of Architecture (UCL), explora a relação interativa entre a Realidade Aumentada (RA) e processos manuais de construção, utilizando tubos de PVC -altamente resistentes e baratos- como material básico de pesquisa. Além de aproveitar suas propriedades ativas de flexão para interagir com AR, este material propõe um sistema rápido e acessível para a criação de estruturas complexas de concreto, por meio da tecelagem de uma série de tubos de PVC e barras de reforço, que são utilizadas como fôrmas para concreto armado com fibra de vidro (GRC).
Até agora, a exploração desta abordagem híbrida - nem puramente analógica nem totalmente automatizada - levou ao design de protótipos, elementos arquitetônicos e estruturas habitáveis. Além disso, a equipe desenvolveu uma plataforma de realidade aumentada para Microsoft Hololens, a fim de orientar o processo de construção e customização por meio de hologramas.
reBENT busca projetar estruturas autoportantes e explorar formas complexas em concreto, evitando o uso de sistemas autônomos como robôs de impressão 3D. Segundo os membros da equipe, "nosso objetivo é usar geometrias tubulares, usando materiais baratos e universais como fôrmas, como os tubos de PVC e as barras de reforço, em explorações de projeto computacional, gerenciando as propriedades ativas de flexão do material por meio de Curvas controladas geradoras através de polígonos ".
Como essas explorações foram realizadas? A equipe explica para nós abaixo. "Para expandir a composição geométrica, geramos formas complexas de flexão em uma fôrma montada computacionalmente controlada. Usamos as restrições estruturais de tubos de PVC de 20 mm para analisar diferentes formas de dobras usando testes de curva. Geramos um exemplo simples de dobra ativa para provar os tubos e suas montagens. Os resultados foram promissores, pois fomos capazes de replicar o modelo digital. Neste primeiro enfoque, implementamos a realidade aumentada conectando os componentes projetados ao 'Fologram' via Rhino-Grasshopper. A implementação em nossos dispositivos móveis permitiu deixe que as visualizações holográficas guiassem as dobras dos tubos."
"Em seguida, catalogamos as linguagens de design e testamos novamente diferentes tipos de exemplos de dobra ativa. Buscamos encontrar um guia que pudesse se conectar a estudos anteriores, usando geometrias primitivas. Implementamos explorações de polígonos para encontrar formas geométricas que funcionariam como uma estrutura de flexão computacional Além disso, usamos Karamba, Kiwi e Kangaroo (plug-ins do Grasshopper), para testar estruturalmente as geometrias geradas com restrições de material específicas, avaliando o comportamento dos tubos sob certas condições de projeto. "
Embora estes resultados tenham sido altamente positivos, os pesquisadores encontraram alguns problemas estruturais, como a fragilidade e a falta de resistência. “Por esta razão, incorporamos hastes de 4 mm para propor um sistema construtivo que oferece resistência extra. Para unir as barras de reforço aos tubos de PVC, projetamos uma série de juntas de TPU (Poliuretano Termoplástico) flexíveis impressas em 3D. Sua forma depende da quantidade de vergalhões a serem unidos."
O sistema de embalagem consistia em três tipos:
- 1 tubo de PVC de 20 mm – 4 barras de reforço (para pequenas intervenções)
- 4 tubos de PVC de 20 mm – 8 barras de reforço (para intervenções médias)
- 10+ tubos de PVC de 20 mm – 12 barras de reforço (para intervenções de grande escala)
A equipe continuou suas explorações com algoritmos generativos para produzir curvas complexas, incorporando sua análise estrutural para gerar uma geometria adequada para a fabricação, agora apresentando o sistema de embalagem. "Desenvolvemos simulações computacionais e explorações físicas de pulverização de concreto para entender como as geometrias propostas poderiam ficar após a fundição. Para fundir os tubos de forma eficiente, usamos uma pistola de pulverização para cobrir suas telas. Para minimizar o processo de fundição, pulverizamos cola nos tubos e depois no concreto GRC, que aderiu corretamente. Uma série de testes foi realizada para especificar a quantidade de concreto, até 3 camadas para pequenas estruturas de concreto e até 10-12 camadas para estruturas do tipo habitável estrutural autossustentável. Testamos isso em objetos estruturais de pequena escala, como colunas e componentes arquitetônicos, obtendo uma variedade de formas possíveis. Como um exemplo das implicações gerativas deste método, baseamos os seguintes exemplos em formas complexas que são difíceis de alcançar, sem a ajuda de exibições holográficas ", acrescentam.
Implementação do sistema
A equipe usou uma série anterior de desenhos curvos para implementar o sistema, expandindo a possibilidade de uma estrutura habitável. O sistema foi adaptado à geometria proposta, funcionando como uma estrutura autoportante. Para envolver esses espaços habitáveis, "projetamos um método para gerar superfícies em toda a subestrutura, utilizando a orientação poligonal para gerar curvas dentro da estrutura principal. Além disso, uma subestrutura funciona como um suporte que une diferentes cápsulas a um único elemento, alcançando um espaço habitável. em uma escala humana. "
Plataforma de Realidade Aumentada: Aplicativo Hololens
O aplicativo Microsoft Hololens coleta todos os dados apresentados para ajudar o usuário a construir formas complexas de maneira fácil e eficiente. A plataforma de Realidade Aumentada reBENT segue o seguinte esquema:
- Facilidade de uso: Começando com uma tela inicial para escolher entre um projeto novo ou salvo, todas as funções do aplicativo são compactadas em um único menu onde o usuário encontra:
- Vista prévia do projeto a construir.
- Quantidade e especificação dos elementos necessários. Uma seção de construção separada com etapas de fabricação e peças de montagem.
- Menu alternativo de fabricação, onde o usuário pode visualizar os detalhes do modelo e as etapas de construção.
- Revisão dos processos construídos, caso alguma etapa seja perdida.
- Tutorial como plataforma: As diferentes etapas consistem em uma visualização holográfica e um menu interativo para identificar materiais, componentes, tipo de montagem e posicionamento da junta.
- Usando o o aprendizado automático para escanear e adaptar os hologramas ao modelo real. O processo de fabricação manual dar lugar a conexões imprecisas ou elaboração de componentes. Esta característica permite analisar e detectar esses defeitos e propor uma solução estrutural se necessário.
Em seguida, foi implementada a guia poligonal para uma fabricação customizada, onde o usuário tem a oportunidade de construir fundações, suportes e espaços. “Os guias são apresentados como quadrículas para o usuário, onde ele pode continuar criando diferentes composições. Além disso, implementamos soluções generativas para diferentes composições, permitindo ao usuário interagir com diferentes possibilidades de um único modelo, potencializando sistemas que geram outros sistemas, evitando singularidades arquitetônicas com o fim de democratizar os desenhos propostos ”, acrescentam.
Propostas Arquitetônicas
A equipe propôs três composições diferentes. “Em primeiro lugar, um pavilhão que utiliza diferentes componentes da nossa linguagem de design. Como grandes estruturas não podem ser todas vazadas de uma só vez, os componentes também são usados como blocos de concreto. O processo de construção desses espaços não é convencional já que a maioria deles precisa que a estrutura seja construída e moldada de acordo com a composição. E com a ajuda da Realidade Aumentada, os conectores e a estrutura secundária também podem ser concluídos rapidamente. A arquitetura inicial é dividida em várias grandes peças , e é construído e moldado separadamente para uma construção rápida e fácil. No mesmo princípio, as peças serão feitas no solo. Em seguida, a Realidade Aumentada também guiará sua montagem em ordem, direção e ângulo, e as remodelará para melhorar a estabilidade da estrutura.
O projeto do pavilhão consiste em uma estrutura central estável com alas que se estendem em ambos os lados, que é então reforçada com a estrutura "Treliça", para formar um esqueleto completo que sustenta a cobertura com hierarquia, cinco camadas e duas juntas principais utilizadas em o modelo digital. “Por fim, desenhamos uma estrutura de residência habitável com o mesmo sistema, promovendo uma estrutura estável que pode ser construída com recursos econômicos limitados. O projeto é baseado em lajes que conectam o sistema estrutural entre si, criando espaços habitáveis e utilizáveis que se adaptam a qualquer design à sua composição ".
Resultados
O pavilhão e um componente foram testados em um ambiente real, com pessoas do Equador que nunca tinham usado Realidade Aumentada ou outros dispositivos de realidade mista. A fabricação holográfica de ambos os elementos foi um sucesso e eles foram construídos em apenas 2 dias, trabalhando 5 horas em cada um. "O sistema de haste de tubo de PVC requer primeiro a criação de uma guia com um único conjunto de tubos e, em seguida, 'seguindo a forma' com o resto dos elementos. Finalmente, a pulverização de concreto é um processo mais elaborado; após a segunda camada, o concreto adere totalmente à estrutura, permitindo que as camadas restantes se fundam com mais eficácia."
Equipe de Estudantes: Pablo Isaac Jaramillo Pazmino (Ecuador), Xi He (China), Ziqi Song (China)
Tutores: Igor Pantic, Álvaro López
