Pabellon ICD-ITKE 2012. Achim Menges

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© Roland Halbe

En noviembre de 2012 el Instituto de Diseño Computacional (ICD) y el Instituto de Estructuras de la Edificación y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart han completado un pabellón con un proceso constructivo totalmente robotizado, y a partir de materiales compuestos de fibra de carbono y vidrio. Este proyecto interdisciplinar, realizado por investigadores de ingeniería y arquitectura de ambos institutos junto con los estudiantes de la facultad y en colaboración con biólogos de la Universidad de Tübingen, investiga la posible interrelación entre las estrategias de diseño biomimético y los nuevos procesos de producción robotizada. La investigación se centró en los principios materiales y morfológicos de los exoesqueletos de los artrópodos “como fuente de la exploración de un nuevo paradigma de construcción a través de la arquitectura”.

El núcleo del proyecto es el desarrollo de un proceso de fabricación robótica innovadora en el contexto de la industria de la construcción a partir de materiales formados por  filamentos de fibras de carbono y vidrio y herramientas relacionadas con el diseño y los métodos computacionales de simulación. Un aspecto clave del proyecto fue transferir la morfología fibrosa del modelo biológico para crear composites con fibra de materiales. La anisotropía, que se integró desde el principio en el diseño computerizado y los procesos de simulación,  conduce a nuevas posibilidades tectónicas en arquitectura. La integración de los métodos de generación, las simulaciones computacionales y de fabricación robótica, permiten el desarrollo de una estructura de alto rendimiento: el pabellón sólo requiere un grosor de la cáscara de cuatro milímetros, mientras que cubre una luz de  ocho metros.

MODELO BIOLÓGICO

Una amplia gama de subtipos diferentes de invertebrados fueron investigados inicialmente en lo que respecta a su anisotropía material y morfología funcional. Los principios biológicos observados se analizaron y resumieron para ser posteriormente transferidos a los principios de diseño viables para aplicaciones arquitectónicas. El exoesqueleto de la langosta (Homarus americanus) fue analizada con mayor detalle para su diferenciación material, que finalmente sirvió como modelo biológico del proyecto.
El exoesqueleto de la langosta (la cutícula) se compone de una parte blanda, el endocutícula, y una capa relativamente dura, la exocutícula. La cutícula es producto de una secreción en el que las fibrillas de quitina están incrustadas dentro de una matriz de proteína. La diferenciación específica de la posición y la orientación de las fibras y las propiedades relacionadas con el material debe responder a los requisitos locales específicos. Las fibras de quitina se incorporan en la matriz mediante la formación de capas individuales unidireccionales. En las áreas donde se requiere una transferencia de carga no direccional, tales capas individuales son laminadas y unidas en una disposición helicoidal. La fibra isotrópica estructural resultante permite una distribución uniforme de la carga en todas las direcciones. Por otra parte, las zonas que están sujetas a distribuciones de esfuerzos direccionales presentan una estructura de capa unidireccional, que muestra un conjunto de fibra anisótropa que está optimizado para una transferencia de carga dirigida. Debido a esta diferenciación material local, se crea una estructura altamente adaptada y eficiente. La abstracción de principios morfológicos de orientación, adaptados localmente  a las fibras, constituyen la base para el diseño de métodos de  generación computacional de materiales y procesos de fabricación del pabellón.

Fuente : Achim Menges

ICD-ITKE Research Pavilion 2012: Production Start from ICD on Vimeo.

ICD-ITKE Research Pavilion 2012: Dry Run from ICD on Vimeo.

ICD-ITKE Research Pavilion 2012: Prototyping from ICD on Vimeo.

Fotografías del proceso. © ICD-ITKE

Fotografías. © Roland Halbe

 

ICD Institute for Computational Design – Prof. Achim Menges
ITKE Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Jan Knippers