Отчёт по воркшопу Nature-responsive / Натуральная отзывчивость

Nature-responsive / ManeTitle

Воркшоп Nature-responsive / Натуральная отзывчивость проходил в течение 7 дней с 9 по 15 августа в институте «Стрелка». В нём приняло участие 20 молодых архитекторов из Владимира, Екатеринбурга, Москвы, Нижнего Новгорода, Ростова-на-Дону, Самары, Санкт-Петербурга и Уфы.

Модерировали воркшоп Эдуард Хайман, Роман Хазеев, Максим Малеин и Александра Болдырева. Также в течение воркшопа к нам приходили консультировать Дарья Ковалева, Сергей Неботов и Евгений Ширинян из Paralab.

Ко всему прочему за время воркшопа прошли 3 лекции, цель которых погрузить участников основную проблематику темы:

  1. Лекция «Программируя материальность. Как архитектора может стать живой» где Эдуард Хайман рассказывал о том, почему так важно развивать в архитектуре способы работы с адаптацией на основе свойств изменчивости материалов при изменении внешних условий. И в чем разница между этими способами и активно развиваемых сейчас механизированных и мехатронных трансформаций для адаптации искусственной среды.
  2. Лекция «As smart as material». Даша Ковалёва рассказывала на примере воркшопов конференции Smart Geometry проходившей недалеко от Нью-Йорка, в которой она участвовала о том, как архитекторы пытаются концептуально встроить новые материалы в свой привычный метод проектирования.
  3. Лекция «Цифровое прототипирование». В ней Роман Хазеев говорил о том, как и в каких случаях, виртуальная модель может заменить реальный образец и какие подводные камни встречаются на пути цифрового прототипирования.

Основная тема воркшопа — создание климатической архитектуры на основе термопар — умных листовых композитных материалов: соединений двух слоев с разным тепловым расширением. Этот принцип должен был использован для создания архитектурной кожи реагирующей на изменение температуры окружающей среды.

 

ПРОЛОГ

Существует два способа производить архитектуру, адаптируемую к окружающей среде. Первый способ — механизированный / мехатронный — оснастить тысячу элементов конструкции здания датчиками и сервоприводами, протянуть километры проводов или оборудовать всё беспроводными передатчиками; поставить компьютеры со сложными управляющими программами, которые будут контролировать все системы, и находить необходимый баланс с окружающей средой.

Но есть и второй способ, который как раз и исследовался на этом воркшопе. Он намного менее проработанный и на первый взгляд бесконтрольный, что сильно отличает его от традиционного желания архитектора полностью контролировать создаваемый объект, от чего этот способ требует глубокого осмысления. Это создание структур, которые будут естественно реагировать с окружающей средой через свойства, заложенные в их материалах и конструкциях. Такое программирование поведения структуры не требует механических устройств, приводов и связи с центральным компьютером.

Эти структуры реагируют распределенным образом. Каждый элемент реагирует автономно на изменение его окружения в соответствии с собственными внутренними свойствами. А целостная реакция всей системы складывается из реакции каждого отдельного элемента. Система действует по принципу синергии поля состоящего из гладко изменяющихся элементов. В автономной распределенной реакции заложен потенциал самоорганизации — а значит, мы можем говорить об экономически, энергетически, логистически и производственно эффективном создании адаптивной архитектуры, встроенной в городскую экологическую систему.

 

КАК ЭТО БЫЛО

Чтобы создать адаптируемый к окружающей среде архитектурный объект, основанный на деформации умного материала реагирующего на внешние изменения необходимо одновременно исследовать материальные прототипы и цифровые модели, описывающие работу материала и конструкции.

Такая способ позволяет минимизировать основную проблему таких систем — это проблема масштабируемости. Материальная система работает по-разному в зависимости от того в каком масштабе была произведена. Это связанно с их изменением толщин материала, работы соединений, площади взаимодействия с внешней средой, микро эффекты и т.п. Таким образом, единственный способ точно понять то, как работает конечная материальная система это полностью воссоздавать её в натуральном масштабе и точном технологическом исполнение. Что не эффективно по затратам ресурсов и времени.

Цифровые средств анализа и параметрического моделирования позволяют прототипировать и тестировать модели элементов и целого объекта. Это позволяет снизить издержки, при этом основываясь на натуральных экспериментах приблизить работу цифровой модели к работе реального объекта.

На схеме изображено то, как возможно выстраивать схему взаимодействия окружающей среды и архитектурного объекта. Здесь архитектор оперирует уже даже не данными, но энергией (тепла, влажности, электростатики и т.п.). Энергия фиксируется через эмпирический опыт и цифровые математические модели. Микроизменения элементов дают макрорезультат и изменения свойств целой системы.

workshop-structure-03

С помощью средств параметрического моделирования, основываясь на физических экспериментах и математических моделях, мы можем спрогнозировать и смоделировать поведение отдельных элементов и всей структуры.

На воркшопе были созданы само-адаптируемые климатические структуры на основе термопар. Основным сочетанием материалов для образования термопары служили танталовая и алюминиевая фольга. В тоже время в процессе воркшопа были испытаны и другие сочетания с молибден и медью, а в проекте Solar Path использовалась сочетание листа акрила и фольги алюминия. Главный принцип работы термопары заключается в том, что материалы имеют разное тепловое расширение и при нагреве один слой расширяется быстрее другого, вследствие чего лист материала изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения. Есть и второй способ, когда участвует один материал с относительно высоким коэффициентом расширения. Если его концы неподвижно зафиксированы, то при нагреве лист, не помещаясь в изначальном отрезке, вследствие чего начинает выгибаться в сторону первичного небольшого смещения.

bi-metal form change

Программа воркшопа условно делилась на 3 этапа.

workshop-structure-01

  1. Вводная часть, в которой все участники экспериментировали с биметаллами. Роман Хазеев отвечающий за инженерную поддержку воркшопа показал участникам основной принцип работы биметаллов и технологию того как производить собственный биметалл. После чего участники склеивали биметаллические пластины с собственными узорами сочетаний и нарезки, представляя то, каким образом должны были деформироваться пластины при нагреве. Затем после прессования пластины нагревались, и участники смотрели и анализировали то, как совпадает эксперимент с их гипотезой.
  2. На следующем этапе участники делились на три группы, внутри которых выделялись те, кто будут работать с физической моделью элемента и его цифровым прототипом; и те, кто будут работать с конечным архитектурным объектом и его параметрической моделью.
  3. Третий заключительный этап должен был стать соединением всех экспериментов и проектных гипотез в один целостный проект.

 

Необходимость работать в масштабе всего объекта и его составных элементов и постоянного поступательного обмена информацией между частями проекта и этапами концепции, моделирования и тестирования делает необходимость по-новому выстраивать рабочий процесс. На воркшопе это решалось при помощи сочетания общего морфогенетического подхода, параметрического моделирования в Grasshopper и симуляции и анализу физических взаимодействий в Ansys.

workshop-structure-02

Процесс воркшопа

 

ЧТО ПОЛУЧИЛОСЬ

На выходе получилось три проекта адаптируемых оболочек, каждый из которых обозначает собственный путь работы с адаптивной морфологией.

Презентация финальных проектов

Группа 1/ Expandable Surface

Авторы: Надежда Бобылева, Лида Егорова, Мария Гельфанд, Артём Гильманов, Антон Клюкин, Анна Норина, Павел Платонов.

В проекте Expandable Surface исследовалось то, как просечная поверхность из биметалла может выходить в объём. Протяженная поверхность здания из плоского фасада вытягивается по нормали и раскрывает поры под действием нагрева от солнца. При этом меняя паттерн насечек можно создавать разную степень раскрытия фасада. При этом паттерн может образовываться из произвольного изображения или быть отпечатком теневой карты окружающей среды, затеняющий фасад в течение суток.

Группа 2 / Solar Path

Авторы: Тимур Арсланов, Алик Сумин, Елена Чиридник, Елена Горбунова, Варвара Лебедева, Александра Соловьёва.

Solar Path – это сумма наложение двух материальных систем образующих единый объект: жёсткого треангулированного каркаса образующего поверхность, обращенную к солнцу и адаптируемых под нагревом солнца бутонов состоящих из лепестков с основой из термопары. Геометрически каркас сформирован по принципу сетки Делоне, на который взаимооднозначно накладывается диаграммой вороного, по которой строятся лепестки «бутонов». При движении солнца бутоны, направленные к солнцу раскрываются, и оболочка формирует динамическую тень, укрывающую людей от прямых солнечных лучей.

Группа 3 / Natural Shift

Авторы: Алексей Мельников, Алексей Арушанян, Алексей Королев, Елена Фадеева, Мария Яблонина, Ирина Громыко, Ольга Субботина.

Оболочка в Natural Shift — это две вложенные друг в друга поверхности, созданные через рассечения сплошной поверхности мозаичным узором на основе треугольников. Таким образом, получается дышащая мембрана переменной толщины зависящей от нагрева. Первая поверхность имеет треугольные биметаллические пластины, которые сдвигают вверх прикрепленные к ним на шарнире ромбовидные пластины образующие вторую поверхность. Группа провела исследования, в результате чего выявила высокую подъёмную силу при изгибе треугольных пластин, что позволяет поднимать ромбовидные пластины. Не задокументированной в презентации стала гипотетическая возможность рассекать ромбы и получать вложенные фрактальные структуры образующие вкладываемые друг в друга поверхности.

 

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Важно глубокого исследования материальность, её возможности самоорганизации и адаптации как основа для создания более экономичной и экологичной среды. Это среда может быть создана только как сумма знаний, теорий и технологий разных дисциплин. Этот воркшоп это попытка найти способы более натурального обращения с натуральной средой через материальный эксперимент с изменчивым материалом. Мы надеемся, что полученные информация станет основой для последующих опытов в других масштабах и другими материальными системами.

Мы очень признательны Алексею Мельникову из группы Хитека, который обеспечил нас видео с лекций и воркшопа.

Спонсор воркшопа Alt-Space

Запись опубликована в рубрике Воркшоп, Стрелка 2012. Добавьте в закладки постоянную ссылку.
  • http://profiles.google.com/casyfill Филипп Кац

    Схемы очень крутые!