MASLAB // LABORATORIO DE SISTEMAS MATERIALES //
Introducción // Programa // Taller de Diseño_ Performative Proliferations_Form Finding_Reactive Systems // Taller Formación Instrumental_Diseño Paramétrico // Seminario Tecnologías Materiales_ Big Fabrication_Manufacturing Diversity, Bio mimética_Emergence in Natural Systems // Proyecto Final //
Fernando Rial Ponce Master de Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA) ELISAVA Escola Superior de Disseny
1 1
2
MASLAB // LABORATORIO DE SISTEMAS MATERIALES //
3
4
MASLAB // LABORATORIO DE SISTEMAS MATERIALES //
Fernando Rial Ponce
Master de Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA) Escuela Superior de Diseño Elisava, Barcelona
1º edición ADDA Octubre 2009 - Julio 2010 5
6
INDICE
Introducción // 8 Programa // 10 Taller de Diseño_ Performative Proliferations Case Study 12, 68_Form Finding 24_ Reactive Systems 54 // Seminario Tecnologías Materiales_ Biomimética_Emergence in Natural Systems 38_Big Fabrication_Manufacturing Diversity 46 // Proyecto Final_68//
7
La primera edición del Master de Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA, en sus siglas en inglés), cursado en la Escuela Superior de Diseño ELISAVA, bajo la dirección de Jordi Truco, consta de 60 creditos ECTS y se estructura en dos postgrados. El primero de ellos cursado de octubre de 2009 a Marzo de 2010, consiste en el Laboratorio de Sistemas Materiales (MASLAB), del cúal este primer tomo recoge un resumen del trabajo desarrollado. El segundo postgrado cursado de marzo de 2010 a julio de 2010, consiste en el Laboratio de Arquitectura Digital (CODELAB), que versa sobra la generación de arquitectura computacional y que se recoge en el tomo segundo de este libro. Todos los trabajos desarrollados en el MASLAB, a excepción del ensayo sobre sistemas emergentes, han sido desarrollados en colaboración con Manuel Lópes, arquitecto. El título de Master lo expide conjuntamente la Universitat Pompeu Fabra (UPF) y ELISAVA Escola Superior de Disseny. Presentación // En un mercado exigente y en evolución constante podemos ver que en disciplinas como la ingeniería se utilizan nuevas tecnologías de producción y se explora para crear materiales de última generación, como los composites, que abren nuevas posibilidades de uso y de comportamiento. Observación e investigación // En el Diploma de Postgrado en Laboratorio de Diseño de Sistemas Materiales el objetivo ha consisitido en explorar cómo los organismos biológicos consiguen estructuras emergentes complejas a partir de componentes simples. Las estructuras naturales se han analizado y entendido como jerarquías de componentes muy sencillos (desde lo más pequeño a lo más grande). Las propiedades surgidas de forma emergente son algo más que la suma de las partes. Diseño // Mediante talleres hemos trabajado con la materia aplicando diferentes técnicas de form finding, como folding, weaving u otras. Esta nueva mirada sobre la creación de la forma a través del conocimiento de la materia, complementada con el uso de softwares paramétricos, nos ha permitido producir diseños totalmente innovadores en materia, forma y comportamiento. Hemos centrado nuestro interés en explorar el diseño de componentes arquitectónico-industriales, su producción y su prototipado. Aprendiendo cómo el límite entre lo natural y lo artificial (o producido por el ser humano) se ha reconsiderado desde la perspectiva de la ingeniería biomimética. Por este motivo, se ha contado con un profesorado internacional experto en el tema y que ha hecho relevantes aportaciones en este campo en las disciplinas del diseño, la ingeniería y la arquitectura contemporánea. 8
INTRODUCCIÓN
Objetivos // Los objetivos principales del programa han sido: - Dotar al alumno de un perfil profesional competitivo e innovador que integre los últimos criterios, tendencias e instrumentos de proyecto. - Proporcionar los fundamentos teóricos que permitan hablar de estrategias de diseño contemporáneas, introduciéndonos en la lógica de los sistemas emergentes, las teorías de la genética y los nuevos paradigmas del entorno digital. - Profundizar en el estudio de sistemas y software paramétricos, con los que desarrollaremos nuevos procesos creativos, de análisis y control. - Introducir a los estudiantes en los factores que han hecho posible la evolución hacia los nuevos materiales, que desempeñan un papel fundamental en la formalización futura de nuestro entorno construido. - Fomentar la investigación y la exploración en el proceso del proyecto para que produzca nuevos resultados proyectuales y, por tanto, se abran nuevas líneas de pensamiento o reflexión.
9
ESTRUCTURA El Diploma de Postgrado Laboratorio de Diseño de Sistemas Materiales se estructura a partir de los bloques temáticos siguientes: • Teoría de sistemas emergentes (seminario teórico) En este seminario nos centraremos en los sistemas emergentes, concepto importante en las ciencias materiales, la ingeniería biomimética, la inteligencia artificial, la teoría de información, las disciplinas de la economía y en los estudios climáticos. Emergencia es lo que ocurre cuando un sistema de elementos relativamente simples se organiza espontáneamente y sin leyes hasta dar lugar a un comportamiento inteligente; sistemas tan dispares como las colonias de hormigas, los cerebros humanos o las ciudades siguen las reglas de la emergencia. En todos ellos, los agentes de un nivel inferior adoptan comportamientos propios de un nivel superior: las hormigas crean colonias, mientras que los urbanistas hacen vecindarios. El contenido del seminario se complementará con varias conferencias. • Tecnologías materiales (seminario teórico) El objetivo del taller/seminario consiste en explorar cómo los organismos biológicos logran estructuras emergentes complejas a partir de simples componentes. Las estructuras naturales se analizan y se entienden como jerarquías de componentes muy sencillos (desde lo más pequeño a lo más grande). Las propiedades que surgen de forma emergente son algo más que la suma de las partes. Asimismo, centraremos nuestro interés en explorar el diseño de componentes arquitectónico-industriales, su producción y su prototipado. Se enseñará cómo el límite entre lo natural y lo artificial (o producido por el ser humano) se ha reconsiderado desde la perspectiva de la ingeniería biomimética. Taller 01: Integral Envelopes (Design from Natural Systems) • Diseño de sistemas materiales (estudio de diseño) En este estudio introduciremos al estudiante a las técnicas de “búsqueda de la forma” o form finding. Se deberá modelar y trabajar con materiales para crear geometrías, objetos y espacios a partir de su manipulación y modelado. El trabajo empieza con investigaciones físicas en las lógicas de componentes materiales sencillos. A cada estudiante se le pide que escoja un sistema material básico para explorar y definir el componente de sistema con parámetros geométricos y físicos. La torsión, la elasticidad y las variaciones de la geometría se utilizarán para crear formas complejas. Taller 02: Form Finding • Diseño paramétrico (taller de formación instrumental) El taller instrumental se centrará en el aprendizaje de software paramétrico, una herramienta fundamental de trabajo para el estudio de diseño del curso y para el proyecto de tesis. Un parámetro es una variable con la que se relacionan otras variables, y estas otras variables se pueden obtener mediante ecuaciones paramétricas. De esta manera, se pueden realizar modificaciones en el diseño rápidamente y sin redibujar. Las modificaciones paramétricas se pueden ejecutar mediante una hoja de cálculo, un script o cambiando manualmente el texto de dimensión en un modelo digital. 10
PROGRAMA
Debido a que las herramientas tradicionales de CAD se basan en objetos geométricos, un cambio en el diseño requiere cambiar todos los componentes necesarios para reajustar el dibujo. Los softwares CAD/CAM/CAU utilizan una función llamada “paramétrica”, un método para conectar dimensiones y variables a la geometría de tal manera que cuando los valores cambian, la parte también cambia. Taller 03: Top Solid (Software Parametric) • Proyecto de tesis En esta parte del curso se espera que los estudiantes desarrollen un proyecto de diseño que incluya un alto grado de investigación. El objetivo del proyecto es intentar crear y diseñar un sistema material multifunción que integre varias prestaciones. La práctica de la arquitectura normalmente tiende a diferenciar y separar los sistemas y subsistemas microfuncionales en órdenes jerárquicas como un sistema estructural primario, una piel como sistema secundario, un umbral climático, un sistema terciario como filtro de luz, etc. Nosotros nos centraremos en desarrollar sistemas materiales, que son estructura y piel al mismo tiempo. Las capacidades estructurales y la porosidad se utilizarán como propiedades potenciales para el objetivo final y para definir sus funciones y usos. Cuando conozcamos las virtudes de las propiedades del sistema creado diseñaremos un objeto, un componente o un edificio con cualidades materiales, estructurales, textura, forma y comportamiento totalmente innovadores. Todo el material desarrollado durante el curso será fundamental para el proyecto final. Taller 04: Performative Proliferations Dirección // Jordi Truco_Arquitecto por la ETSAB. Distinción en MArch Emergent Technologies and Design en la Architectural Association of London. Exprofesor de Digital Fabrication y exsubdirector del Máster en Arquitectura Biodigital en la Escuela de Arquitectura de la UIC. Profesor en ELISAVA y en el Advanced Design Studio de la Pratt School of Architecture de Nueva York. Profesorado // Francesc Arbós_Ingeniero industrial. Director general y director técnico de Bellapart. Guillem Baraut_Ingeniero por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). Máster en Emergent Technologies and Design por la Architectural Association_Profesor de estructuras en ESARQ-UIC. Daniel Coll_Arquitecto. Licenciado por la Architectural Association. Socio de OCEAN NORTH. Profesor del Máster en Emergent Technologies and Design en la Architectural Association. Sylvia Felipe_Arquitecta licenciada por la ETSAB. Máster en Emergent Technologies and Design por la Architectural Association. Socia fundadora de HYBRIDa. Dr. George Geronimides_Ingeniero mecánico. Profesor y director del Centro de Biomomética de la Universidad de Reading (Reino Unido). Ignasi Pérez Arnal_Fundador de la agencia de arquitectura AxE Arquitectura y Entorno. Dirige el Área de Sostenibilidad de la EsArq_ UIC y Senior Visiting Professor de la Facoltà di Architettura di Alghero. Jefe de estudios de Ingeniería de Edificación de ELISAVA. Dr. Javier Peña_ Profesor y jefe del Área de Ciencia y Tecnología de ELISAVA. Profesor de la Universitat Politècnica de Catalunya. Anna Pla_Arquitecta y diseñadora licenciada por ELISAVA y por la Arquitectural Association. Licenciatura superior en GSAPP (Universidad de Columbia). Profesora de Advanced Design Studio en Upenn. Profesora de Advanced Design Studio en IaaC. Marco Verde_Ingeniero de edificación por la Universidad de Cagliari. Experto en diseño de nuevos softwares y nuevas tecnologías. Exprofesor en el Máster en Arquitectura Biodigital en la Escuela de Arquitectura de la UIC. Profesor en TUDelft (Holanda. Mike Weimstock_Arquitecto y jefe de estudios de la Architectural Association (Reino Unido). Director emergente de Technologies and Design Architectural Association. Director de Technical Studies AA. Miembro del grupo de investigación de emergencia y diseño. 11
Durante las dos primeras semanas, para entrar en conocimiento de las sistemas arquitectónicos que pueden interesar o ilustrar el curso, se realizaron estudios de un caso de un edificio de relevante interés formal o estructural, profundizando en la lógica de su proceso de generación, formalización, manufactura o fabricación y posterior ejecución, así como su eficiencia estructural, energética, ligereza, ahorro de material, etc. El trabajo se completó con el estudio del historial del arquitecto que lo realizó, y su relación con el mundo de la arquitectura. En nuestro caso el caso elegido fue el Olimpic Stadium Munich, de Frei Otto y Gunter Benisch, con el objeto de estudiar las superficies mínimas.
El estudio de las superficies tensadas y superficies mínimas a través del worshop de Form Finding, se encuentra precedido por el estudio y análisis de obras arquitectónicas siginificativas generadas dentro de estos procedimientos. El caso de Frei Otto, y concretamente el Estadio Olímpiciode Munich, representan un excecelente ejemplo de generación de estructuras arquitectónicas mediantes superficies mínimas. En este capítulo se analizará esta pieza arquitectónica.
12
TALLER DE DISEﾃ前
PERFORMATIVE PROLIFERATIONS // CASE STUDY_OLYMPIC STADIUM_MUNICH // FREI OTTO //
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Jordi Truco 15/10/2009 - 22/10/2009
13
1_INTRODUCCIÓN_CONTEXTO Y BIOGRAFÍA // 1.1_ Contexto // Con motivo de los Juegos Olimpicos de 1972, los llamados a ser “Los Juegos Felices” ( “Die Spiele Heiteren”), el presidente del Comité Olímpico de Alemania Oeste, Willi Daume, permitió la participación de arquitectos para presentar al mundo una imagen totalmente distinta a la de los nazis en Berlín 1936. Behnisch diseñó el edificio que representaba el concepto de los Juegos Olímpicos, como un festival de competiciones entre musas del deporte. También se presentaron arquitectos como Frei Otto, con su estructura de membrana, Gunter Grzimek y Oti Aicher, un diseñador gráfico. El lugar seleccionado para las Olimpiadas fue Munich, y no fue trabajo de una sola persona, sino el ejemplo de un trabajo en grupo.
A partir de ese momento se pusieron a trabajar cada uno en sus proyectos. Behnisch se encargó de construir una torre de televisión de 290 metros de altura y un parque atravesado por el canal de Nymphenburg, formando un pequeño lago en el medio. La obra más importante fue la de Frei Otto, con la tela suspendida sobre 12 pilares de acero; esta especie de tienda de campaña transparente sobre sus tres estructuras, se convirtió en uno de los centros más emblemáticos de la ciudad. La tela de esta estructura disponía de unos sistemas en la recepción principal para mantener la temperatura en el interior, evitando las fluctuaciones de temperatura del exterior, además de absorber el posible viento. Hubo un tiempo en el que se convirtió en un símbolo de la arquitectura y de la nueva Alemania, moderna y democrática pero, a medida que pasaba el tiempo, se construyeron edificios que lo superaron con creces. La estructura del Estadio Olímpico de Munich, diseñada por Frei Otto y Behnisch, evoca plásticamente la historia nómada de los Juegos Olímpicos. Además los arquitectos consiguieron insertar el conjunto dentro del paisaje. Para sostener la estructura se necesitaron grandes tubos de acero. Y aunque se resolvieron grandes problemas técnicos, no se pudo obtener el completo aislamiento térmico. El sistema de cubrimiento estaba formado por una serie de cables que abarcaban la superficie del campo, permitían tapar hasta medio estadio manteniendo bien tensa una tela plástica transparente, unido a una estructura primaria muy resistente. Este techo estaba formado por cables que variaban entre 440 metros de largo y los 65 metros, que cubrían 34.000 metros cuadrados, y mantenían sostenida en el aire una tela; y todo esto unido a los anclajes laterales de mástiles tubulares de acero. Todas las instalaciones se construyeron sobre una colina formada con escombros amontonados por los bombardeos de la 2ª Guerra Mundial. Este proyecto fue desarrollado únicamente por Frei Otto. Mientras que el desarrollaba como iba configurar la disposición a aplicar y traducir las pruebas realizadas a este proyecto tan revolucionario, ya que fue el primer estadio cubierto del mundo.
“Soy cien por cien arquitecto, sin embargo intento entender el trabajo de un ingeniero, cosa que todo arquitecto debería practicar” 14
1.2_Biografía // Frei Paul Otto (Siegmar, 1925) Arquitecto e ingeniero alemán. Tras abandonar la escuela en 1943, se alistó en las fuerzas aéreas alemanas y participó en la Segunda Guerra Mundial. Fue capturado por los Aliados en Chartres (Francia), donde permaneció dos años en trabajos de reparación y construcción de edificios. Al concluir la guerra, ingresó en la Universidad Tecnológica de Berlín y posteriormente, entre los años 1950 y 1951realizó un viaje por los Estados Unidos que le llevó a aumentar sus conocimientos y realizar sus estructuras en los años siguientes. Toda su obra se centra en la consecución de estructuras ligeras, las cuales, al igual que la naturaleza, rebajan el empleo de material y permiten la consecución de una obra más diáfana. Así, mediante las membranas tensadas por cables, lograba una estructura capaz de cubrir grandes distancias, con la única ayuda de unos postes que arriostraban las cargas, y que por su colocación, permitían obtener espacios abiertos y de grandes dimensiones. Estas características son las que marcan la carrera de Otto y quedan patentes en sus dos obras más conocidas: El Pabellón de Alemania Occidental para la Exposición Mundial de 1967, celebrada en Montreal, y la cubierta del Estadio Olímpico del Parque Olímpico de Munich, realizada en 1972. En ambas obras se aprecia su interés por las superficies ligeras, la construcción con membranas y la carga llevada a gigantescos postes que como mástiles sujetan toda la malla que conforma una superficie continua y alabeada debido a las deformaciones que implican la situación de los postes y la colocación de los cables. Su arquitectura es como una gran red extendida sobre unos pocos puntos de apoyo y una construcción que entrelaza sus conocimientos como arquitecto con sus conocimientos como ingeniero. A Otto se le relaciona con la Bauhaus y el Estilo Internacional por su gran consideración de la función y las estructuras minimalistas, así como con la generación de arquitectos que surgieron en la postguerra por su estudio de la naturaleza y su aplicación de la ingeniería y tecnología en sus obras arquitectónicas. En 1970 se retiró del ejercicio de la profesión y actualmente sólo coopera con algunos profesionales de modo excepcional.
PERFORMATIVE PROLIFERATION_CASE STUDY 15
2_CONCEPTO ESTRUCTURAL // En matemáticas, una superficie mínima es una superficie con un curvatura media 2.1_SUPERFICIES MINIMAS_ de cero. Estos incluyen, pero no están limitadas a, las superficies de la zona sujeta a DEFINICION // diversas limitaciones mínimas. Los modelos físicos de la zona de minimización de superficies mínimas se pueden realizar mediante la inmersión de un marco de alambre en una solución de jabón, formando una película de jabón, que es una superficie mínima cuyo límite es el armazón de alambre. Dada una superficie incrustada, o generalmente una superficie inmersa (que puede tener un límite fijo, posiblemente en el infinito), se puede definir su curvatura media, y una superficie mínima es aquella para la que la curvatura media se desvanece. El término “superficie mínima” se debe a que estas superficies originalmente surgiron como las superficies que minimiza la superficie, con algunas restricciones, tales como el volumen total de cerrado o un límite especificado. Superficies mínimas son los puntos críticos para la el flujo de curvatura media: estos son caracterizados como las superficies con curvatura media de fuga.
Superficie minima. Soap film.
Superficie minima. Helicoide.
Superficie minima. Aplicacion, anillo de moebius 16
2.2 SUPERFICIES Las superficies mínimas tienen propiedades especiales debido a que se utilizan MINIMAS_ DE- como modelos en varios campos diferentes. Es evidente que la propiedades de área mínima fueron las que usaron se en arquitectura para investigar sobre estructuras SARROLLO // de cubiertas ligeras, “form finding” en cubiertas, redes y espacios abiertos como los “halls” de edificios, lo cual lugar a una nueva tendencia en la arquitectura. Entre los más ejemplos más significativos de edificios construidos con este tipo de superficies se encuentran las cubiertas del Estadio Olímpico de Múnich y del antiguo Kongresshalle en Berlín. A pesar de su inmensa extensión estas cubiertas no se comprimen, sino que estimulan la imaginación con sus formas de alas y su ligereza. Si se hace caso omiso de la gravedad entonces estas cubiertas tienen la forma de películas de jabón gigantes, que se extienden sobre un límite, el cual se fija en puntos concretos. Ninguna otra cubierta se podría construir con formas similares, sino aquellas en las que se utilizasen superficies más pequeñas, y por lo tanto la cantidad de material, y con ella el peso de la cubierta, se reducirían al mínimo. Al mismo tiempo, la tensión superficial equilibrada estabiliza la construcción en su conjunto, ya que la tensiones superficiales se encuentran en equilibrio en cada punto de la, como en una película de jabón. Como ejemplo, si una estructura de alambre se introduce en una cubeta con agua y jabon y después se saca con cuidado se obtiene una fina película de jabón, una gran pompa con una particularidad: no existe otra superficie que tenga un área menor para la estructura dada. Dos son las características de estas superficies mínimas que las hacen ideales para la construcción de cubiertas arquitectónicas: en primer lugar, es evidente que al ser la superficie mínima también lo es su peso, lo que permite desarrollos de gran ligereza. En segundo lugar, la tensión superficial en estas formas está completamente equilibrada (como ocurre en las pompas de jabón), lo que dota a las construcciones de gran estabilidad.
PERFORMATIVE PROLIFERATION_CASE STUDY 17
La cubierta del Estadio Olímpico de Munich, que cubre y unifica el estadio, las pistas y las piscinas, fue un hito en la utilización de estas técnicas por la enorme escala a la que se aplicaron y por el uso de procedimientos matemáticos informatizados en la determinación de su forma y comportamiento. Pero no son las cuestiones técnicas lo primero que llama la atención sobre estas estructuras: ante ellas uno cree encontrarse ante algo “natural”. Alejadas de las rígidas pautas ortogonales de la arquitectura del moviemiento moderno, las superficies mínimas presentan formas orgánicas de una elegancia extraordinaria. Es la elegancia que el ojo descubre en lo que, lejos de imponerse al medio, se adapta a él. En edificios como el estadio Olímpico de Munich, la envolvente de la cubierta es una superficie de curvatura anticlástica* de doble curvatura: dos curvaturas opuestas existen en cada lugar. La superficie está formada por dos conjuntos de cables, uno en cada una de las direcciones componente de curvatura, una cualidad que permite a los cables estar pretensados unos contra otros. Las direcciones opuestas de las curvaturas dan capacidad a la estructura de tolerar la reversión de las cargas (carga necesaria para resistir el viento sin grave distorsión en la forma) y el pretensado permite la minimización del movimiento que se produce en variaciones en la carga (necesario para evitar daños en el revestimiento del techo ). *Curvatura anticlástica: es aquella en la que el centro de curvatura de la superficie es opuesto al descrito por la membrana ó de una superficie sinclastica en la que el centro de curvatura de la superficie es el mismo que el descrito por la membrana
18
3_APLICACION 1. Cubierta de red de cables DEL CONCEPTO 2. La geometría de dos capas de redes de cables con igual distancia entre nodos y juntas giratorias siguen desde el equilibrio bajo el pretensado // 3. El patrón de corte se define por el número de mallas de igual longitud más las diferentes medidas finales entre los últimos nodos y los cables de borde, reducidos por elongación debido al pretensado. 4. Malla de dos direcciones plana 5. Malla de dos direcciones curvada 6. Esquema de tensiones 7. Esquema de conjunto de cubierta de redes de cables 1 //
3 //
2 //
4 //
6 //
5 //
7 //
PERFORMATIVE PROLIFERATION_CASE STUDY 19
4_PROCESO DE MONTAJE //
1. Estructura primaria. Ensamblaje de mástiles, tensores de viento y suspensión 2. El cable con redes de malla cuadrada, precedido por nodos giratorios, y los cables de borde se instalan en el suelo plano. Se levantan hasta su posición. 3.Colocación de la cubierta en la posición final mediante el cambio de ángulos y el pretensado.
1 //
2 //
3 //
5_RESULTADO // La cubierta del estadio principal y de los pabellones cubiertos para los Juegos Olímpicos de Munich en 1972, dio cuenta de dimensiones totalmente nuevas para este tipo de estructuras, y condujo a procedimientos pioneros en el cálculo matemático en procedimientos informáticos para determinar su forma y comportamiento. “
Los diversas cubiertas construidas en Munich fueron la culminación de muchos años de experiencia de Otto. Ejemplos anteriores habían indicado la posibilidad de estas estructuras de duración temporal, pero la carga económica resultaba demasiado grande. Sin embargo el cambio de escala que supuso el estadio de Munich fue tremendo, ya que suponía la elevación y unión de varias cubiertas con formas ameboides: las principales áreas cubiertas incluyen el estadio principal, vinculados a la zona de baño, todos completamente cubiertos. El revestimiento de la cubierta del estadio principal consistió en un poliéster recubierto de PVC, suspendidas en anclajes independientes de la red de cable. Los mastiles de soporte mantienen la tensión de los cables, proporcionando así el apoyo necesario para colgar las cubiertas.
20
Dos capas independientes_Cubierta independientes_ de red de cables_Cubrici贸n de la cubierta
PERFORMATIVE PROLIFERATION_CASE STUDY 21
22
PERFORMATIVE PROLIFERATION_CASE STUDY 23
El taller de Form Finding, dirigido por Marco Verde, explora, mediante la busqueda formal experimental nuevas geometrías basadas en las tensiones superficiales de los materiales. Dentro de las múltiples variables de busqueda de formas, se llevó a cabo una investigación formal en la rama de las superficies mínimas. A través de una serie de experimentos estructurales/formales se generan diferentes geometrías con el objetivo de entender el comportamiento del material y comparar sus reacciones cuando se encuentra sometido a esfuerzos cambiantes. El resultado arroja una variedad formal no producible mediante el pensamiento lineal sino mediante la investigación formal, de manera que los materiales se llevan a su límite elástico, y es aquí cuando las geometrías y las estructuras convergen en un sólo elemento.
24
TALLER DE DISEﾃ前
FORM FINDING //
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Marco Verde 22/10/2009 - 03/11/2009
25
SUPERFICIES MÍNIMAS //
El concepto de superficie mínima puede definirse según dos disciplinas: Las matemáticas que nos dice que una superficie es una complejidad bidimensional, es decir, una forma topológica que es espacialmente “parecido” al plano cartesiano. Las superficies mínimas son de gran utilidad para una variedad de multidisciplinar para la innovación de estructuras con renovación en el diseño de formas, que son orgánicamente simples y ligeras. En física, una superficie es una región “delgada” del espacio o interface que separa dos fases de propiedades diferentes. Están relacionadas directamente con las superficies regladas, lo que se hace es que se cambia el grado de inclinación de una recta, que se mueve encima de una curva y la resultante deriva en estructuras simples, además de que son muy ligeras, por ello se puede aplicar su uso en la arquitectura. Ejemplos de este tipo de superficie son:
26
1 //Catemiode
2 //Superficie de Scherk
3 //Helicoide
4 //Supreficie de Eppner
El giroide Schoen, de 24 células exteriores y 600 interiores, es una una superficie mínima triplemente periódica que las recorta el espacio tridimensional en dos partes
Estadio Olimpico de Munich // Frei Otto_Gunter Behnisch //1972
FORM FINDING 27
EX_01.01 //
A partir de un mismo fragmento de material repetido se variarรกn sus puntos de anclaje sucesivamente hasta alcanzar su punto de ruptura. Objetivo: estudiar de manera mรกs detallada el comportamiento del material y su relaciรณn con los esfuerzos a los que se encuentra sometido. Material: Pieza de Lycra de elasticidad constante. 30cm x 40cm. BenchMark: DM 45cm x 45cm x 45cm/ e: 10mm 1 //
28
2 //
3 //
ESQUEMA DE VARIACIÓN //
4 //
1 //
5 //
2 //
3 //
4 //
6 //
5 //
6 //
7 //
7 //
FORM FINDING 29
EX_01.02 //
A partir de una geometría fija, tomada del experimento anterior, se variarán sus características internas y sus condiciones de borde utilizando la aplicación Membrane del software Rhinoceros. Objeto: estudiar de manera más detallada el comportamiento del material y su relación con los esfuerzos a los que se encuentra sometido. Desarrollar conocimientos básicos del funcionamiento del RhinoMembrane.
GEOMETRÍA BASE //
Warp y weft son los términos utilizados en referencia a los textiles, especialmente aquellos que se tejen. En el sentido literal, warp y weft son las condiciones técnicas de los dos tipos de hilo utilizado para crear un producto terminado de tejido. Warp es el núcleo largo tenso de un tejido, mientras que weft se teje entre los hilos de la urdimbre para crear varios patrones. Algunas personas también llaman a la weft hilo de “llenado”, ya que se rellena en el diseño. Las fibras de warp, las fibras que son originalmente rectas (equivalentes a las fibras de partida en un telar), pueden transportar más carga que las de weft, que se tejen entre las fibras de warp.
WARP //
WEFT //
El prototipo PR10 muestra, tanto en WARP como WEFT, una distribución de esfuerzos más equilibrada y más uniformemente distribuida respecto a la del resto de prototipos. Serán los parámetros de este último prototipo los utilizados en el siguiente EX01.03. 30
PR1/
Pretension _1 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR2/
Pretension _5 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR3/
Pretension _25 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR4/
Pretension _100 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR5/
Pretension _75 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR6/
Pretension _50 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:1 InnerLoops _10 steps
PR7/
Pretension _50 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:.75 InnerLoops _10 steps
PR8/
Pretension _50 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:2 InnerLoops _10 steps
PR9/
Pretension _60 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:3 InnerLoops _10 steps
PR10/
Pretension _60 FormFinding _5 steps
Mesh Pretension _U:1/V:2 InnerLoops _10 steps
FORM FINDING 31
EX_01.03 //
Se intentará reproducir las geometrías desarrolladas en el experimento EX_01.01 utilizando la aplicación Membrane del software Rhinoceros. Objetivo: Comprender el comportamiento del material y comparar sus reacciones cuando sometido a esfuerzos cambiantes. Desarrollar conocimientos básicos del funcionamiento del RhinoMembrane. Pretension Mesh Pretension FormFinding InnerLoops
_60 _U:1/V:2 _5 steps _10 steps 1 //
WARP //
32
2 //
3 //
4 //
5 //
6 //
7 //
8 //
COMPARATIVA //
ESQUEMA DE VARIACIÓN //
1 //
2 //
3 //
4 //
5 //
6 //
7 //
8 //
1 //
WEFT //
2 //
3 //
4 //
5 //
6 //
7 //
8 //
COMPARATIVA //
FORM FINDING 33
EX_02.01 //
A partir de un fragmento de material dado se variará su geometría y estado de tensión hasta encontrar una conformación que se considere satisfactoria. Objetivo: Comprender el comportamiento del material y su reacción cuando sometido a diferentes esfuerzos. Cuando se utilizan tensores puntuales los bordes rectos de la tela presentan zonas en las cuales el material permanece en estado de reposo. Al intentar evitar la formación de estas zonas introduciendo un tensor en los punto medio de esos bordes, se observa que el fenómeno se repite en los nuevas zonas centrales. La única manera de evitar esto y obtener una verdadera superficie mínima (sin restar material al trozo original)sería repartiendo la carga a través de todo el perímetro utilizando vigas de borde. Teniendo esto en mente decidimos no introducir cortes al material ya que los mismos agregan bordes rectos a la pieza. Material: Pieza de Lycra de elasticidad constante. 30cm x 40cmBenchMark: DM 45cm x 45cm x 45cm/ e: 4mm
34
EX_02.02 //
Se repetirà la configuración final del experimento anterior en un material de distintas caracterìsticas. Objetivo: Comprender el comportamiento del material y comparar la variación del mismo entre distintos tipos de textiles. Material: Pieza de Lycra de elasticidad constante. 30cm x 40cmBenchMark: DM 45cm x 45cm x 45cm/ e: 4mm
Material: Pieza de Lycra de elasticidad asimétrica. 30cm x 40cmBenchMark: DM 45cm x 45cm x 45cm/ e: 4mm
Una vez aplicada la resina, el material sobrante en los bordes rectos se endurece fromando una especie de viga perimetral que dota a la pieza de mayor riguidez. FORM FINDING 35
EX_02.03 //
A partir de un trozo de lo observado en los experimentos anteriores se buscar谩 generar un modelo de mayor escala que profundice los rasgos descubiertos en los mismos. Objetivo: Comprender el comportamiento del material y su reacci贸n cuando sometido a diferentes esfuerzos. Material: Pieza de Lycra de elasticidad constante. 30cm x 80cmBenchMark: DM 90cm x 45cm x 45cm/ e: 10mm 1 //
2 //
3 //
4 //
5 //
6 //
36
7 //
FORM FINDING 37
El objetivo del taller/seminario consiste en expolorar cómo los organismos biológicos logran estructuras emergentes complejas a partir de simples componentes. Las estructuras manturales se analizan y se entienden como jerarquías de componentes muy sencillos (desde lo más pequeño a lo más grande). Las propiedades que surgen de forma emergente son algo más que la suma de las partes. Asímismo, centraremos nuestro interés en explorar el diseño de componentes arquitectónico - industriales, su producción y prototipado. Se enseñará cómo el límite entre lo natural y lo artificial (o producido por el ser humano) se ha reconsiderado desde la perspectiva de la ingeniería biomimética. CONFERENCIANTES // Mike Weinstock_Director Emergent Technologies and Desing de la Architectural Association (Londres) Javier Peña_ Profesor de la Universidad Politécnica de Catalunya George Geronimides_Profesos y directo del centro de biomimética de la Universidad de Reading Ignasi Pérez Arnal_Director del master de arquitectura y diseño en Elisava Sylvia Felipe_ Master en Emergent Technologies and Desing por la Architectural Association (Londres)
38
SEMINARIO
BIOMIMÉTICA/EMERGENCE IN NATURAL SYSTEMS // SISTEMAS EMERGENTES // FIBONACCI_LA COMPLEJIDAD SIMPLE // Ensayo sobre la lectura de Sistemas Emergentes, de Steven Johnson
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Jordi Truco / Ignasi Pérez Arnal 01/12/2009 - 22/12/2009
39
Cuando Alan Turing publicó en 1952 su trabajo titulado “Fundamentos Químicos de la Morfogénesis”, producto de sus investigaciones en biología matemática, su principal interés era comprender la filotaxis de Fibonacci, es decir, la existencia de los números de Fibonacci en las estructuras vegetales. “La capacidad de todas las formas de vida de desarrollar cuerpos cada vez más complejos a partir de orígenes increíblemente simples”1 fascinó a Turing durante los dos últimos años de su vida, hasta el punto que las ecuaciones de reacción-difusión que utilizó, son actualmente cruciales en el campo de la formación de patrones. Pero seguramente, puede que haya sido Dan Brown quien halla popularizado la serie de números de Fibonacci, a través de sus best sellers, pero lo cierto es que los patrones de crecimiento que marca la sucesión de Fibonacci han estado presente en la naturaleza desde el inicio de los tiempos, y cuando hablamos desde el inicio es desde que la naturaleza es naturaleza, es decir mucho antes de que el hombre tuviera dos piernas y caminara erguido sobre la tierra. Algún tiempo después de que el hombre se desarrollara y la naturaleza siguiera su curso, a finales del siglo XII, la república de Pisa era una gran potencia comercial, con delegaciones en todo el norte de Africa. En una de estas delegaciones, en la ciudad argelina de Bugía, uno de los hijos de Bonaccio, el responsable de la oficina de aduanas en la ciudad, Leonardo, es educado por un tutor árabe en los secretos del cálculo posicional hindú y tiene su primer contacto con lo que acabaría convirtiéndose, gracias a él, en uno de los más magníficos regalos del mundo árabe a la cultura occidental: nuestro actual sistema de numeración posicional. Leonardo de Pisa, Fibonacci (por filius Bonacci, hijo de Bonacci), nombre con el que pasará a la historia, aprovechó sus viajes comerciales por todo el mediterráneo, Egipto, Siria, Sicilia, Grecia, etc, para entablar contacto y discutir con los matemáticos más notables de la época y para descubrir y estudiar a fondo los Elementos de Euclides, que tomará como modelo de estilo y de rigor. De su deseo de poner en orden todo cuánto había aprendido de aritmética y álgebra, y de ofrecer a sus colegas comerciantes un potente sistema de cálculo, cuyas ventajas él había ya experimentado, nace, en 1202, el Liber abaci, la primera summa matemática de la Edad Media. En él aparecen por primera vez en Occidente, las nueve cifras hindúes y el signo del cero. Leonardo de Pisa brinda en su obra reglas claras para realizar operaciones con estas cifras tanto con números enteros como con fracciones, pero también proporciona la regla de tres simple y compuesta, normas para calcular la raíz cuadrada de un número, así como instrucciones para resolver ecuaciones de primer grado y algunas de segundo grado. Pero Fibonacci es más conocido entre los matemáticos por una curiosa sucesión de números: 1; 1; 2; 3, 5; 8; 13; 21; 34; 55; 89.... que colocó en el margen de su Liber abaci junto al conocido “problema de los conejos” que más que un problema parece un acertijo de matemáticas recreativas. El problema en lenguaje actual diría: “Una pareja de conejos tarda un mes en alcanzar la edad fértil, a partir de ese momento cada vez engendra una pareja de conejos, que a su vez, tras ser fértiles engendrarán cada mes una pareja de conejos. ¿Cuántos conejos habrá al cabo de un determinado número de meses?.”
40
SISTEMAS EMERGENTES 41
En este gráfico vemos que el número de parejas a lo largo de los meses coincide con los términos de la sucesión. Veamos con detalle estos números. 0; 1; 1; 2; 3, 5; 8; 13; 21; 34; 55; 89, 144.... Como vemos el primer elemento es 0, el segundo es 1 y cada elemento restante es la suma de los dos anteriores:
Pero existe entre ellos otra relación curiosa, el cociente entre cada término y el anterior se va acercando cada vez más a un número muy especial, ya conocido por los griegos y aplicado en sus esculturas y sus templos: el número áureo. =1.618039....
Pero los números de la sucesión de Fibonacci van a sorprender a todos los biólogos, ya que cómo muy bien nos enseña la filotaxia, las ramas y las hojas de las plantas se distribuyen buscando siempre recibir el máximo de luz para cada una de ellas. Por eso ninguna hoja nace justo en la vertical de la anterior. La distribución de las hojas alrededor del tallo de las plantas se produce siguiendo secuencias basadas exclusivamente en estos números.(1//) El número de espirales en numerosas flores y frutos también se ajusta a parejas consecutivas de términos de esta sucesión: los girasoles tienen 55 espirales en un sentido y 89 en el otro, o bien 89 y 144. Las margaritas presentan las semillas en forma de 21 y 34 espirales. (2//) Y cualquier variedad de piña presenta siempre un número de espirales que coincide con dos términos de la sucesión de los conejos de Fibonacci, 8 y 13; o 5 y 8. (3//) 1 //
42
2 //
3 //
SISTEMAS EMERGENTES 43
Parece que el mundo vegetal tenga programado en sus códigos genéticos del crecimiento los términos de la sucesión de Fibonacci. La sucesión de Fibonacci es tan universal que podemos encontrarla en casi todos los procesos de crecimiento naturales, como los ya vistos de las piñas, girasoles y las margaritas, y aplicarla en multitud de procesos de crecimiento artificiales creados por el hombre, desde la arquitectura hasta el arte, el mercado de valores, y otras áreas de la sociedad y la cultura, señalan numerosos ejemplos de la secuencia de Fibonacci, así como de su derivado, el “número áureo”. El hombre, a imitación de lo que pasaba en la naturaleza ha intentado interpretar o tomar prestadas estas reglas para generar arquitecturas, desde los clásicos griegos hasta hoy en día con los procesos digitales, la secuencia de Fibonacci es una realidad que está presente en nuestra vida cotidiana, pero ignoramos en muchas ocasiones su presencia. La utilización de esta secuencia a la hora de generar nuevas geometrías puede resultar tan rica, que mediante la observación de este tipo de patrones naturales y la correcta traslación a los procesos de diseño,
Sucesion de Fibonacci en la mano de un hombre
Silla mamma_rocking_Patrick Messier
Las nuevas geometrías que desechan lo que no quieren y desarrollan casi como organismos autónomos máximos estandares de belleza Los nuevos materiales, como los composites, permiten crear estructuras y geometrías “fat free”, en las que se necesita lo mínima para crecer y conformarlas.
Crecimiento en red
Crecimiento cónico
Proyecto Eden_Richard Rogers
44
SISTEMAS EMERGENTES 45
Cómo ya hemos comentado anteriormente, en disciplinas tales como la ingeniería se utilizan nuevas tecnologías de producción y se explora para crear materiales de última generación, como los composi tes, que abren nuevas posibilidades de uso y de comportamiento. En el mundo del diseño del producto, diseño de automoción, incluso de la aeronaútica, se trabaja con formas complejas, componentes variados y con producciones industrializadas de gran tiraje, produciendo objetos de una perfección y precisión formal incuestionable. En el seminario se han repasado todos estos entornos para trasladar toda la innovación y el conocimiento en los procesos de manufactura de la diversidad a la arquitectura y el diseño de espacios. Estos procesos son: -
46
Desarrollo de producto_Industrias que gestionan I+D+I Procesos de diseño/ Metodología y tipo Rapid Prototypinng (RP)_Procesos y materiales Preseries_Rapid Tooling (RT) Rapid Manufacturing_Direct Manufacturing (RM) Producción en serie_Production Tooling (PT) Últimas tendencias
SEMINARIO
BIG FABRICATION_MANUFACTURING DIVERSITY // HIDROCONFORMADO // Trabajo de investigaci贸n
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Santi Pladellorens 06/11/2009 - 27/12/2009
47
1_Contexto //
La tecnología de hidro-conformado ha llegado a ser muy popular últimamente. El número de personas que hoy trabajan este tema indica que hay un gran interés dentro de la comunidad internacional. El principal promotor es la industria del automóvil debido a las ventajas que ofrece el conformado de chapa metálica o de tubos utilizando la presión de un líquido dentro de una matriz cerrada. Las principales ventajas que presenta esta tecnología son: mejoras en la resistencia y rigidez de las piezas, peso reducido, la consolidación de los pasos múltiples de fabricación, menos operaciones de ensamblaje y alto nivel de reproducción. Estos aspectos convierten el uso de las técnicas de hidro-conformado en una herramienta ideal para la industria automotriz y aeronáutica. (2) Palabras Claves: Hidroconformado, Hydroforming, Elementos Finitos, Simulación.
2_Introducción El conjunto de técnicas conocidas como hidro-conformado representan una alternativa a los métodos convencionales mecánicos por razones de flexibilidad (simpli// ficación de utillajes), mejora de condiciones de proceso (esencialmente reducción de fuerzas de fricción), que permiten mayores deformaciones, mejor precisión y mejoras en las tensiones residuales, y finalmente posibilitan la obtención por deformación de piezas imposibles de producir hasta hoy por los procedimientos convencionales (particularmente en la fabricación de piezas a partir de elementos tubulares y en componentes donde es crítica la relación peso-resistencia).
La aplicación más común consiste en el conformado de un tubo de acero contra las paredes de una matriz, mediante la introducción de un fluido a presión. Pudiendo emplearse además una compresión axial simultánea para evitar un excesivo adelgazamiento del espesor del tubo en las zonas sometidas a una fuerte expansión. El tubo altera su forma durante el proceso permitiendo diferentes cambios de sección a lo largo de su longitud, obteniéndose unas formas suaves lo que proporciona una mayor rigidez que en piezas estampadas facilita las posteriores operaciones de taladrado en cualquier parte de la pieza. Sus ventajas son: - Fortalecimiento de la pieza. - Reducción del peso a través de un diseño de sección más eficiente. - Mejora de la resistencia estructural y de la rigidez. - Reducción del coste en herramientas al realizar las operaciones con menos partes y menos número de operaciones secundarias. - Pocas operaciones secundarias (no se requieren soldaduras y los agujeros pueden ser realizados durante el hidroconformado). - Ajustadas tolerancias dimensionales y baja recuperación elástica. - Cantidad reducida de desechos.
1 //Hidroconformado de una botella
48
Otra de las aplicaciones es el hidroconformado de chapa. Uno de los métodos es el de membrana. Este método está centrado en la deformación de placas simples o dobles usando para ello un medio fluido. La ventaja de usar membranas es que el sellado que debemos realizar para que no se escape el fluido es relativamente sencillo. Realmente no hay necesidad de sellar el borde de la pieza contra la parte presurizada. Además la fuerza de cierre es fácil de controlar. Una gran ventaja de estos métodos es la flexibilidad en cuanto al cambio de herramientas que se produce rápidamente y permiten realizar la embutición, el recorte y el calibrado (proceso de hidroconformado sin un considerable flujo axial de material) en un solo paso. El hidroconformado también es una excelente técnica de fabricación para construcciones ligeras (aluminio, aleaciones de magnesio,..). Estos materiales tienen normalmente unas capacidades de conformabilidad menores que las que poseen los aceros, pero el proceso de hidroconformado ofrece una oportunidad única de influenciar y controlar las tensiones, deformaciones y la temperatura en la pieza para incrementar los límites de conformabilidad. Las siguientes imágenes se corresponden con el proceso de hidroconformado de chapa, donde la primera imagen corresponde al mallado de la matriz junto con la chapa:
2 //Hidroconformado de chapa
3_Caraterísticas del proceso // Hidroconformado de tubos//
Un proceso básico para el hidro-conformado de tubos (3 //) se puede describir de esta manera: 1. Tubos rectos o pre-deformados se introducen primero en la matriz,. 2. La matriz se cierra por un proceso hidráulico que puede conformar de manera mecánica el tubo durante el cierre; los punzones de sellado cierran las extremidades del tubo y se inicia el llenado. Durante el conformado, el material se expande por el incremento de presión del liquido que se realiza conjuntamente con el avance simultaneo de los punzones de sellado.
BIG FABRICATION_MANUFACTURING DIVERSITY
49
3. El material fluye hacia el interior de las zonas de conformado y da la configuración final de la pieza .
3 // Hidro-conformado de tubos
Hidroconformado mecánico //
Un proceso típico de hidro-conformado mecánico (4 //) se puede describir como sigue: 1. La chapa no deformada se sitúa en la matriz conjuntamente con la lámina y se cierra la prensa. 2. Se aplica una presión inicial de pre-conformado para colocar bien la chapa. 3. El punzón se mueve en dirección contraria a la presión para deformar la chapa durante la primera etapa de conformado 4. La chapa se retira de la prensa y se le aplica un tratamiento térmico para quitar las tensiones mecánicas del material. 5. La segunda etapa del proceso produce la forma final de la pieza.
4 // Hidro-conformado mecánico
4_Principales problemas //
50
Los problemas se representan en el mapa “Safety zones” (1 //): - Demasiada presión provoca rotura, tal y como indican las zonas en azul oscuro (4) - El avance excesivo de los punzones induce a la aparición de arrugas (5).
5_Uso de la modelación y simulación en la mejora del proceso //
Sin embargo se trata de procesos complejos, siendo ésta una de las razones por las cuales la simulación es esencial en este sector. En el hidro-conformado de tubos una definición correcta de la forma pre-deformada es vital. Otro aspecto crítico viene dado por la combinación de la presión interna con el avance de los punzones de sellado que se encuentran en las extremidades del tubo: demasiada presión causará rotura mientras que un avance demasiado rápido de los punzones provocará arrugas. El uso de CAE ayuda por lo tanto a definir el proceso completo incluso antes de que los primeros troqueles se hayan fabricado.
6_Aplicaciones // Un área especializada del hidro-conformado es la embutición profunda de chapa
para la industria aeronáutica/aeroespacial. En tales aplicaciones una chapa inicial, hecha generalmente de aleaciones de aluminio o titanio, se conforma con la presión del fluido en una serie de etapas, a veces incluso con alguna etapa intermedia de tratamiento térmico. Hay dos técnicas fundamentales en este campo:
- El conformado en cavidad, donde la presión del fluido obliga a la chapa a meterse en la cavidad de la matriz. - El hidro-conformado mecánico, donde se utiliza la acción de un punzón en movimiento. En ambos casos es muy importante el uso de una lámina de poliuretano que se sitúa sobre la superficie de la chapa en la zona de aplicación de la presión hidráulica. La función de esta lámina es eliminar arrugas y controlar el flujo de material durante el conformado.
Butaca Plopp,_Oskar Zieta
7_Actualidad y perspectivas //
Para mejorar la eficiencia en cuanto a trabajo y ahorro de combustible de los vehículos de hoy, las empresas productoras de automóviles continúan buscando nuevas medidas en el diseño y fabricación para reducir el peso del vehículo y la calidad del mismo. Los chasis y sus componentes ofrecen grandes oportunidades para la reducción considerable de su peso, con el proceso de hidroconformado se puede alcanzar la máxima rigidez, repetibilidad dimensional, reducción de las fatigas, y el costo mínimo por disminución de rebabas.
Hidroconformado vs. Conformado Convencional //
Algunas de las ventajas del hidroconformado sobre el conformado convencional incluyen: - La reducción de peso. - Repetibilidad dimensional - Mejora de la dureza y la rigidez estructural.
BIG FABRICATION_MANUFACTURING DIVERSITY
51
El hidroconformado parece ofrecer al chasis lo que exactamente se esta buscando. Sin embargo, a pesar de los beneficios del hidroconformado, estampar es todavía el método más común para la obtención del chasis y las partes estructurales en la industria automotriz.
Chasis hidroconformado del Opel GT Hilo
El hidroconformado parece ofrecer al chasis lo que exactamente se esta buscando. Sin embargo, a pesar de los beneficios del hidroconformado, estampar es todavía el método más común para la obtención del chasis y las partes estructurales en la industria automotriz. Comparado con el conformado convencional, el hidroconformado es una tecnología relativamente nueva y de alto riesgo. El conocimiento limitado y falta de experiencia en los componentes industriales del hidroconformado entorpecen la adopción de esta nueva tecnología. Por otra parte, en el interior del proceso se utilizan altas presiones lo que requiere controles de calidad severos así como herramientas endurecidas, también los ensayos y pruebas tradicionales para desarrollar y perfeccionar los procesos de hidroconformado de tubo pueden ser muy caros y tienden a consumir mucho tiempo (aunque prediciendo los problemas con el análisis mediante la técnica de elementos finitos (FEA) las simulaciones pueden ayudar a reducir estos riesgos enormemente).
5 //
52
Prensa de hidroconformado
Importancia de la simulación mediante elementos finitos //
Pueden simularse los procesos industriales de fabricación, de chasis y partes mediante el proceso del hidroconformado, usando los elementos finitos con precisión. La simulación puede usarse para diseñar, desarrollar, y perfeccionar el proceso del hidroconformado. Aplicando la tecnología de la simulación, pueden identificarse problemas potenciales, como dobladuras o arrugas, antes de la construcción de la herramienta, lográndose así una reducción del costo y el tiempo de fabricación. La simulación puede usarse para desarrollar y perfeccionar la relación entre la alimentacion final y la presión en el proceso del hidroconformado.
Marco y piezas de bicicleta realizados mediante hidroconformado
8_Conclusiones El método para la conformación de chapas y tubos mediante la utilización de un líquido, llamado hidroconformado o hydroforming, es hoy un método que se va //
imponiendo en la industria del conformado, aunque es cierto que existen detractores también es verdad que muchos ya valoran sus múltiples ventajas frente al estampado convencional.
Bibliografía //
1. http://revista.robotiker.com/articulos/articulo35/pagina1.jsp 2. Boletín trimestral de Quantech ATZ. Numero 4, Invierno 2002 3. S.-D. Liu, D. Meuleman, and K. Thompson; "Analytical and Experimental Examination of Tubular Hydroforming Limits," SAE Technical Paper 980449, 1998. 4. K. Hertell, "Six Steps to Hydroforming Production," Tube & Pipe Journal, Vol. 13, No. 4, June 2002, p. 54-57. 5. J. Liu and D. Hahan, "Optimization of Process and Tool Development for Hydroformed Frame Rail Using FEM Simulation," SAE Technical Paper 2000-01-0408, 2000. 6. J. Liu, "Tube Hydroforming Process Development with the Aid of Computer Simulation," SAE Technical Paper 2001-01-1134, 2001. 7. A. Boehm, C. Hartl, and T. Abbey; "Process and Tool Technology for Hydroforming: Case Studies & Technical & Economical Considerations"; Innovations in Tube Hydroforming Technology; Troy, MI, USA; June 13-14, 2000. BIG FABRICATION_MANUFACTURING DIVERSITY
53
OBJETIVOS El objetivo de este taller ha sido aprender a pensar aquello que diseñamos como un sistema vivo, con capacidad de reaccionar a un entorno también vivo y adaptándose a él. De esta forma se hemos podido pensar en diseños que sienten, observan, escuchan, reaccionan, proponen, aprenden o interactúan. Este proceso de diseño ha implicado aprender a comunicar sistemas físicos. Se ha aprendido a usar sensores para tomar datos del entorno, a procesar los datos mediante microcontroladores y a trasladarslos a los actuadores que forman parte de nuestro diseño activo. Se han estudiado conceptos básicos de electrónica y programación, y se ha aprendido a trabajar con sensores y actuadores, culminando con la realización de un prototipo a escala 1/20 de proyecto desarrollado cómo proyecto final el cúal se recoge en capítulo de Performative Proliferations.
54
TALLER DE DISEﾃ前
REACTIVE SYSTEMS //
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Marcel Bilurbina 07/01/2010 - 26/01/2010
BIG FABRICATION_MANUFACTURING DIVERSITY
55
1_CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE ELECTRONICA //
La electricidad es el flujo de energía a través de un material conductivo. La electronica hace referencia al cambio de propiedades eléctricas que se producen para transmitir información. Los sensores electrónicos convierten algún tipo de energía (luz, calor, presión,etc) en energía eléctrica de forma que podemos interpretar qué está pasando electrónicamente. Por ejemplo, un micrófono convierte las ondas de presión en el aire a diferencia de voltaje eléctrico. Amplificando y leyendo esta señal eléctrica, podemos interpretar la causa de un sonido. Este proceso de cambio de un tipo de energía a otra se llama transducción, y los dispositivos que lo hacen se llaman transductores.
2_DEFINICIONES BASICAS DE Corriente o Intensi- Medida del flujo de electrones de un circuito. Unidad: Amper. Haciendo un simil con un flujo de agua, la corriente correponde a la cantidad de electricidad/agua que dad // pasa por un punto. Tensión o Voltaje // Medida de la energía eléctrica de un circuito. Unidad: Volt. Haciendo un simil con un flujo de agua, el voltaje sería la presión. Resistencia : medida de la capacidad de un material a oponerse al paso de la electricidad a través de él. Unidad: Ohm. Circuito : Serie de elementos o componentes eléctricos o elctrónicos, conectados electricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas. Debe de contener una fuente de energía eléctrica(una batería) y una carga (una bombilla). La carga transforma la energía en otro tipo de energía. Un circuito sin carga es un corto circuito.
Tipos de circuitos // DC - Direct Current : corriente continua. El flujo eléctrico es en una dirección AC - Alternating Current : El flujo eléctrico cambia de dirección constantemente. No hay desplazamiento de electrones. Trabajaremos con circuitos de DC.
3_COMPONENTES // Resistencias // Materiales que se opone al paso del flujo eléctrico. Se usan para controlar el flujo de corriente. No tienen polaridad, se pueden poner en ambas direcciones. Símbolo:
Capacitores o condensadores //
56
Elementos formados por dos superficies conductoras separadas por un material dieléctrico. Se utilizan basicamente para almacenar energía. Pueden ser polarizadas o no. Símbolo:
Diodos //
Permiten el flujo de energía en 1 única dirección. Tienen polaridad. Símbolo:
LED //
Light Emiting Diode. Son un tipo de diodo. Emiten luz al pasar corriente a traves. El terminal positivo es el ánodo y el negativo es el cátodo. El + es más largo que el -. Símbolo:
Interruptores y pul- Permiten o no el paso de corriente por un circuito en función de su estado (0 o 1). Símbolo: sadores //
Transistores //
Se usan habitualmente como interruptores electrónicos. Tienen 3 patas: emisor, base y colector. Hay de 2 tipos: NPN y PNP. Símbolo:
Placas de prototipa- Se usan para testear circuitos sin tener que soldar. do o Protoboards //
4_CONCEPTOS // Ley de Ohm //
La relación entre el voltaje, la intensidad o corriente y la resistencia en un circuito se explica mediante la Ley de Ohm : V = I x R (Volt = Amper x Ohm) La realación entre voltaje e intensidad nos determina la potencia (Watts) : W = V x A
Masa y Tierra //
La energía eléctrica fluye en sentido de mayor a menor potencial, de + a -. Tierra o Ground (gnd) : es el sitio de un circuito donde la energía potencial de los electrones es 0.
Circuitos en serie // Circuito con los componentes dispuestos uno detrás de otro. La resistencia total de un circuito con varias resistencias dispuestas en serie será el resultado de sumarlas todas. La corriente será constante.
57
58
Circuitos en paralelo //
Circuito con los componentes dispuestos uno al lado de otro. El voltaje se conservará constante y la intensidad se dividirá por el número de ramales del circuito. Itotal = I1 +I2.
Señal analógica y digital //
Las señales pueden ser analógicas o digitales. Las señales analógicas se pueden representar mediante funciones matemáticas continuas pues se trata de señales que varian de forma continua a lo largo del tiempo. La mayoría de las señales que representan fenomeno físicos son analógicas (temperatura, luminosidad, sonido,...) Las señales digitales son discretas, discontinuas a lo largo del tiempo. El ruido en una señal analógica nos puede afectar mucho más que en una señal digital. Una señal transmitida a través de un cable, es una sucesión de impulsos eléctricos que pueden interpretarse unicamente como valores altos (1) o bajos (0). Los ordenadores, así como cualquier microcontrolador trabajan con señales digitales. La conversión de una señal analógica a digital implica el sampleo o muestreo de la primera. Esto se realiza midiendo el valor de la señal cada x tiempo (frecuencia de muestreo). Se realiza en binario. En función del número de bits tendremos más o menos resolución.
PWM //
Trabajando en Arduino usaremos la técnica llamada PWM (Pulse Width Modulation) para simular salidas analógicas mediante señales digitales. Consiste en generar señales de distinto ancho durante un cierto tiempo. El valor resultante dependerá de la proporción entre la señal de 5V y la de 0V.
FoxLin_Interactive Facade
REACTIVE SYSTEMS
59
ARDUINO // 1_INTRODUCCIÓN //
Arduino es una plataforma openhardware basada en una sencilla placa con entradas y salidas (E/S), analogicas y digitales, y en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje Processing/Wiring.Su corazon es el chip Atmega8, un chip sencillo y de bajo coste que permite el desarrollo de multiples diseños. Al ser open-hardware tanto su diseño como su distribucion es libre. Es decir, puede utilizarse libremente para desarrollar cualquier tipo de proyecto sin tener que adquirir ningun tipo de licencia. Arduino puede utilizarse en el desarrollo de objetos interactivos autonomos o puede conectarse a un PC a traves del puerto serie utilizando lenguajes como Flash, Processing, MaxMSP, etc ... Las posibilidades de realizar desarrollos basados en Arduino tienen como limite la imaginacion. Asimismo, su sencillez y su bajo coste, recomiendan su uso como elemento de aprendizaje e iniciacion en el mundo de la electronica digital. (texto de www.arduino.cc/es). Microcontrolador: ATmega328
2_CARACTERÍSTI- Operating Voltage 5V CAS // Input Voltage (recomendado) 7-12V Input Voltage (limites) 6-20V Digital I/O Pins 14 (de los cuales 6 pueden usar como salidas analogicas PWM) Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin 40 mA DC Current for 3.3V Pin 50 mA Flash Memory 16 KB (ATmega168) or 32 KB (ATmega328) of which 2 KB used by bootloader SRAM 1 KB (ATmega168) or 2 KB (ATmega328) EEPROM 512 bytes (ATmega168) or 1 KB (ATmega328) ck Speed 16 MHz Clock Inputs/Outputs //
60
Pines digitales //
Cada uno de los 14 pines digitales pueden ser usados como entradas o salidas digitales utilizando las instrucciones pinMode(pin, modo(INPUT or OUTPUT)), digitalWrite(pin, valor(LOW or HIGH)), y digitalRead(pin). Operan a 5V. Cada pin puede recibir y dar un maximo de 40 mA y tiene un "pull-up resistor" (desconectado por defecto) de 20-50 kOhms. Además, algunnos pins tienen otras funciones especiales:
Pines serie 0 y 1 //
0 (RX) y 1 (TX). Usados para recibir (RX) y transmitir (TX) TTL mediante comunicacion serie. Estos pines estan conectados a los ocrrespondientes pines del chip FTDI USB-to-TTL Serial.
Pines PWM //
3, 5, 6, 9, 10 y 11: Permiten utilizar los pines digitales como salidas analógicas de 8 bits utilizando PWM (Pulse width Modulation). La funcion utilizada es "analogWrite(pin, valor).
Pin LED //
13. LED conectado al pin 13. Cuando el valor del pin es HIGH, el LED se enciende, y al revés. Utilizado para testear.
Pines analógicos //
Arduino Duemilanove tiene 6 entradas analógicas, de 10 bits de resolucion (2^10=1024 valores). Por defecto mide de 0 a 5V, pero se puede cambiar el limite superior utilizando pin AREF y la funcion analogReference().
3_PROGRAMACION EN ARDUINO //
Arduino se programa en el lenguaje Wiring, bastado en C/ C++. Cuando trabajamos con Arduino deberemos seguir el siguiente proceso: . Escribir programacion . Compilar código . Cargar código a placa. Ejecución del programa.
CARACTERÍSTI CAS GENERALES //
Se distingue entre mayúsculas y minúsculas. La instruccion // delante de cualquier texto se utiliza para comentar código: es decir, todo lo que está a su derecha no se contempla a la hora de ejecutarlo. Nos sirve como ayuda para leerlo más facilmente. Como regla general, todas las líneas de código acaban con ; Hay algunas excepciones.
ESTRUCTURA DE LA PRO GRAMACION EN ARDUINO //
La estructura, a su vez, se organiza en 3 partes: 1. DECLARACION DE VARIABLES Y LIBRERIAS 2. FUNCION DE INICIALIZACION: void setup() 3. LOOP: void loop() 4. FUNCIONES PROPIAS: void functionName()
REACTIVE SYSTEMS
61
// Declaración de variables void setup(){ //parte de código del setup. Basicamente se usará para especificar si los pines digitales son de entrada o de //salida y para inicializar la comunicacion serie si la necesitamos. } void loop(){ // parte de código que se ejecuta continuamente. Se escribirá todo el código referente a acciones que //deben ejecutarse continuamente (lectura de valores, activacion ed luces o mecanismos,...) //aunque no se ponga nada dentro del void loop() siempre tiene que existir } void functionName(){ //funciones creadas por el usuario. Pueden existir o no. } Constantes //
Son valores que se mantienen fijos durante todo el programa. Se definen en la primera parte del codigo. Sirven para hacer más comprensible el codigo. No precisan de ; al final de linea Se declaran de la siguiente forma: #define nombreConstante valor #define size 20
Variables //
Sirven para almacenar valores que pueden cambiar durante la ejecucion del programa (lectura de sensores, tiempo, frecuencia, numeros, textos, etc). Hay de distintos tipos y tamaño. Hay que definir el tipo de variable al declararla. Se declaran al principio del programa o donde queramos. Precisan de ; al final de linea.
Tipos de variables //
boolean : Tamaño de 1 bit. 2 posibles valores "0" o "1", "true" o "false". int : Tamaño de 2 bytes. Valores desde -32678 hasta 32767. float : Tamaño de 4 bytes. Valores desde 3.4028235E+38 hasta -3.4028235E+38. Decimales. char : Tamaño de 1 byte. Caracteres. string: Son arrays de caracteres. byte: Tamaño de 1 byte. Valores de 0 a 255. long : Tamaño de 4 bytes. Se declaran de la siguiente forma: tipoVariable nombreVariable = valorInicialVariable; int contador = 0; float size=1.23; boolean activo = false
62
ARRAYS //
Estructuras que sirven para almacenar un serie de valores de un mismo tipo de forma ordenada. A cada valor le corresponde una posicion concreta a la cuál nos referimos mediante un índice. Este índice va de 0 al numero de elementos que contega el Array menos 1(porque contamos desde 0) Para acceder a cada uno de los valores habitualmente se utiliza la estructura "FOR" (se verá más adelante) Declaracion de Arrays: // Diferentes formas de declar e inicializar los Arrays // Declaracion de Array de 3 elementos y tipo de valor entero sin fijar el valor. int valores [3]; //El primero será el valores[0] y el ultimo valores[2] // Declaracion de Array de enteros con valores. int valor []= {1,20,45} // Es equivalente a: valor[0]=1, valor[1]=20, valor[2]=45
INSTRUCIONES BÁSI pinMode(pin, mode) CAS. SALIDAS Y EN digitalWrite(pin, valor) TRADAS DIGITALES Y digitalRead(pin) ANALÓGICAS analogRead(pin) // analogWrite(pin,valor) Salidas y entradas digitales //
Las entradas y salidas digitales las deberemos declarar como tales mediante la instrucción pinMode(pin, mode) . "pin" se refiere al numero de pin y "mode" a si lo declaramos como entrada "INPUT" o como salida "OUTPUT". Eso se realiza dentro del void setup() de la siguiente manera: // Declaracion del pin 7 como entrada digital // Llamaremos al pin 7 “ ledA “, para facilitar su reconocimiento pero podria llamarse de cualquier otra forma int ledA = 7; void setup(){ // Dentro del setup ya podemos utilizar la instrucción “pinMode(pin, mode)” pinMode(ledA, INPUT); } // el pin 7, llamado ledA, ya está declarado como entrada digital Para declarar el mismo pin como salida digital deberemos sustituir “INPUT” por “OUTPUT” int ledA = 7; void setup(){ pinMode(ledA, OUTPUT); } void loop(){ digitalWrite(ledA, HIGH); // enviamos una señal de 5V al pin 7, llamado ledA. Enciende el led. delay(1000); // pausa de 1000milisegundos (1 segundo) digitalWrite(ledA, LOW); // enviamos una señal de 0V al pin 7, llamado ledA. Apaga el led. delay(500); // pausa de medio segundo } REACTIVE SYSTEMS
63
Para leer el valor de un pin digital declarado como entrada utilizaremos la instrucción digitalRead(pin) int val; // declaramos una variable llamada “val” para recoger los valores de lectura de un sensor int pinSensor = 7; // declaramos la variable pinSensor y le damos el valor correspondiente al pin que queremos leer int pinLed = 10; // declaramos la variable pinLed y le damos el valor correspondiente al pin donde conectaremos el led void setup(){ pinMode(pinSensor, INPUT); // declaramos el pin 7 como entrada pinMode(pinLed, OUTPUT); // declaramos el pin 10 como salida } void loop(){ val = digitalRead(pinSensor); // damos el valor de lectura a nuestra variable “val” delay(1000); // pausa de 100 milisegundos digitalWrite(pinLed, val); // damos el valor de “val” a la pin salida que enciende o apaga el led } Salidas y entradas analógicas //
En Arduino tenemos 6 pines que podemos usar como entradas digitales y NO hay que declararlos. Se pueden utlizar directamente. Los posibles valores irán de 0 a 1024 correspondientes a 10 bits de resolucion (2^10). La instrucción a utilizar es analogRead(pin) Arduino no dispone propiamente de salidas analógicas, aunque permite simularlas mediante la utilización de los pines PWM (6 en el Arduino Duemilanove). La instrucción a utilizar es analogWrite(pin,valor) . Previamente hay que inicializar el pin como salida. Los valores que podemos mandar van de 0 a 255.
Delay (milisegundos) //
Se utiliza para pausar la ejecucion del codigo durante el tiempo que digamos
ESTRUCTURAS DE CONTROL// Condicionales //
64
Se utilizan para controlar el flujo del programa. Las principales son las siguientes: if if...else for switch case while do...while break continue return
Operadores condicionales y boleanos //
x == y (x igual a y) x != y (x no igual a y) x < y (x menor que y) x > y (x mayor que y) x <= y (x menor o igual que y) x >= y (x mayor o igual que y) && ( y ) || (o) ! ( no )
Condicionales _“if”, “if...else” //
Estructuras que nos permiten dar instrucciones en funcion de otras. Por ejemplo: rotar un motor 37º si la temperatura que leemos de un sensor aumenta 1ºC. //condicionales int pinLed = 1; // declaramos el pin 1, donde conectamos un Led, y lo llamamos pinLed int valor; // declaramos la variable valor que nos servirá para guardar el valor del sensor void setup(){ pinMode ( pinLed , OUTPUT ); // declaramos el pin 1 como salida digital }
Estructuras de repetición _“for” //
void loop(){ valor = analogRead(2); //valor es la lectura del sensor conectado a al pin 2 if ( valor > 80 ) { // si valor es mayor de 80 realiza lo siguiente digitalWrite ( pinLed , HIGH ); // envía puso de +5V al pinLed, donde tenemos conectado el Led delay(1000); // espera 1000 microsegundos , 1 segundo digitalWrite ( pinLed , LOW ); // apaga el Led } } Estructura que nos sirve para repetir una parte de código cierto número de veces. Habitualmente se utilizan las variables internas para recorrer arrays, guardando valores y recuperándolos cuando nos interesa. //loop que repite el código interno 4 veces. Por cada repeticion el valor de i se incrementa en 1 unidad (i++) y se utiliza para recorrer un array con 4 elementos . Iniciliza los pines 2,4,6,8,9 y 11 como salidas digitales. int pin [] = {2,4,6,8,9,11}; void setup(){ for ( int i = 0 ; i < 6 ; i++){ pinMode ( pin[i] , OUTPUT ); } } void loop(){ }
REACTIVE SYSTEMS
65
//sería equivalente a inicializar cada salida individualmente: pinMode ( pin[0],OUPUT ); pinMode ( pin[1],OUPUT ); pinMode ( pin[2],OUPUT ); pinMode ( pin[3],OUPUT ); pinMode ( pin[4],OUPUT ); pinMode ( pin[5],OUPUT );
COMUNICACION Permite establecer la comunicación entre Arduino y el ordenador a través del cable USB. SERIE // Se utiliza para poder visualizar los datos procedentes de un sensor, por ejemplo. Para ver los datos transmitidos hay que abrir el monitor del puerto serie desde la interfaz del programa. Cuando la comunicacion serie esté activada no se podrán utilizar los pines 0 y 1 como entradas ni salidas digitales. En Arduino se usan basicamente las siguientes instrucciones: Serial.begin(velocidad) Inicializa la comunicacion serie. Hay que especificar la velocidad de transferencia de datos en bits x segundo. Habitualmente se usa 9600. Se escribe dentro del setup() Serial.println(dato) Escribe el dato especificado en el puerto serie y cambia de linea. Serial.available() Indica si hay algun dato en el puerto serie. En caso que no hay nada devuelve el valor -1. Serial.Read( ) Lee los valores que se envian al puerto serie. Es recomendable usar “delay(tiempo)” para evitar saturar el buffer que almacena los datos del puerto serie void setup(){ Serial.begin(9600); // inicializamos comunicacion serie e indicamos velocidad de la transmisión } void loop(){ if (Serial.available( ) > 0){ // si hay algún dato en el buffer serie Serial.println ( Serial.Read( ) ); } }
BIBLIOGRAFIA John Frazer. An Evolutionary architecture. London. Architectural Association Publications, Themes VII. 1995 (free download) Responsive Environments: architecture, art and design (V&A Contemporaries). Lucy Bullivant 4dsocial: Interactive Design Environments (Architectural Design). Lucy Bullivant 4dspace: Interactive Architecture (Architectural Design). LucyBullivant Flexible: Architecture that Responds to Change. Robert Kronenburg Responsive Architectures : Subtle Technologies by Philip Beesley; Sachiko Hirosue; Jim Ruxton; Marion Trankle; Camille Turner Physical Computing: Sensing and Controlling the Physical World with Computers. Tom Igoe Making Things Talk: Practical Methods for Connecting Physical Objects. Tom Igoe Processing: A Programming Handbook for Visual Designers and Artists. Casey Reas Processing: Creative Coding and Computational Art (Foundation). Ira Greenberg Learning Processing: A Beginner’s Guide to Programming Images, Animation, and Interaction (Morgan Kaufmann Series in Computer Graphics). Daniel Shiffman
66
Reflexive Architecture Machines_Allotropic Systems and Elastic Catenaries
Reflexive Architecture Machines_Open Columns / Homeostat exhibited: Pask Present / Maverick Machines REACTIVE SYSTEMS
67
“Emergence” o los sistemas emergentes, es un concepto importante en la inteligencia artificial, la teoría de la información, en los dominios de la economía, los estudios climáticos, las ciencias materiales, y en la ingeniería biomimética. Nuestra aplicación del concepto “emergencia” el diseño arquitectónico ha sido enfocado en técnicas evolutivas para el “form finding” estructural y el diseño generativo. Se relaciona los principios de la ingeniería de biomimética con experimentos físicos form finding de componentes materiales. Las estructuras naturales han sido analizadas y entendidas como jerarquías de componentes muy sencillos, se ha estudiado cómo se organiza la materia desde lo más pequeño a lo más grande por jerarquías, y como las propiedades que surgen de forma emergente son algo más que la suma de las partes. Los organismos biológicos han evolucionado hacia múltiples variaciones formales, las cuales no se pueden entender separando estructura y materia. La interacción entre la forma, la estructura y lo material, y sus efectos, no pueden ser predichos analizándolos individualmente. Esto es lo que Buckminsterl Fuller llamo “sinergia”, y lo qué los biólogos estructurales llaman “la conducta emergente”. El objetivo del estudio consistió en crear, y diseñar un sistema multifuncional, que integre diversas prestaciones. Esto no es nada nuevo en el entorno natural, pero tampoco lo es en el del pensamiento arquitectónico postmoderno, si miramos con atención el capítulo de Robert Venturi titulado “Arquitectura y elementos doble función o multifunción”. OBJETIVOS El objetivo del estudio ha sido mediante la experimentación y el diseño crear o aproximarse a un sistema material multifunción. La práctica actual de la arquitectura tiende típicamente diferenciar y separar los sistemas y subsistemas mono-funcionales en órdenes jerárquicos, tal como un sistema estructural primario, una piel como sistema secundario, umbral climático, un sistema terciario como filtro de luz, etc. Mediante estrategias de investigación e instrumentalización de los sistemas naturales, el estudio exploró las maneras alternativas de integrar múltiples aspectos y funciones en un sistema por procesos de la diferenciación del componente y proliferación. Las tareas en el estudio han sido, desarrollar sistemas materiales paramétricos definidos, las cuales son estructura y piel al mismo tiempo. El desarrollo de estos sistemas se basó en empezar definiendo el componente básico, la lógica de fabricación, la lógica de ensamble con otros componentes, etc. A través de un proceso de diferenciación, establecido por la manipulación y agregación de las variables, el componente original fue desplegado o proliferado hacia un sistema de componentes mucho más complejo, con diferentes densidades y/o porosidades, incluso con diferenciación alométrica interna. Esta intensa capacidad de crear zonas con diferentes características de porosidad, densidad, etc. en un mismo sistema, probó también la capacidad del sistema para recibir y distribuir cargas de forma irregular e interaccionar con diferentes intensidades de luz y de transpiración. Las capacidades estructurales y porosidad han sido utilizadas como propiedades potenciales para el objeto final, y para definir las funciones del diseño final. Para el desarrollo de todo ello nos hemos apoyado fuertemente en la idea de D´Arcy Thompson donde los objetos y formas son el diagrama de las fuerzas que actúan sobre ellos durante un periodo de tiempo. 68
TALLER DE DISEﾃ前
PERFORMATIVE PROLIFERATIONS // PROYECTO FINAL //
Alumno: Fernando Rial Profesor responsable: Jordi Truco 15/10/2009 - 23/01/2010
69
Esta primera parte del estudio comienza con investigaciones físicas con FASE 1 // componentes materiales sencillos. Se ha escogido un sistema material básico, DEFINICIÓN DEL que definirá a través de la experimentación con formas muy sencillas y distintos COMPONENTE // materiales. Se ha definido el componente de sistema con parámetros geométricos y físicos: torsión, flexión, elasticidad, variaciones de la geometría, etc. Hemos tenido en cuenta que es importante mantener el componente básico tan simple como sea posible, para poder llegar a la complejidad a través de la lógica del ensamble y del objeto creado a partir de la proliferación del componente simple. Esta parte termina con una clara definición “’Genotípica” paramétrica del componente y la definición de las reglas de ensamble de varios componentes, con una serie de modelos de ensamble test que corroboren las reglas definidas. Por lo que a partir de la experimentación con diferentes materiales de consistencia débil y geometrías sencillas y reconocibles, se han explorado diversas posibilidades geométricas hasta conformar un componente , que tras la investigación geométrica se conforman en componentes rígidos y geometrías complejas. Objetivo: Seleccionar un componente base con características materiales que permita su proliferación.
70
1_SELECCIÓN DEL COMPONENTE // 1_2_ESTUDIO DE COMPONENTES INICIALES //
C
Proceso 1//
Partiendo de una geometría de forma cuadrada de 10 x10 cm se ha manipulado su perimetro, mediante unos cortes a 45 º en la mitad de su lado, formando un triángulo, que posteriormente permitirá el doblado del la geometría cuadrada para buscar nuevas formas pero dentro de una misma rama topológica**.
ONCEPTO
TOPOLOGÍA La Topología es el estudio de aquellas propiedades de los cuerpos geométricos que permane-cen inalteradas por transformaciones continuas. Es una disciplina matemática que estudia las propiedades de los espacios topológicos y las funciones continuas. La Topología se interesa por conceptos como pro- ximidad, número de agujeros, el tipo de consistencia (o textura) que presenta un objeto, comparar objetos y clasificar, entre otros múltiples atributos donde destacan conectividad, compacidad, metricidad o metri- zabilidad, etcétera.
Planta Cotas en cm.
Los matemáticos usan la palabra topología con dos sentidos: informalmente es el sentido arriba especificado, y de manera formal se refieren a una cierta familia de subconjuntos de un conjunto dado, familia que cumple unas reglas sobre la unión y la intersección. Fuente: Wikipedia
PERFORMATIVE PROLIFERATION
71
COMPONENTE 1 // Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas del componente inicial seleccionado mediante operaciones de “folding” en sus cuatro vertices simétricamente. Material: Acetato de color verde.
Alzado superior
Alzado inferior
Alzado lateral CONCLUSIONES // El componente desarrolla mediante su geometría una gran rigidez simétrica a la compresión.
72
COMPONENTE 2 // Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas del componente inicial seleccionado mediante operaciones de “folding” en dos de sus vertices, dejando los dos restantes libres de cualquier acción. Material: Acetato de color amarillo.
Alzado superior
Alzado inferior
Alzado lateral CONCLUSIONES // El componente desarrolla mediante su geometría una gran rigidez en los brazos plegados mientras que los extremos libres no presentan función estructural. PERFORMATIVE PROLIFERATION
73
COMPONENTE 3 // Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas del componente inicial seleccionado mediante operaciones de “folding” en sus cuatro vertices simétricamente. Material: Acetato transparente.
Alzado superior
Alzado inferior
Alzado lateral
Alzado posterior
CONCLUSIONES // El componente no desarrolla rigidez alguna a pesar de su asimetría. La resistencia a compresión es mínima, debido a la asimetría geometríca en sus puntos de apoyo. 74
ESTUDIO DE UNIONES DE COMPONENTES //
PERFORMATIVE PROLIFERATION
75
2_COMPONENTE FINAL //
C
ONCEPTO
GEOMETRÍA ¿Qué forma tiene un pez? Voy a imaginarme una geometría cuyas formas simples no sean el cubo, la esfera o el dodecaedro. Hablaríamos de “forma nube”, “forma roca”, “forma vacío”, “forma esgrima”. Una “forma nube” sería aquella que se produce por el equilibrio de los que sucede en su interior y lo que la está rodeando. No es constante: si no demasiado voluble, traslúcida. Por el contrario, una “forma roca” sería aquélla que sólo está conformada por sus propios procesos internos de gestación. Se ha producido una metamorfosis de los mismos integrándose de forma compacta. Una “forma vacío” está definida por su rastro. El significado no está en la figura del espacio modelo sino en sus pausas, en sus interrupciones. La “forma vacío “es la que queda entre los sonidos y el silencio, y no es ni figura ni fondo. En la “forma esgrima” es el trazo, el movimiento del propio objeto el que define su estructura. El punto móvil frente a los tres ejes del espacio. subconjuntos de un conjunto dado, familia que cumple unas reglas sobre la unión y la intersección. Fuente: SORIANO, F. Diccionario Metápolis de Arquitectura Avanzada, pág. 255 2001. Ed. Actar, Barcelona.
76
Proceso 2// Las diferentes pruebas nos han llevado a elegir el componente en forma de “estrella” por su rigidez y versatilidad para crear variedad. Tras la investigación formal con la pieza de 10 x10 cm, decidimos reducir su dimensión hasta un cuadrado de lado 7,5 cm, cambiar el material a polipropileno de 2 mm de espesor, y con estas nuevas cualidades estudiar sus propiedades geométricas** y mecánicas de manera más exhaustiva. Se han perforado las brazos en sus extremos para poder unir los componentes a la hora del crecimiento.
Componente base
Alzado superior
Alzado lateral
Alzado inferior
3_ ESTUDIO DE UNIONES DE COMPONENTES FINAL //
Proceso 3// Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas mediante la unión de componentes dispuestos de forma plana. Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y grapas cómo elemento de fijación.
3_1_UNIÓN DE CUATRO PIEZAS APA READAS PLANAS //
h:+1.10cm
h:+2.80cm
1.00cm
CONCLUSIONES // La uniones de los componentes en pares en un mismo sentido crea una geometría de consistencia rígida y forma esférica que se vuelve sobre sí misma, siendo un sistema finito inmediato y no permitiendo la variación, de forma extensiva.
h:+4.10cm 13.00cm
h:+0.00cm
Radio Curvatura: 96.05mm Ángulo entre conexiones: 42,75º
PERFORMATIVE PROLIFERATION
77
3_2_UNIÓN DE CUATRO CUATRO PIEZAS CRUZADAS INVERTIDAS //
Proceso 4// Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas mediante la unión de dos componentes planas y dos invertidas . Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y grapas cómo elemento de fijación. h:1.30cm
h:0.00cm
h:0.70cm
h:1.90cm
h:2.20cm
CONCLUSIONES // La unión de los componentes de plana e invertida, de forma cruzada, es decir los cuatro componentes entre sí, nos permite crear una superficie contínua con una curvatura controlable, pero sin perder la rigídez estrcutural del conjunto.
14.75cm
Radio Curvatura: 495.45mm
Radio Curvatura: 165.8mm
78
Ángulo: 110.5º
3_3_UNIÓN DE CUATRO CUATRO PIEZAS CRUZADAS PLANAS //
Proceso 5// Objetivo: Explorar las posibilidades geométricas mediante la unión de componentes dispuestos de forma plana. Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y grapas cómo elemento de fijación.
2.10cm
1.50cm
1.00cm h:2.20cm
h:3.70cm h:0.00cm 13.50cm h:5.60cm 0.75cm CONCLUSIONES // La unión de los componentes planos mediante todos sus vertices tienda a dar como resultado una superficie esférica. En esta caso la superficie se vuelve sobre sí misma pero la rigidez estructural de la superfice es mayor que en el caso de la unión por dos puntos.
14.25cm
Radio Curvatura: 187.00mm Ángulo entre conexiones: 23,15º
Radio Curvatura: 93.55mm Ángulo entre conexiones: 41,55º
PERFORMATIVE PROLIFERATION
79
4_EVOLUCIÓN DEL COMPONENTE //
Una vez estudiadas las reglas de crecimiento de la sucesión de Fibonacci, presente en muchos elementos naturales, desarrollado en el ensayo crítico correspondiente al seminario de Sistemas Emergentes, las hemos aplicado al componente seleccionado y realizado test sobre sus posibles crecimientos.
4_1_ESTUDIOS DE CRECIMIENTO/ PRO- Y cómo ya hemos visto anteriormente, en matemáticas, la sucesión de Fibonacci es LIFERACIÓN_SERIES la siguiente sucesión infinita de números naturales: DE FIBONACCI // 0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610
El primer elemento es 0, el segundo es 1 y cada elemento restante es la suma de los dos anteriores:
Crecimiento desde elemento generador 1 hacia la derecha
Gráfica de la sucesión de Fibonacci hasta f10
Criterios de crecimiento. Unión por 2 puntos
Criterios de crecimiento. Unión por 1 punto
Simulación de crecimiento con el componente base hasta f8
80
4.1. ESTUDIOS DE CRECIMIENTO SERIES DE FIBONACCI ESTUDIO 1 //
C
ESTUDIO 4_1_1 //
ONCEPTO
PROLIFERAR 1. intr. Reproducirse en formas similares. 2. intr. Multiplicarse abundantemente. Fuente: R.A.E.
PROLIFECIÓN CELULAR El crecimiento de la célula es un término que se utiliza en los contextos del desarrollo celular y la división celular (reproducción) Cuando se utiliza en el contexto de la división celular, se refiere al crecimiento de poblaciones de células, donde una célula (la célula madre “) crece y se divide para producir dos “células hijas”.
ESTUDIO 4_1_2 //
Las poblaciones celulares pasar por un determinado tipo de crecimiento exponencial llamada duplicación. Así, cada generación de células debe ser dos veces más numerosa que la generación anterior. Sin embargo, el número de generaciones sólo da una cifra máxima ya que no todas las células sobreviven en cada generación. Fuente: Wikipedia.
PERFORMATIVE PROLIFERATION
81
4_2_ REDUCCIÓN DE ESTUDIOS DE CRECIMIENTO SERIES DE FIBONACCI //
ESTUDIO 4_2_1 //
ESTUDIO 4_2_2 //
ESTUDIO 4_2_3 //
82
C
ONCEPTO
CRECIMIENTO Se define como crecimiento al aumento irreversible de tamaño en un organismo, como consecuencia de la proliferación celular, misma que conduce al desarrollo de estructuras más especializadas del organismo, comenzando por las propias células y, pasando por tejidos, hasta llegar a órganos y sistemas. Estas estructuras, más desarrolladas, se hacen cargo de realizar el trabajo biológico más importante. El crecimiento también se define como el aumento en el número de células de un organismo, lo que conlleva al aumento de tamaño. Es medible y cuantificable. El crecimiento se consigue por una doble acción: un aumento en el tamaño de las células del cuerpo, y un aumento en su número real.
Ejemplos de la sucesión de Fibonacci utilizando el componente seleccionado //
Tanto el crecimiento como la división celular dependen de la capacidad de las mismas para asimilar los nutrientes que encuentran en el ambiente en que se desarrollan. Así, los alimentos son usados por el cuerpo para construir nuevas estructuras celulares. Crecimiento es, también, el proceso cuantitativo expresado en los valores de las dimensiones corporales. Fuente: Wikipedia.
PERFORMATIVE PROLIFERATION
83
FASE 2_ PROLIFERACIÓN ALGORÍTMICA //
84
La proliferación algorítmica enfoca la regla de proliferación basada en el componente desarrollado. Las reglas de proliferación regulan el proceso de construcción de un prototipo o prototipos que exploran variaciones zonificadas. Esta información ha sido registrada con cuidado para su posterior utilización en la simulación del componente en el software paramétrico (Top Solid). El objetivo ha sido empezar también el modelado digital de este sistema de componentes, con un amplio grado de variación en porosidad.
1_REDISEÑO DEL Objetivo: Repensar y mejorar las caractéristicas del componente mediantes la COMPONENTE // introducción de un actuador. Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y bridas de pvc cómo elemento de fijación.
Componente rediseñado
Actuador
El componente se ha reducido hasta tener una dimensión de 7,5 cm y los bordes se han suavizado para mejorar sus propiedades geométricas. La introducción de un actuador en forma de cruz nos permite variar la geometría y a la vez ejercer un mayor control sobre las variaciones que se producen en el componente cuando se le aplican esfuerzos externos.
PERFORMATIVE PROLIFERATION
85
2_COMPONENTE Objetivo: Mediante procesos de “folding” montamos el componente en sus cuatro brazos en sus cuatro vertices simétricamente. BASE 1 // Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y bridas de pvc cómo elemento de fijación.
86
PERFORMATIVE PROLIFERATION
87
3_COMPONENTE Objetivo: Mediante procesos de “folding” montamos el componente en sus cuatro brazos en sus cuatro vertices asimétricamente. BASE 2 // Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y bridas de pvc cómo elemento de fijación.
88
PERFORMATIVE PROLIFERATION
89
4_COMPONEN- Objetivo: Utilizando la adici贸n de los dos componentes base, estos formar谩n TES COMPLEJOS superficies complejas. // Material: Polipropileno de 2 mm de espesor y bridas de pvc c贸mo elemento de fijaci贸n.
+
=
+
= +
=
4_1_COMPONENTE COMPLEJO 1 // 10
10
05
05
00
00
00
00
05
05
10
10
10 10
05
05
00
00
00
90
05
10
00
05
10
4_2_COMPONENTE COMPLEJO 2 //
10
05
00
00
05
10
10
05
00
10
05
10
00
05
00
4_3_COMPONENTE COMPLEJO 3 // 10
05
00
00
05
10
10
05
00
00
15
10
05
00
PERFORMATIVE PROLIFERATION
91
5_ESTRUCTURAS COMPLEJAS //
92
PERFORMATIVE PROLIFERATION
93
5_ESTRUCTURAS COMPLEJAS //
COMPONENTE 1
C
COMPONENTE 2
COMPONENTE 3
ONCEPTO
COMPLEJIDAD Complejidad es la cualidad de lo que está compuesto de diversos elementos. En términos generales, la complejidad tiende a ser utilizada para caracterizar algo con muchas partes que forman un conjunto intrincado. El pensamiento complejo es una noción utilizada en filosofía y epistemología por autores como Anthony Wilden o Edgar Morin, en física y biología (por Henri Atlan), y en sociología e informàtica. La definición varía significativamente según el área del conocimiento. Edgar Morin ve el mundo como un todo indisociable y propone abordar de manera multidisciplinar y multirreferenciada para la construcción del pensamiento, contraponiéndose a la causalidad para abordar fenómenos como una totalidad orgánica. Fuente: Wikipedia.
94
6_PARAMETRIZACIÓN DEL COMPONENTE //
Una vez estudiado el componente en el modelo físico lo geometrizamos digitalmente, mediante el sotfware “Top Solid”. De esta manera podremos estudiar científicamente las características de geométricas del componente antes de proliferarlo.
PERFORMATIVE PROLIFERATION
95
FASE 3_ REACTIVE SYSTEM //
Una vez estudiado el componente estático y todas sus variaciones geométricas, aplicamos los aprendido en el taller de Reactive Systems. Al componente base le añadimos un mecanismo muy sencillo mediante el cúal conseguimos que varíe su geometría, diseñando un sistema vivo, con capacidad de reaccionar a un entorno también vivo y adaptándose a él.
El salto de escala a 1:20 nos permitirá estudiar con mayor detalle las características reactivas del componente. Mediante sensores para tomar datos del entorno, hemos procesado los datos mediante microcontroladores y se han trasladado a los actuadores que forman parte de nuestro diseño activo.
9 96
1_COMPONENTE Tras la obtención del componente base le introducimos un actuador que reaccionará a los estímulos externos al componente. Como estímulo hemos REACTIVO //
determinado la energía soalr recibida, así la pieza se abrirá o cerrará dependiendo de la incidencia solar sobre la misms, creando espacio más o menos soleados. La elasticidad del material junto con la geometría desarrolada del componente es fundamental para realizar este proceso, ya que de cualquier otra manera al recibir este tipo de esfuerzo el componente sobrepasaría su límite elástico y se rompería.
2_CAMBIO DE ESCALA //
Componente desplegado
El cambio de escala supone reestudiar el componente. Al estudiar las tensiones porducidas al doblar el componente identificamos las líneas de tensión (marcadas en rojo). Estas líneas de tensiones se comportan como elementos estructurales de la morfología del componente, por lo que el resto del componente puede ser aligerado (marcadaos en azul), lo cúal supone un ahorro de material, una disminución del peso de cada componente y una mayor permeabilidad.
Líneas de tensión
Superficies aligeradas
Componente plegado PERFORMATIVE PROLIFERATION
97
3_ REACCIONES//
Actuador
Arandelas
Tornillos de sujeción
3_1_REACCIÓN 0 //
Varilla roscada que actua cómo regulador
Tornillo de regulación del eje
Componente desplegado
Extensión del eje-regulador Tuercas
C
ONCEPTO
ACTUADOR Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Cara inferior del componente montado con el servomotor incorporado
Cara superior del componente montado 98
Actuadores eléctricos La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, seria la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas. Existen Alambres Musculares®, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores. Fuente: Wikipedia.
3_2_REACCIÓN 1 //
C
ONCEPTO
ESCALA La escala es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa. Fuente: Wikipedia.
El cambio de escala** supone un cambio de material y una adaptación de la geometría, debido a las reacciones que se producen en las zonas de pliegues del componente. A parte de la aligeración del componente mediente las perforaciones anteriormente estudadas, nos encontramos con el problema de la rigidez en los pliegues.
Test 1 //
Para ello experimentamos con diferentes maneras de abordar el problema, mediante cortes superficiales en las líneas de tensión de la estructura formada que supone en componente escalado.
CONCLUSIONES // Las branqueas creadas en el test 1 no resultan lo suficientemente flexibles para el componente.
Test 2 //
El corte vertical en el test 2 debilita demasiado los brazos de la estrella. La combinación de un corte horizontal o otro vertical en forma de “T” presenta el mismo problema de debilidad de la estructur.
Test 3 //
La solución híbrida de un marcado superficial, en lugar de una perforación nos permite flexibilizar los brazos de la estrella lo suficiente para dotarlos de movilidad sin llegar a debilitar la estructura. Test 4 // PERFORMATIVE PROLIFERATION
99
3_1_REACCIÓN 2 // Una vez asumida la reacción 1, el siguiente paso es experimentar como funciona el componente completo sujeto a esfuerzos mecánicos. Para similar estos esfuerzos hemos utilizado un taladro que actúa sobre el eje central que hace reaacionar al actuador.
CONCLUSIONES // La flexiblidad que nos dan los marcajes superficiales en las articulaciones nos permite que los componen plieguen y se adapten a su función reactiva sin problemas. Los tests realizadas con la variilla y el taladro verifican la viablidad del componente para poder proliferar y pasar a una tercera fase en que la reacción sea controlada mediante la programación en Arduino
100
3_1_REACCIÓN 3 // Mediante una protoboard, un cable USB y la placa de Arduino, conectamos lo que hemos programada en Arduino al prototipo y verificamos que el sistema se comporta según lo establecido. Es decir, reacciona a las variaciones de intensidad lumínica, cerrándose o abriéndose , según la intensisdad. Cable USB
CÓDIGO REACTIVO Servo miservo[2]; int pinServo[] = {7,5}; // control servos
void setup(){ for (int i=0;i<2;i++){ miservo[i].attach (pinServo[i]);} } void loop(){ miservo[0].write (0); // 0 + 15000 miservo[1].write (0); // 1 + 15000 delay (15000); miservo[0].write (180); // 0 + 10000 miservo[1].write (0); // 1 + 20000 delay (5000); miservo[0].write (0); // 0 + 25000 miservo[1].write (0); // 1 + 35000 delay (15000); miservo[0].write (90); // 0 + 25000 miservo[1].write (0); // 1 + 45000 delay (10000); miservo[0].write (0); // 0 + 30000 miservo[1].write (180); // 1 + 40000 delay (5000); miservo[0].write (0); // 0 + 40000 miservo[1].write (0); // 1 + 50000 delay (10000); miservo[0].write (0); // 0 + 45000 miservo[1].write (180); // 1 + 45000 delay (5000);
miservo[0].write (180); // 0 + 30000 miservo[1].write (180); // 1 + 30000 delay (15000); miservo[0].write (0); // 0 + 35000 miservo[1].write (180); // 1 + 25000 delay (5000); miservo[0].write (180); // 0 + 20000 miservo[1].write (180); // 1 + 10000 delay (15000); miservo[0].write (90); // 0 + 20000 miservo[1].write (0); // 1 + 20000 delay (10000); miservo[0].write (180); // 0 + 15000 miservo[1].write (0); // 1 + 25000 delay (5000); miservo[0].write (180); // 0 + 5000 miservo[1].write (180); // 1 + 15000 delay (10000); miservo[0].write (180); // 0 + 00 miservo[1].write (180); // 1 + 10000 delay (5000); miservo[0].write (00); // 0 + 00 miservo[1].write (180); // 1 + 00 delay (10000);
Protoboard
Placa Arduino
La fachada reactiva responde a las condiciones de clima exterior. En un día nublado el componente de fachada se abre en toda su amplitud para facilitar la entrada de luz natural mientras que en un día soleado ocurre el proceso contrario. Los forjados se desplazan solidariamente con la fachada con la que la altura del edificio varía según la condición climática.
} Prototipo formado por 4 piezas // PERFORMATIVE PROLIFERATION
101
La proliferación reactiva la afrontamos con el objeto de desarrollar el proyecto FASE 4_ PROLIFERACIÓN y llevarlo hacia la tipología de una torre en altura. Para ello desarrollaremos diferentes estrategias de proliferación y crecimiento basadas en lo estudiado REACTIVA_ anteriormente. El objetivo final es la creación de un sistema “reproductivo” que PROYECTO FINAL denominaremos STAR SYSTEM. // La arquitectura hoy en día se diseña por medio del método TOP DOWN, que significa el tener una “receta” para lo que voy a hacer, es decir, una forma pre-escrita, que se somete a una realidad o a un orden. El diseño paramétrico ocupa el método BOTTON UP, que significa crear una lógica a partir de relaciones locales. Esto se puede encontrar en un ejemplo bien básico: las bandadas de pájaros. Siguen corrientes de viento, velocidad, luz, etc.… tienen parámetros y rangos que siguen un orden que evita sus choques, tienen una lógica de bandada que organiza normas que determina sistemas. La distancia de un pájaro a otro se puede medir, son medidas conocidas, milímetros, centímetros, metros… La forma de la bandada se da por parámetros. La arquitectura paramétrica identifica variables que van en juego y mide sus niveles de identidad. Otro ejemplo común: Los Tornados. Son una entidad que nace, se desarrolla y muere, hasta se les pone un nombre. Un tornado se produce con la suma de variables que tienen gradientes exactas, como la temperatura, dirección y velocidad del viento, horas del día, humedad, etc., cuando estas variables coinciden se crea el tornado, o sea, emerge un orden. Entonces según lo visto, si quisiéramos diseñar paramétricamente un “espacio de circulación”, se tendría que hacer un MAPEO de las variables (parámetros) y de sus gradientes, como usuarios, cantidad de usuarios, flujos, tamaño de flujos, horas, por donde sigue el flujo, etc., y según esos parámetros y de sus distintos grados, se arma una forma. Computar: Significa introducir “inputs” que sería la restricción; y que salgan “outputs”, que sería el resultado arquitectónico. Cuando se computan muchos datos, que serian imposible computarlos análogamente, se ocupa el computador. Ejm, tráfico en la ciudad, en donde existen muchas variables, muchas gradientes en el tiempo y espacio. los procedimientos de diseño son simples, generalmente se propone una RESTRICCION que sería el encargo, y para cumplirla se buscan estos parámetros de diseño (como el viento, la lluvia, los flujos, las densidades, etc…) los cuales tienen diferentes gradientes. A tener estos e introducirlos al computador, se genera una forma, la cual se puede “suavizar” para buscar una forma más limpia y coherente con el proyecto. Los INPUTS más utilizados para diseñar son: El Ambiente: El viento, la lluvia, el sol, la humedad, la temperatura y todas sus variables como la velocidad, la cantidad, el origen, etc.… La Animación: Estos tienen que ver con vitabilidad de los usuarios, como se mueven, los recorridos, flujos, número de usuarios, horas, velocidades, etc.… 102
1_ MÉTODO//
C
Para conseguir proliferar con una lógica conocida el componente en el desarrollo del proyecto, desarrollamos una retícula base de 4x4 componentes, en el que los componentes de los extremos se comportan como componentes reactivos, los perimetrales que no tienen condición de cambio de sentido(extremo) son semirreactivos y los que quedan envueltos por estos son componentes pasivos, es decir, funcionan a expensas de lo que hagan los demás.
ONCEPTO
VARIACIÓN 1. f. Acción y efecto de variar. 2. f. Mat. Cada uno de los subconjuntos del mismo número de elementos de un conjunto dado, que difieren entre sí por algún elemento o por el orden de estos. Fuente: Diccionario R.A.E.
Retícula base //
Retícula inicial sin variación //
La variación** en la retícula se consigue mediante la aplicación de la serie de Fibonacci en cada componente de la retícula. El componente se comporta de manera inversa a cómo lo hace si no es aplicada la serie. De esta manera nos proporciona que la torre efectue giros y torsiones controlados mediante la serie.
Retícula inicial con variación // PERFORMATIVE PROLIFERATION
103
2_ LÓGICAS DE CRECIMIENTO// 2_1_ //
2_2_ //
2_3_ //
2_4_ //
104
2_5_DESARROLLO DEL COMPONENTE PASIVO //
2_6_DESARROLLO DEL COMPONENTE ACTIVO //
Como sistema de verificación del comportamiento y performance del sistema reactivo se desarrollo el modelado paramétrico de un trozo de la malla a manera de testigo. Partiendo de los modelos individuales de los componentes, con y sin actuador, se desarrollo un modelo de la malla tridimensional sobre la cual aplicar los modelos individuales antes mencionados a manera de “assembly” dentro del entorno Top-Solid. Definidos los componentes activos (D1 a D9) el input exterior se distribuyen dentro de la malla como se ilustra en el siguiente esquema. Nuevamente el problema de la “secuencia u orden de modelado” dentro de Top-Solid hace que el parámetro D4 supuesto para la definición de los valores A y B sea diferente del real dentro del modelo. Por esa razón el componente correspondiente a D4 se modela con un nuevo parámetro D44, medido en el modelo. A seguir se debe introducir el valor de D44 redefiniendo D4 manualmente. Lo mismo sucede con los componentes D6 y D9, reemplazados por D66 y D99 respectivamente. Para la definición de los componentes pasivos se miden las distancias L1 a L6 y se las divide en tres partes iguales, como se ilustra en el esquema. Otro parámetro importante dentro del sistema es en ángulo de giro entre los componentes. Para ser capaces de, por regla de tres simple, despejar el valor de cada ángulo es necesario conocer el perímetro total del sistema en cada línea. Una vez estos perímetros son medidos y definidos como se ve en el diagrama se define que componente responde a cada perímetro. PERFORMATIVE PROLIFERATION
105
Componente y actuador digitalizados en TopSolid //
La parametrización de la superfice en TopSolid mediante las lógicas establecidas nos devuelve un modelo reactivo a los estímulos externos.
3_ COMPONENTE REACTIVO//
106
La verificación del proceso reactivo experimentada digitalmente se testea en el prototipo a escala 1:20. Material: Polipropileno de 2 mm de espesor, aradelas, tuercas, servomotor, benchmark, luz artificial, cables de conexión.
4_ CRECIMIENTO El proceso se culmina con la uni贸n de los diferentes componentes, reactivos y pasivos los cuales siguen las reglas de proliferaci贸n descritas anteriormente hasta conformar EN ALTURA// una torre en altura.
Componentes planos //
Componentes reactivos //
Componentes pasivos //
PERFORMATIVE PROLIFERATION
107
5_ ESTUDIO DE CONTACTO CON EL SUELO //
108
PERFORMATIVE PROLIFERATION
109
6_ CONFIGURACIÓN FINAL_STAR SYSTEM //
Variaciones de crecimiento // 110
PERFORMATIVE PROLIFERATION
111
7_ STAR SYSTEM IN THE WORLD // STAR SYSTEM EN PARIS //
112
STAR SYSTEM EN DUBAI //
PERFORMATIVE PROLIFERATION
113
STAR SYSTEM EN LONDRES//
STAR SYSTEM EN SYDNEY//
114
PERFORMATIVE PROLIFERATION
115
MASLAB // LABORATORIO DE SISTEMAS MATERIALES // Master de Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA) ELISAVA Escola Superior de Disseny, Barcelona 1º edición
Fernando Rial Ponce fernando@dcrarq.com
Impreso en Barcelona, septiembre de 2010 © de la edición Fernando Rial © del texto Fernando Rial © de las imágenes Fernando Rial y Manuel Lopes
116
117
MASLAB // LABORATORIO DE SISTEMAS MATERIALES // Master de Diseño Avanzado y Arquitectura Digital (ADDA) ELISAVA Escola Superior de Disseny, Barcelona 1º edición
118