Facultad de Arquitectura, Artes, Diseño y Urbanismo Universidad Mayor de San Andrés
Proyecto de Investigación e Interacción Social IDH-UMSA
LABORATORIO EXPERIMENTAL DE ARQUITECTURA RESPONSIVA MEDIOAMBIENTAL L.E.A.R.M.A.
Sociedad Científica Estudiantil de la Carrera de arquitectura 2012-2013
PRIMERA EDICIÓN 500 ejemplares Noviembre 2013 La Paz - Bolivia ES UNA OBRA DE: Sociedad Científica Estudiantil de la Facultad de Arquitectura Facultad de Arquitectura, Artes, Diseño y Urbanismo Universidad Mayor de San Andrés IMPRESO EN: C&C Impresiones
Redacción y Elaboración del Proyecto: Omar Quispe Conde Daniel Isai Ticona Callisaya Gonzalo Antonio Muñoz Castro Nieves Ximena Villarroel Condori Jorge Giovany Quiroga Chavarría Coordinador del Proyecto: Arq. Eric Víctor Rivero Linares
La Paz - Bolivia Todos los derechos reservados. Prohibida su reproducción total o parcial sin la autorización de la Universidad Mayor de San Andrés - Facultad de Arquitectura, Artes, Diseño, Y Urbanismo Sociedad Científica Carrera de Arquitectura Arq. Walter Espinoza García Decano Arq. Daniel Sauza Salazar Vicedecano
Laboratorio Experimental de Arquitectura Responsiva Medio-Ambiental
PRESENTACIÓN Esta investigación concierne a uno de los trabajos de la Sociedad Científica Estudiantil de la Carrrera de Arquitectura, de la Facultad de Arquitectura, Artes, Diseño y Urbanismo, como respuesta a la convocatoria pública de proyectos de Investigación e Interacción Social IDHUMSA, a durante la gestión 2011-2012.
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El proyecto es presentado a concurso bajo al apoyo y la tutela del arquitecto Eric Víctor Rivero Linares quien asume el cargo de Coordinador General del proyecto “Laboratorio Experimental de Arquitectura Responsiva Medio-Ambiental L.E.A.R.M.A.”.
AGRADECIMIENTOS
Nuestros más sinceros agradecimientos a Dios y todos los que apoyaron esta iniciativa estudiantil de investigación, al Arq. Eric Víctor Rivero Linares por la confianza brindada a este grupo de trabajo, al señor Decano de nuestra querida Facultad, Arq. Walter Andrés Espinoza García, quien nos demostró paciencia y buena predisposición para sacar adelante este emprendimiento. No podemos quedar indiferentes con la persona que desde un principio nos incentivo a continuar con en el camino de la in-
dagación académica fortaleciendo de gran manera el esfuerzo de los estudiantes, el Arq. Gastón Gallardo.
Sin dejar de mencionar también a nuestra casa de estudios Universidad Mayor de San Andrés, institución que brindó los recursos necesarios para hacer realidad este proyecto de implementación e investigación.
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Laboratorio Experimental de Arquitectura Responsiva Medio-Ambiental
ÍNDICE CAP. 1.- INTRODUCCIÓN 1.1. Introducción 1.2. Problemática 1.3. Contexto y Justificación del Proyecto 1.4. Objetivos 1.4.1. Objetivo General 1.4.2. Objetivos Específicos
MARCO TEÓRICO CAP. 2.- 2.1. Antecedentes históricos 2.2. Área conceptual del diseño 2.2.1. Diseño 2.2.2. Algoritmo 2.2.3. Diseño Paramétrico 2.2.4. Diseño Algorítmico 2.2.5. Geometrías NURBS 2.2.6. Iteración 2.2.7. Diferenciación 2.2.8. Auto-organización 2.2.9. Proliferación 2.2.10. Open Source – Código Abierto 2.3. Área Conceptual de Fabricación 2.3.1. Estrategias de Fabricación 2.3.1.1. Fabricación Personalizada 2.3.1.1.1. Control Numérico CNC 2.3.1.1.2. Código G – G Code 2.3.1.2. Fabricación Digital 2.3.1.2.1. Método Sustractivo 2.3.1.2.1.1. Corte Láser 2.3.1.2.1.2. Corte Plasma 2.3.1.2.1.3. Fresado 2.3.1.2.1.4. Corte de Agua (wáterJet) 2.3.1.2.2. Método Aditivo 2.3.1.2.3. Método Formativo 2.4. Área Conceptual de Análisis 2.4.1. Sensoria Ambiental 2.4.2. Análisis Topológico 2.5. Área Conceptual de Tratamiento 2.5.1. Software 2.5.1.1. Rhinoceros 2.5.1.2. Grashopper (Saltamontes) 2.5.1.3. Ecotec 2.5.1.4. Arduino 2.5.1.5. Repetier-Host 2.5.1.6. Scanstudio HD
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pág.9 pág.10 pág.11 pág.12 pág.14 pág.14 pág.15 pág.16 pág.17 pág.20 pág.20 pág.21 pág.22 pág.23 pág.24 pág.24 pág.24 pág.26 pág.26 pág.28 pág.29 pág.29 pág.29 pág.30 pág.31 pág.32 pág.32 pág.33 pág.34 pág.35 pág.36 pág.37 pág.40 pág.41 pág.41 pág.41 pág.42 pág.42 pág.42 pág.44 pág.45 pág.46 pág.46 pág.47
2.5.2. Hardware pág.47 2.5.2.1. Placa de prototipado – Protoboard pág.47 2.5.2.2. Tarjeta Electrónica Arduino pág.48 2.5.2.3. Servomotores pág.48 2.5.2.4. Impresora 3D pág.49 2.5.2.5. Escáner 3D pág.49 2.5.2.6. Sensoria pág.50 2.6. Complementación Temática pág.51 2.6.1. Generación Formal pág.51 2.6.2. Sistemas Responsivos pág.51 2.6.3. Escenarios Performativos pág.51 2.6.4. Estructuras Tensegriticas pág.52 2.6.5. Estructuras Dinámicas pág.52 2.6.6. Arquitectura Responsiva pág.53 2.6.7. Biomimética pág.53 CAP. 3.-
MARCO PRÁCTICO
pág.54
3.1. Exploración de Estrategias de Diseño Digital pág.55 3.1.1. Introducción pág.56 3.1.2. Método pág.57 3.1.3. Conclusión pág.59 3.2. Exploración y Técnicas de Fabricación Digital pág.62 3.2.1. Introducción pág.63 3.2.2. Método pág.64 3.2.3. Conclusión pág.65 3.3. Exploración de Sistemas Quinéticos de Precisión pág.70 3.3.1. Introducción pág.71 3.3.2. Método pág.71 3.3.3. Conclusión pág.72 3.4. Exploración en Diseño de Juntas Personalizadas pág.76 3.4.1. Introducción pág.77 3.4.2. Método pág.78 3.4.3. Conclusión pág.80 3.5. Análisis Topológico a través del Escaneo 3D pág.83 3.5.1. Introducción pág.84 3.5.2. Método pág.85 3.5.3. Conclusión pág.86 3.6. Análisis Ambiental con Herramientas de Software y Hardware Open Source pág.88 3.6.1. Introducción pág.89 3.6.2. Método pág.91 3.6.3. Conclusión pág.98 CAP. 4.- Bibliografía
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
pág.99 pág.101
l.e.a.r.m.a.
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1; Procedimiento tradicional de maquetismo Pág. 11 Figura 2; Ambiente de trabajo para investigación Pág. 11 Figura 3; Laboratorio de Fabricación Digital de Sevilla Pág. 12 Figura 4; Investigación y experimentación, en Laboratorio Pág. 13 Figura 5; Generación de modelo digital Pág. 14 Figura 6; Impresión de modelo 3D Pág. 15 Figura 7; Neil Gershenfeeld director IMT Pág. 17 Figura 8; Red de FAB LABS en el mundo Pág. 18 Figura 9; Armado de un circuito electrónico Pág. 19 Figura 10; Instalaciones laboratorio L.E.A.R.M.A. Pág. 19 Figura 11; Algoritmos Generativos - alturas Pág. 20 Figura 12; Algoritmos Generativos - superficies Pág. 20 Figura 13; Algoritmos Generativos - juntas Pág. 20 Figura 14; Algoritmo de una tasa de te Pág. 21 Figura 15; Algoritmo del modelado de una manzana Pág. 21 Figura 16; Descripción de un algoritmo y sus componentes Pág. 21 Figura 17; Algoritmo Generador Pág. 22 Figura 18; Geometría modelada en base al algoritmo Pág. 22 Figura 19; Render de modelo final Pág. 22 Figura 20; Exploración formal de una superficie Pág. 23 Figura 21; Algoritmo generador de un modelo digital Pág. 23 Figura 22; Sheld Arduino hardware open source Pág. 24 Figura 23; Arduino programa nativo de programación abierta Pág. 24 Figura 24; Puntos de control en curva Pág. 25 Figura 25; Puntos de control en superficie Pág. 25 Figura 26; Ejemplo de iteración de superficie triangular Pág. 26 Figura 27; Ejemplo de diferenciación por color Pág. 26 Figura 28; Diferenciación por tamaño y posición Pág. 26 Figura 29; Ejemplo auto organización de espacios orgánicos Pág. 27 Figura 30; Sistema auto organización de panel abejas Pág. 27 Figura 31; Acercamiento sistema de auto organización del panel Pág. 27 Figura 32; Proliferación de burbujas de jabón Pág. 28 Figura 34; Proliferación celular Pág. 28 Figura 35; Parámetros de modificación de teletransportación Pág. 29 Figura 36; Resultado del ejercicio de teletransportación Pág. 29
Figura 37; Cortadora Plasma CNC Pág. 30 Figura 38; Modelo digital generado por código-G Impresora 3D Pág. 31 Figura 39; Resultado de Fabricación digital Pág. 32 Figura 40; Resultado de Fabricación digital Pág. 32 Figura 41; Cortadora láser haciendo un corte en madera Pág. 33 Figura 42; Cortadora Plasma haciendo corte en plancha Pág. 34 Figura 43; Fresadora CNC realizando corte en madera Pág. 35 Figura 44; Cortadora wáter jet para material duro Pág. 36 Figura 45; SLA 250 Stereolithgraphy Pág. 37 Figura 46; Z406 Zcorp Architecture Pág. 38 Figura 47; Termojet printer fused Pág. 38 Figura 48; Rep Rap Darwin impresora 3D Pág. 39 Figura 49; Impresora 3D - G1, herramienta L.E.A.R.M.A. Pág. 39 Figura 50; Impresión 3D con resina ABS Pág. 39 Figura 51; Dobladora CNC de tubos de aluminio Pág. 40 Figura 52; Pabellón BMW, Ginebra Zuisa Pág. 40 Figura 53; Portada del curso sensorial medio ambiental Pág. 41 Figura 54;Escaneo 3D de un objeto Pág. 41 Figura 55; Logotipo del software Rhinoceros Pág. 42 Figura 56; Proliferación de una superficie Pág. 43 Figura 57; Diseño industrial Pág. 43 Figura 58; Logotipo plugine grasshopper Pág. 44 Figura 59; Ejercicio torre paramétrica Pág. 44 Figura 60; Generación de una superficie en grasshopper Pág. 44 Figura 61; Interface visual Ecotec Pág. 45 Figura 62; Ventana de programación lenguaje de Arduino Pág. 46 Figura 63; Repetier Host controlador programa Pág. 46 Figura 64; Interface controlador programa Escáner 3D Next Engine Pág. 47 Figura 65; Next Engine software Pág. 47 Figura 66; Proto board, placa de prototipado electrónico Pág. 47 Figura 67; Arduino uno, micro controlador código abierto Pág. 48 Figura 68; Arduino mega, micro controlador código abierto Pág. 48 Figura 69; Prueba del servo motor en maqueta Pág. 48 Figura 70; Servo motor de 3,8 Kg. de fuerza Pág. 48 Figura 71; Impresora 3D Mix G1 Pág. 49
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
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Figura 72; Escáner 3D, Next Engine Pág. 49 Figura 73; Conjunto de sensores, medio ambientales sheld y arduino Pág. 51 Figura 74; Diseño morfológico a través de seres vivos y naturaleza Pág. 51 Figura 75; Generación de una superficie a través de un algoritmo Pág. 51 Figura 76; EAP polímero accionar de peso ultraligero Pág. 52 Figura 77; Demostración de una estructura tensegritica Pág. 52 Figura 78; Torre Al Bahar sistema de control de asolamiento Pág. 53 Figura 79; Panel solar basado en el movimiento del girasol Pág. 53 Figura 80; Geometrías libres Pág. 56 Figura 81; Superficies desplegables para su ensamblaje Pág. 57 Figura 82; Vistas de superficies diseñadas por Rhinoceros Pág. 58 Figura 83; Superficies con puntos de control para su deformación Pág. 59 Figura 84; Prototipo de Estructura Pág. 59 Figura 85; Características de superficie, cantidad puntos y curvas Pág. 60 Figura 86; Deformación de superficie por puntos de control Pág. 60 Figura 87; vistas de superficie por puntos de control Pág. 60 Figura 88; Superficie con puntos de control expuestos Pág. 60 Figura 89; Geometría generada por algoritmo de superficie Pág. 61 Figura 90; Proliferación de sub-superficies Pág. 61 Figura 91; Codificación de sub-superficies Pág. 61 Figura 92; Ejemplo comando Unroll de despliegue en Rhinoceros Pág. 63 Figura 93; Sub superficies Plegado y ensamblados de una superficie Pág. 64 Figura 94; Algoritmos de Fabricación aplicado a una superficie libre Pág. 65 Figura 95; Modelo digital de técnicas de Fabricación Pág. 65 Figura 96; Modelado digital final para la fabricación Pág. 66 Figura 97; Modelado digital propuesto Pág. 68 Figura 98; Proceso de corte y ensamblado de estructura Pág. 68 Figura 99; Modelo Físico concluido Pág. 6 Figura 100; Prototipo con el ensamblado final Pág. 69 Figura 101; Generación de piezas móviles Pág. 72 Figura 102; Generación de algoritmos de movimiento simulado Pág. 72 Figura 103; Superficies móviles en posición de inicio Pág. 73 Figura 104; Superficies móviles a 30° de posición Pág. 73 Figura 105; Superficies móviles a 50° de posición Pág. 73 Figura 106; Superficies móvil desarrollada en grasshopper Pág. 75
Figura 107; Impresión 3D de juntas Pág. 77 Figura 108; Impresión en 3D en proceso Pág. 78 Figura 109; Juntas impresas finalizadas Pág. 78 Figura 110; Algoritmo generado de juntas en grasshopper y rhinoceros Pág. 79 Figura 111; Juntas representada en Repetier Host 3D y código G-1 Pág. 80 Figura 112; Tipo de Juntas impresas Pág. 78 Figura 113; Impresión 3D de juntas Pág. 80 Figura 114; Prueba de un algoritmo generador de juntas Pág. 80 Figura 115; Armado de juntas Pág. 80 Figura 116; Diferentes aplicaciones de juntas Pág. 81 Figura 117; Aplicación de un algoritmo a juntas a un sistema hexagonal Pág. 81 Figura 118; Generador de juntas aplicadas a un sistema complejo Pág. 81 Figura 119; Prototipo de junta móvil Pág. 82 Figura 120; Visualización de objeto escaneado en Next Engine Pág. 84 Figura 121; Modelo 3D manipulable en Rhinoceros Pág. 84 Figura 122; Escaneado de objeto Pág. 85 Figura 123; Barrido láser de escaneado Next Engine Pág. 85 Figura 124; Resultado del escaneado en Rhinoceros Pág. 85 Figura 125; Escaner Next Engine y un objeto a escanear Pág. 87 Figura 126; Objeto ya escaneado Pág. 87 Figura 127; Vistas del objeto escaneado en Rhinoceros Pág. 87 Figura 128; Multisensor ensamblado en el laboratorio L.E.A.R.M.A. Pág. 90 Figura 129; Montado de shelds y sensores a carcasa Pág. 93 Figura 130; Sheld y arduino Pág. 93 Figura 131; Prueba de funcionamiento de sensores Pág. 93 Figura 132; Montado de shelds y sensores Pág. 93 Figura 133; Toma de datos de campo Pág. 80 Figura 134; Datos ambientales recogidos Pág. 80 Figura 135-136; Visualización datos en forma tridimensional según el recorrido Pág. 80 Figura 137; Visualización datos en forma tridimensional del Prado Pág. 80 Figura 138; Recolección de datos medio ambientales Pág. 80 Figura 139; Visualización datos en forma tridimensional según el recorrido Pág. 80 Figura 140; Visualización datos en forma tridimensional según el recorrido Pág. 81 Figura 141; Recolección de datos medio ambientales Pág. 80 Figura 142; Visualización datos en forma tridimensional según el recorrido Pág. 80
Capítulo UNO
INTRODUCCIÓN
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Laboratorio Experimental de Arquitectura Responsiva Medio-Ambiental
1.1. INTRODUCCIÓN El creciente desarrollo de las tecnologías digitales, los sistemas de procesamiento de información y la electrónica digital, han impulsado la evolución de nuevas tecnologías y su aplicación en distintos ámbitos profesionales. Basándose en este desarrollo digital, dentro del campo de la arquitectura se han desarrollado nuevos enfoques de proyección y diseño arquitectónico, originando la aparición de nuevos conceptos: sistemas responsivos, diseño paramétrico y biomimética, los mismos permiten optimizar recursos mediante el análisis digital (software especializados) de variables climatológicas, geofísicas, y/o tipos de materiales de construcción etc, traduciendo este análisis en elementos concretos y reales de diseño (maquetas físicas a escala, prototipos) Por lo mencionado anteriormente este proyecto propone implementar un laboratorio experimental que maneje principios de investigación y desarrollo tecnológico dentro del campo de la arquitectura, siendo este un pilar de inicio para la formación académica de estudiantes, que contribuirá en la búsqueda de soluciones alternativas frente a problemáticas actuales en materia de habitad y espacio, enmarcándonos dentro de conceptos de generación formal, sistemas
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responsivos (escenarios performativos, Estructuras tensegriticas, estructuras dinámicas, proliferación e iteración), orientados a un fin arquitectónico basados en el desarrollo sostenible. El proyecto implica el uso de hardware especializado, tales como tarjetas arduino, componentes y dispositivos electrónicos, además del software correspondiente (grasshopper, rhinoceros, ecotec, etc.). Adecuado tanto para el análisis y diseño, así como para la interacción con las estaciones de trabajo (computadores) como elementos de control y gestión. Cabe añadir que en materia de equipamiento se cuenta con una impresora 3D como dispositivo de generación de modelos físicos tridimensionales y un escáner 3D como elemento de obtención de datos digitales desde un modelo real para su manipulación desde un computador.
L.E.A.R.M.A.
1.2.
PROBLEMÁTICA
Varios son los factores que motivaron a realizar este emprendimiento académico.
La carrera de Arquitectura presenta falencias en cuanto a la carencia de tecnología apropiada en materia de diseño y análisis de proyectos tanto virtuales como físicos, esto en comparación al avance tecnológico que se observa alrededor del mundo. Llama la atención cuando hacemos una comparación de las condiciones académicas con universidades de países vecinos, de lo que observamos una carencia de recursos (espaciales, económicos, humanos) que vayan destinados a promover tanto la investigación estudiantil como por parte de
docentes investigadores. Se observa que la facultad de arquitectura ha ingresado en un periodo en el que el estudiante tiene poco interes por el aprendizaje de nuevas temáticas, la experimentación y la investigación que debe ser considerada un elemento de formación del estudiante. La falta de políticas tanto de promoción o incentivo a la generación de conocimiento académico, lo que se ve reflejado en el trabajo de actualización tanto de docentes como estudiantes la cual no es de las mejores. Todos estos factores nos llevan a ser más sistemáticos y realizar una reflexión para ver el grado de preparación para las nuevas generaciones de futuros arquitectos.
Fi g. 1 Procedimiento
Fi g. 2 Ambiente de
tradicional de
trabajo para
maquetismo Fuente: L.E.A.R.M.A.
investigación. Fuente: L.E.A.R.M.A.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
1.3. CONTEXTO Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Actualmente la globalización ha permitido el avance tecnológico de las principales ciudades, permitiendo relacionar el diseño arquitectónico con el desarrollo tecnológico digital en la generación de nuevas propuestas espaciales lo que se ve reflejado en diferentes hechos arquitectónicos alrededor del mundo.
Dentro de Latinoamérica ya se pueden observar grandes avances relacioFi g. 3 L ab or atorio de f abric ación digit al FABL AB S evilla. Fuente: www.fablabsevilla.com
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nados a sistemas de diseño y fabricación digital tocando temas responsivos, diseño paramétrico y biomimética (entre otros). Sin ir muy lejos en el país vecino de Perú en la ciudad de Lima dentro la Universidad Nacional de Ingeniería se encuentra el FAB LAB Lima (Laboratorio de Fabricación) perteneciente a una red mundial de laboratorios destinados a la experimentación de técnicas digitales dentro el campo de la arquitectura e ingeniería. Ante esta realidad latente en el mundo, nuestro país, nuestra ciudad y en especial la Facultad de Arquitectura Artes Diseño y Urbanismo de la Universidad Ma-
L.E.A.R.M.A. Fi g.4 Inves tigación y exp eriment ación en L ab or atorio Fuente: L .E. A .R .M. A .
yor de San Andrés UMSA, como estandarte de la educación superior en Bolivia, no puede quedarse al margen de este avance y revolución tecnológica. La implementación del laboratorio el cual se ha denominado: “LABORATORIO EXPERIMENTAL DE ARQUITECTURA RESPONSIVA MEDIOAMBIENTAL - L.E.A.R.M.A.” En las instalaciones de la Facultad de Arquitectura Artes Diseño y Urbanismo perteneciente a la Universidad Mayor de San Andrés, permitirá elevar el nivel de competitividad de los estudiantes de la facultad tanto en el país como afuera de él.
El proyecto L.E.A.R.M.A. tiene un carácter novedoso por cuanto se refiere al conocimiento y manejo de nuevos equipos (escáner 3D, impresora 3D), la inclusión de la tecnología como elemento de apoyo y optimización de proyectos arquitectónicos, sin olvidar la aplicación real en proyectos de nuestro interés como estudiantes de la carrera de arquitectura. Sin duda es el comienzo de uno de los primeros laboratorios en nuestro país que permitirá identificar, cualificar y cuantificar las causas de un efecto (natural o provocado) asociados al comportamiento de diferentes elementos espaciales (ej. Cubiertas, estructuras, muros etc.), por medio de análisis experimen-
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Fi g. 5 Generación de modelo digital
Fuente: L .E. A .R .M. A .
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tales realizados tanto en propuestas físicas como virtuales.
1.4. OBJETIVOS DE PROYECTO
Por lo mencionado anteriormente el laboratorio experimental LEARMA, maneja principios de investigación y desarrollo tecnológico dentro del campo de la arquitectura, siendo este un pilar de inicio para la formación académica de estudiantes que contribuirá en la búsqueda de soluciones alternativas frente a problemáticas actuales en materia de hábitat, espacio, y diseño, enmarcándolos dentro de conceptos de desarrollo sostenible.
1.4.1. OBJETIVO GENERAL Implementar un Laboratorio experimental, que contribuya a la investigación y experimentación de las tecnologías digitales, dentro del campo de la arquitectura abarcando temas de diseño, proyección, gestión de recursos, automatización, desarrollo sostenible en base al desarrollo de prototipos físicos.
L.E.A.R.M.A. Fi g. 6 Impresión de modelo 3D. Fuente: L.E.A.R.M.A.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
vos y paramétricos a través de generación de herramientas mecánicas y digitales.
Efectuar el equipamiento del laboratorio experimental, con base en equipos novedosos en nuestra área (escáner 3D, impresora 3D), además de la incorporación de herramientas electrónicas - digitales.
Generar propuestas de prototipos físicos y virtuales como alternativas de solución de la tecnología digital frente a problemas reales y actuales de la arquitectura.
Establecer lineamientos y metodologías básicas de investigación y experimentación.
Gestionar la información recibida por diversas fuentes, para aplicarla en la resolución de interrogantes que se presenten durante el proceso de investigación.
Fomentar la investigación en los estudiantes, en el ámbito de la tecnología y su desarrollo en la arquitectura.
Proporcionar la información específica a la comunidad facultativa conforme al avance y logros conseguidos por la investigación.
Adquirir los conocimientos generales, básicos y concretos sobre el área de estudio, sus alcances, limitaciones y su adecuación en el desarrollo de sistemas responsi-
Sensibilizarse con el medioambiente y aplicar la tecnología para reducir el impacto de la Arquitectura.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Capítulo DOS
MARCO TEÓRICO 16
L.E.A.R.M.A.
2.1 ANTECEDENTES HISTORICOS Laboratorio de Fabricación Digital: El proyecto L.E.A.R.M.A., iniciativa estudiantil sin precedentes dentro del sistema académico de la Facultad de Arquitectura de la UMSA, y pionera entre sus homologas en el sistema universitario nacional, tiene como referente fundamental el laboratorio FAB LAB (acrónimo del inglés Fabrication Laboratory) que es fundado el año 2000 en el Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT (Massachusetts Institute of Technology) E.E.U.U., a cargo del director de la época Neil Gershenfeld.
En el marco del desarrollo e investigación
del contenido de la información y su representación física a través de sistemas computarizados de diseño CAD, diseño paramétrico, y diseño algorítmico, con la ayuda de maquinaria CNC (Computer Numeric Control) son materializados. Este laboratorio nace equipado con las siguientes tecnologías: - Una cortadora láser controlado por un ordenador para ensamble de estructuras 3D a partir de partes 2D. - Una fresadora para hacer piezas medianas de muebles y de casas. - Una cortadora de vinilo para fabricar circuitos flexibles y antenas. - Una fresadora de precisión para realizar Fi g. 7 Neil Gershenfeld, director MIT fuente: www.forbes.com
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 8 Red de FAB LABs en el mundo. Fuente: htca.us.es
moldes tridimensionales. - Herramientas de programación para procesadores de bajo costo. - Una máquina de prototipado rápido de tipo Rep Rap (impresora 3D). Con el equipamiento de este tipo de herramientas el FAB LAB es capaz de fabricar casi cualquier objeto, donde cualquier persona puede uso de los equipos, aprender el método y hacer la fabricación por sí mismo,
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Por la versatilidad de la educación
impartida y la producción lograda por el Fab Lab, se van creando nuevas sucursales en India, Costa rica, Boston y Ghana que son inaugurados a partir del 2002. En la actualidad hay más de 50 sucursales en 30 países en todo el mundo. Como consecuencia, estos laboratorios de fabricación digital abren el camino hacia la investigación y producción individualizada y la fabricación personalizada a una escala media e individual. Donde la transacción es eliminada y la capacidad de
L.E.A.R.M.A.
construir objetos es adoptada. Crea el paradigma de una sociedad que se apropia y crea sus propios procesos de producción, dando soluciones inmediatas a problemas de diferentes escalas de complejidad.
Fi g. 9 Armado de un circuito electrónico. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Bajo la analogía del Fab Lab, el laboratorio L.E.A.R.M.A. pretende ser el precedente práctico de un laboratorio de fabricación digital en nuestra Facultad y también en Bolivia. Fi g.10 Instalaciones Laboratorio L.E.A.R.M.A. Fuente: L.E.A.R.M.A.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Para tener una mejor comprensión del proyecto, es necesario familiarizarse con algunos conceptos y términos que se usaran recurrentemente en la descripción del trabajo y los resultados del Laboratorio Experimental de Arquitectura Responsiva Medioambiental, el mismo que se encuentra dividido en tres áreas generales como: el diseño, la fabricación y el análisis,
2.2 ÁREA CONCEPTUAL DE DISEÑO 2.2.1. DISEÑO
El Diseño es la chispa de una idea o la formación de una imagen mental. Así también, es la conceptualización, la imaginación, e interpretación. En contraste planeación es la realización, organización, y ejecución. Diseño es la ambigüedad y el génesis de un proceso indefinido, es emerger, o la formación de algo que será ejecutado pero cuyo punto de partida aun es indefinido. En el sentido más complejo, diseñar no solamente significa, lo intangible, o lo vago, sino también es el esfuerzo por capturar lo esquivo1.
Según el Arq. Kostas el Diseño es un término que usualmente es asociado con planeación. Mientras que planeación es un acto de idear un esquema, programa, o método de trabajo para el cumplimiento de un objetivo, diseñar es una actividad conceptual para la formulación de una idea intentando ser expresada en una forma visible o llevada a la acción; Fi g.10 Algoritmos
Generativos - superficie Fuente: CaE_Porous Shell
Fi g.12 Algoritmos Generativos - junta
Generativos alturas
Fuente: CaE_Porous
Fuente:
Shell
CaE_Porous Shell
1. Kostas terzidis en su libro ALGOTHIMICARCHITECTURE tercera edición 2008 pag: 1
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Fi g.11 Algoritmos
L.E.A.R.M.A.
2.2.2. ALGORITMO Un algoritmo es un proceso direccionado para dar soluciones a un problema en un número finito de pasos. Al hacerlo, funciona como una codificación del problema a través de una serie finita y consistente de pasos racionales2. Un algoritmo es una expresión lingüística del problema, y por lo tanto, es una composición lingüística de
Fi g.14 Algoritmo de una Tasa de Te Fuente: Zubin Khabazi, pag. 7.
Fi g.15 A l goritmo de mo delado de una manzana. Fuente: Grasshopper _Learning Material_ Syracuse Architecture _ Apr 10th 2010
Fi g.16 D es crip ción de un al goritmo y sus comp onentes. Fuente: Grasshopper _Learning Material_ Syracuse Architecture _ Apr 10th 2010
2. Kostas terzidis en su libro ALGOTHIMICARCHITECTURE tercera edición 2008 pag. 65
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
elementos y operaciones organizadas en ortografía y gramática con declaraciones de sintaxis correctas. La articulación lingüística en un algoritmo tiene el propósito de no solamente describir los pasos del problema si no que también para comunicar la solución a otros agentes para más procesos paralelos. En el mundo de la tecnología, la computadora es el agente en sí mismo. Por lo tanto, un algoritmo podría ser visto como un mediador entre la mente humana y el poder de procesamiento de la computadora, por lo que la computadora se vuelve una extensión de la mente3.
Usando el diseño paramétrico, los diseñadores pueden crear un infinito número de objetos similares, manifestaciones geométricas de un esquema previamente articulado de variables dimensionadas dependiente cuando estas variables son asignadas con valores específicos, entonces, son creadas instancias particulares con una potencialidad y rangos infinitos de posibilidades4.
2.2.3. DISEÑO PARAMÉTRICO Lo paramétrico puede proveer una concepción poderosa en la forma de la arquitectura. Nos permite la descripción de un rango de posibilidades, es el reemplazo de lo establecido por lo variable y la singularidad por la multiplicidad. Fi g.17 A l goritmo
Geometría mo delada en base al al goritmo. Fuente: Generative Algorithms_Zubin Khabazi_pag. 39
Fi g. 19 Render de mo delado f inal. Fuente: Generative Algorithms_Zubin Khabazi_pag. 39
gener ador Fuente: Generative Algorithms_Zubin Khabazi_pag. 39
3. Kostas Terzidis en su libro ALGOTHIMICARCHITECTURE tercera edición 2008 pag: 145. 4. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 17
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Fi g. 18
L.E.A.R.M.A.
2.2.4. DISEÑO ALGORÍTMICO Si en el nuevo paradigma del diseño paramétrico en la arquitectura, donde la base del diseño no son las simples cualidades métricas, si no la correlación entre objetos e información lo cual permite el cambio en un elemento y lo propaga por todo el sistema, el diseño algorítmico se encarga de la generación lingüística de reglas y operaciones en sintaxis correcta, los cuales son
procesados en un computador dando como resultado la generación de formas de alta complejidad y casi imposibles de lograr con métodos convencionales de diseño5. Por lo tanto un algoritmo es una serie de pasos lógicos para realizar una acción.
Fi g. 20 E xplor ación formal de una sup er f ic ie. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 21 A l goritmo gener ador del mo delo digit al. Fuente: L.E.A.R.M.A.
5. En el libro “FROM CONTROL TO DESIGN” PARAMETRIC/ ALGORITHMIC ARCH ARCHITECTURE. 2007 Pag:1.
23
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.2.5. GEOMETRÍAS NURBS
Fi g. 23 ARDUINO pro gr ama
NURBS es un acrónimo de Non-Unform Rational B-Spiline. Lo que hace a las curvas y superficies7 NURBS particularmente interesantes es su habilidad de fácil control de su forma por la interactiva manipulación de sus puntos de control, longitudes y direcciones. NURBS hace que las formas heterogéneas aun coherentes, sean posibles de construir con el uso de maquinaria CNC. Desde el punto de vista computacional, los NURBS proveen una eficiente calidad de datos de representación de formas geométricas, usando una mínima cantidad de datos en relativamente pocos pasos para el modelado computacional. Fi g. 22
nativo de pro gr amación de có digo abier to. Fuente: L.E.A.R.M.A.
2.2.7. ITERACIÓN Iteración, dentro de su significado verbal se entiende como reiterar o repetir algo que nos lleva a la interpretación dentro del contexto del diseño, de la repetición de procesos y objetos según esquemas previamente propuestos en un sistema formal.
Sheld A rduino, hardware op en source. Fuente: L .E. A .R .M. A .
2.2.8. DIFERENCIACIÓN La descripción más apropiada de diferenciación en el contexto del diseño, es la se-
6. www. wikipwdia.com 7. Les Piegl & Wayne Tiller: The NURBS Book, Springer-Verlag 1995–1997 (2nd ed.).
24
L.E.A.R.M.A.
paración y selección particular de ciertos elementos dentro de un grupo de objetos o de información, los cuales serán elegidos según un patrón previamente establecido, dentro de un rango de valores aceptables, para ser procesados posteriormente según objetivos propuestos. Otro camino a tomar es la selección aleatoria, la que no tiene
Fi g. 24 Puntos de control en cur va. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 25 Puntos de control en sup er f icie. Fuente: L.E.A.R.M.A.
25
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
como resultado una selección particular de objetos sino una elección sin ningún patrón en particular donde solo es necesario un rango de valores que mantengan estos resultados dentro de lo aceptables.
2.2.8. AUTO-ORGANIZACIÓN
no que brinda condiciones apropiadas para su reproducción se expandirán hasta los límites que su función lo permita. Este crecimiento está condicionado por espacio, tiempo, función y la influencia de una variedad de agentes externos8. Fi g. 27
La auto-organización podría ser descrita como un proceso dinámico de adaptación por el cual un sistema modular
Ejemplo de diferenciación p or color.
Fi g. 26 Ejemplo de iter ación,
Fuente: Generative
sup er f ic ie
Algorithms_ Zubin Khabazi_
compues t a p or triángulos a diferentes esc alas Fuente: Generative Algorithms_CaE_ Porous Shell.
Fi g. 28
compuesto por unidades similares pero no idénticas, se conglomeran de manera condicionada por fuerzas externas he intrínsecas y las mismas harán la conformación de un todo que responda a dichas fuerzas.
Diferenciación p or t amaño Diferenciación p or p osición
2.2.9. PROLIFERACIÓN Cuando se habla de proliferación se toma como analogía la proliferación celular, que es un comportamiento involucrado en el desarrollo de organismos pluricelulares. La dinámica de proliferación se caracteriza por el crecimiento de una población celular, las cuales al estar en un entor-
26
Fuente: Generative
Algorithms_ Zubin Khabazi_
Este fenómeno natural, en la actualidad es aplicado como modelo de organización modular y estructural en superficies y estructuras complejas por sus propiedades de versatilidad estructural, optimización modular, bajo costo y calidad formal.
L.E.A.R.M.A. Fi g. 29 Ejemplo de auto or ganizaci贸n de espacios dentro de un sis tema or g谩nico. Fuente: Generative Algorithms_CaE_ Porous Shell
Fi g. 3 0
Fi g. 31
Sis tema
Acerc amiento
de auto
sis tema de auto
or ganizaci贸n en un panel de ab ejas. Fuente: Generative
or ganizaci贸n en un panel de ab ejas. Fuente: Generative
Algorithms_
Algorithms_CaE_
CaE_Porous
Porous Shell
27
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 3 4
Fi g. 32
prolifer ación
Prolifer ación
celular.
en burbujas de jab ón.
Fuente: Generative
Fuente: Generative
Algorithms_ CaE_Porous
Algorithms_CaE_
Shell
Porous Shell
Fi g. 33 Prolifer ación de una sup er f icie irregular Fuente: Generative Algorithms_CaE_ Porous Shell
2.2.10. OPEN SOURCE (Código Abierto). Código abierto es la expresión con la que se conoce al software y hardware distribuido y desarrollado libremente. Se focaliza en los beneficios prácticos (acceso al código fuente) que en cuestiones éticas o de libertad que tanto se destacan en el software libre6. El beneficio fundamental de este tipo de productos de código abier8. Pdf .obtenido en el portal molecular(medmol.es) fibao
28
to es la personalización y optimización de estos a través de diferentes revisiones hechas por diferentes editores. Un ejemplo bien conocido es Linux como software de Código Abierto y los Micro controladores Arduino como hardware de Código abierto.
L.E.A.R.M.A.
2.3. ÁREA CONCEPTUAL DE FABRICACIÓN 2.3.1. ESTRATEGIAS DE FABRICACIÓN Se asume como estrategias de fabricación a la aplicación de técnicas de construcción apropiadas, tomando en cuenta parámetros espaciales, materiales, estructurales, constructivos y ambientales con el fin de encontrar el camino más óptimo de materialización de un producto físico.
2.3.1.1. FABRICACIÓN PERSONALIZADA Nos referimos con Fabricación Personalizada, a la producción de bienes y productos diseñados y fabricados por uno mismo, donde la materia prima es directamente procesada por el usuario sin la necesidad de un intermediario (empresas, fábricas y comercio), donde el usuario adopta una técnica de producción acorde a sus necesidades, procesa la materia prima y finaliza con resultados iguales o similares a los productos ofrecidos en el mercado. Fi g. 35 Par ámetros de mo dif ic ación del ejercicio Teletransportación Fuente: FAB LAB Sevilla.
Fi g. 36 Resultado del ejercicio de Teletransportación Fuente: FAB LAB Sevilla.
29
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.3.1.1.1. CONTROL NUMERICO CN o CNC El CNC, (Computer Numerical Control, en inglés) o CN (Control numérico)9 es un sistema de automatización de máquinas-herramienta que son operadas mediante comandos programados (G-CODE) en un
medio de almacenamiento, en comparación con el mando manual mediante volantes o palancas.
Fi g. 37 C or t ador a plasma Fuente: C NC , w w w. tecnoinc .com
9. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 35
l.e.a.r.m.a. Fi g. 3 8 Mo delo digit al gener ado en base a un C ó digo - G par a su impresión 3D. Fuente: L.E.A.R.M.A.
2.3.1.1.2. CÓDIGO G Código G es el nombre común para el control numérico, es la traducción en símbolos y números (lenguaje de programación) de un objeto 3d digitalizado, para su procesamiento desde una maquina de
modelamiento en tres dimensiones más ampliamente utilizado CNC, utilizado principalmente en la automatización, es parte de la ingeniería asistida por un ordenador.
31
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.3.1.2. FABRICACIÓN DIGITAL Es entendido como Fabricación Digital a la transformación de información digital a información física mediante la ayuda de técnicas y métodos asistidos por un computador, un ejemplo simple: la impresión de un documento Office Word por una impresora corriente de tinta. Branko dice: “La era digital ha cambiado radicalmente la relación entre los actos de concepción y producción, creando una conexión directa entre lo que puede ser concebido y lo que puede ser construido. Los proyectos de construcción actuales no solamente nacen fuera de lo digital, también son realizados digitalmente a través del “Archivo a la Fabrica”10 procesados por la tecnología de fabricación de Control Numérico Computarizado (CNC, sus siglas en inglés)”. Por lo tanto, si una geometría está correctamente descrita en un sistema de representación de curvas y superficies
NURBS, es computacionalmente posible, a la vez esto significaría que su materialización a través de maquinaria CNC es posible. Los métodos de fabricación digital son variados, pero se sintetizan principalmente en los siguientes grupos:
2.3.1.2.1. MÉTODO SUSTRACTIVO Este método se caracteriza principalmente en la sustracción de material de un objeto solido mediante técnicas: térmicas11 (corte láser, plasma, oxigeno, etc.) y mecánico-reductivas (fresado, torno, cierra, wáter-jet) por lo general, estos dispositivos están montados en una máquina de posicionado CNC tri-axiales y multi-axilales, alimentadas por la información digital en G-CODE. El producto finalizado es de alta precisión y acabado excepcional en diferentes tipos de materiales, laminados y volumétricos, además que permiten la producción de objetos tridimensionales con el ensamble de objetos 2D.
Fi g. 39
Fi g.4 0
Result ado de
Result ado
f abric ación
de f abric ación
Fuente:
digit al
digital. n-foque.com
Fuente: diariodesign.
10. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 31
32
11. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 34
l.e.a.r.m.a.
Algunas técnicas que podemos mencionar son: 2.3.1.2.1.1. CORTE LÁSER Esta técnica funciona con el uso de un generador láser que mediante espejos
posicionados en lugares específicos (móviles y fijos) dirigen el haz del láser hasta el material a cortar mediante un sistema de posicionado electromecánico bi-axial en su generalidad. Este sistema puede cortar y gravar casi en cualquier material como: madera, cartón, papel, plástico, etc, pero para materiales de mayor dureza, como metales, Fi g. 41 C or t ador a láser realizando un cor te en un material. Fuente: www. anunciosnovoa. com.mx
33
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
se hace necesario contar con una máquina de mayores dimensiones y especialmente que tenga mayor potencia en el haz de corte.
Fi g. 42 C or t ador a Plasma haciendo cor te en una plancha met alic a. Fuente: www.plasmacnc.ro
34
2.3.1.2.1.2. CORTE PLASMA Esta técnica usa un sistema de posicionado electromecánico tri-axial para fijar una flama plasma sobre materiales metálicos los cuales son cortados con alta precisión y velocidad.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 4 3 Fres ador a CNC realizando cor te en mader a. Fuente: www.kopas.es
2.3.1.2.1.3. FRESADO Esta técnica usa un sistema de posicionado electromecánico tri-axial para sostener un motor eléctrico que lleva una punta de taladro o fresa en el extremo, el cual va desbastando el material mientras recorre sobre su superficie. Como resulta-
do se puede conseguir cortes y modelado de objetos volumétricos en materiales suaves y duros dependiendo de la potencia del motor a bajo costo pero con una precisión buena.
35
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.3.1.2.1.3. CORTE DE AGUA - WATER JET Esta técnica usa un sistema de posicionado electromecánico tri-axial para fijar una punta de la cual sale un chorro de agua mezclado previamente con materiales abrasivos, es recomendado para materiales de alta dureza y con una presión de 4000 Fi g. 4 4 C or t ador a Water Jet realizando cor te en un material duro. Fuente: www.coreindustry.net
36
bares de presión, dependiendo del objeto de trabajo. Esta técnica es usada en circunstancias donde el material es de alta fragilidad para obtener resultados de precisión (piedra, vidrio, mármol, etc.) o materiales que son propensos a altas temperaturas como las que generan el corte plasma y láser.
l.e.a.r.m.a.
2.3.1.2.2. MÉTODO ADITIVO La Fabricación Aditiva se caracteriza por la incrementación formativa por la suma de material capa por capa, de forma progresiva lo cual es inverso al método sustractivo. También es comúnmente relacionado a la Manufactura de Capas, Fabricación de Formas Libres Solidas, Prototipado Rápido y manufactura de escritorio12.
unos cuantos cientos de dólares y un par de miles de dólares en algunos casos, asiéndolas asequible a cualquier bolsillo. Como ejemplos de Métodos Aditivos podríamos mencionar los siguientes: Maquina: SLA 250 Método: Estéreo litografía Materia prima: Polímeros líquidos.
SLA 250 Stereolithgraphy System
Todas las tecnologías de fabricación aditiva comparten los mismos principios en donde el modelo digital (solido) es rebanado en capas bidimensionales, donde la información de cada capa es transferida al centro de procesamiento de la máquina de manufactura y la producción física es progresivamente generada capa por capa. De estos principios nacieron diferentes técnicas especializadas en diferentes materiales y costos de producción distintos, maquinas que llegaban a tener costos exorbitantes de decenas de miles de dólares desde la aparición del primer modelo comercial en 1988 (SLA 250 Stereolithography System), pero después de algo más de dos décadas y el avance exponencial en el desarrollo de las tecnologías electrónicas e informáticas, además de la rebaja del costo de manufactura de componentes electrónicos, se abrieron grandes posibilidades de abaratar este tipo de técnicas y maquinas a
Fig. 45
Fuente: Architecture in the Digital Age - Desing and Manufacturin
Descripción del método: El principio de funcionamiento consta de un polímero liquido en una bandeja mono-axial (eje Z) el cual es solidificado atreves de la exposición de un láser acoplado a un sistema de biaxial (ejes X-Y). Variantes: con el mismo principio existen las que envés de polímeros líquidos se utiliza polvo de acero inoxidable y titanio, con un láser mucho más potente se puede lograr objetos metálicos personalizados.
12. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 36
37
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Maquina: Z406 de la empresa Z Corp. Método: pegado de láminas pre-cortadas. Materia prima: láminas de papel y plástico.
Fi g. 4 6 Z4 0 6 Zcorp. Fuente: Architecture in the Digital Age - Desing and
Descripción del método: Esta técnica se caracteriza por el uso de filamentos plásticos los cales son introducidos mecánicamente a través de un orificio en el cual se encuentra calentada por una resistencia (similar a una pistola térmica de silicona) mediante la cual, el filamento es derretido y sale por el otro extremo del orificio y este está montado en un sistema de posicionado tri-axial (ejes X,Y,Z) el cual va formando capa por capa el objeto, y cada una se va fusionando a la anterior por el efecto térmico. Variantes: Esta técnica de Impresión 3D se ha vuelto común hoy en día por su sencillez y el bajo costo de sus componentes, por tal motivo desde la iniciativa “Rep Rap Darwin” han ido apareciendo más y más modelos optimizados, al ser un mode-
Manufacturin, pg 37
lo Open Source, cualquiera con el conocimiento apropiado podía hacer cambios sobre el diseño básico.
Fi g. 47 Termojet
Descripción del método: el principio de funcionamiento consta del corte láser de láminas (papel o plástico) las cuales son pegadas capa por capa que progresivamente van formando el objeto tri-dimensional. Maquina: Termojet Printer. Método: Fused Deposition Modeling (FDM) – (Modelado de Fusión por Deposición, traducción al español). Materia prima: filamentos de polímeros.
38
Printer Fused D ep osition Mo deling (FDM) Fuente: Architecture in the Digital Age - Desing and Manufacturin, pg 37
l.e.a.r.m.a. Fi g. 49 Impresor a 3D - G1, equip o us ado en el lab or atorio L E ARMA Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fig. 4 8
Fi g. 5 0
REP R AP
Impresi贸n de
DARWIN,
objeto 3D con
impresor a 3D.
resina AB S
Fuente:
Fuente: L.E.A.R.M.A.
httpreprap. orgwikiFileAll_3_ axes_fdmd_sml.jpg
39
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.3.1.2.2. MÉTODO FORMATIVO La Fabricación Formativa, podría describirse como el modelado de materiales a través de la aplicación de fuerzas mecánicas, térmicas y restrictivas sobre la superficie de dicho material13, estas fuerzas son aplicadas de forma controlada a través de un sistema CNC especializado para rea-
lizar las respectivas acciones de modelado o deformado del material, cabe resaltar que en esta técnica el material utilizado no sufre ninguna adición ni sustracción del mismo, un ejemplo de producto de esta tecnología podría ser los fuselajes de aeronaves y cascos de barcos donde cada lamina debe tener una curvatura exacta para que cumpla su función.
Fi g. 51 D oblador a CNC de tub os de aluminio, Fuente: Architecture in the Digital Age - Desing and Manufacturin, pg. 38-
Fi g. 52 Pab ellon BMW, Ginebr a , Zuis a 20 0 0. Fuente: Architecture in the Digital Age - Desing and Manufacturin, pg. 135
13. Branko Kolarevic en u libro ARCHITECTURE EN THE DIGITAL AGE-DESIGN AND AMNUFACTURING en su segunda edición 2009. Pag: 40
40
l.e.a.r.m.a.
2.4. ÁREA CONCEPTUAL DE ANÁLISIS 2.4.1 SENSORIA AMBIENTAL La sensoria ambiental se refiere a la recolección de datos ambientales con el uso de sensores digitales y analógicos, dicha información es almacenada en unidades de memoria para su análisis y comparación en estudios posteriores.
Fi g. 53 Portada del curso de Sensoria Medio ambiental dictada por el Arq. Pablo Cabrera
2.4.2. ANÁLISIS TOPOLÓGICO Al referirnos sobre análisis Topológico, hablamos sobre la captura de un conjunto de coordenadas referenciales de un objeto físico, de proporciones y forma indefinida, tomadas por un dispositivo electrónico (escáner 3D) el cual pueda almacenar estos datos en una unidad de memoria para posteriormente ser reconstruido y analizado en un entorno digital, es decir, capturar información física y convertirla en información digital. Este tipo de información es útil en el momento de analizar objetos de alta complejidad de los cuales no se cuenta con información digital, asi mismo nos permite la inspección de modelos físicos y su correspondiente análisis morfológico.
Jauregui Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 5 4 Escaneo 3D de un objeto Fuente: L.E.A.R.M.A.
41
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.5. ÁREA CONCEPTUAL DE TRATAMIENTO 2.5.1. SOFTWARE El proyecto L.E.A.R.M.A. tuvo una etapa de autoformación de estudiantes, los mismos
adquirieron capacidades propias en el manejo de programas de modelación tridimensional, los cuales se convirtieron en la herramienta principal para el trabajo en el laboratorio.
2.5.1.1. RHINOCEROS Es una herramienta de software para modelado en tres dimensiones basado en NURBS, lo creó Robert McNeel & Associates, originalmente como un agregado para AutoCAD de Autodesk.
El programa es comúnmente usado para el diseño industrial, la arquitectura, el diseño naval, el diseño de joyas, el diseño automotriz, CAD/CAM, prototipado rápido, ingeniería inversa, así como en la industria 14 del diseño gráfico y multimedia . Rhinoceros se especializa principalmente en el modelado libre, muy utilizado en la computación gráfica para generar y representar curvas y superficies.
Aunque hay disponibles varios complementos también desarrollados por Robert McNeel & Associates, para el renderizado y fotorrealístico raytracing (Flamingo), renderizado no fotorealístico (Penguin) y la animación (Bongo). Como muchas aplicaciones de modelado 3D, Rhinoceros incorpora el lenguaje llamado RhinoScript, basado en Visual Basic15.
Fi g. 55 L o gotip o
Rhino 3D se ha ido extendiendo en las diferentes industrias, por su diversidad, de funciones multidisciplinares y el relativo bajo costo. Las vastas opciones para importación y exportación en el programa es una razón del crecimiento de su uso. La gran variedad de formatos con los que puede operar, permite actuar como una herramienta
S of t ware Rhino ceros
14. Rhino 4.0 - Robert McNeel & Associates (Rhino 4.0)
42
15. Les Piegl & Wayne Tiller: The NURBS Book, Springer-Verlag 1995–1997 (2nd ed.)
l.e.a.r.m.a.
Rhino 3D se ha ido extendiendo en las diferentes industrias, por su diversidad, de funciones multidisciplinares y el relativo bajo costo. Las vastas opciones para importación y exportación en el programa es una razón del crecimiento de su uso. La gran variedad de formatos con los que puede operar, permite actuar como una herramienta de conversión, accediendo a romper las barreras de compatibilidad entre programas durante el desarrollo del diseño.
Durante la autoformación de estudiantes tanto la manipulación, la experimentación y reconocimiento del programa fueron mediante la exploración de puntos, líneas, curvas y superficies; a partir del concepto de generación formal, que implantara nuevos diseños mediante el uso de la geometrías NURBS como base de la generación de estas técnicas recientes. Fi g. 56 Proliferación sobre una superficie
Por esta razón de popularidad del programa se hace más accesible su uso a nivel mundial y por lo tanto a países en proceso de desarrollo como el nuestro. Donde se puede encontrar en la red de Internet un sinfín de manuales para el desarrollo y uso óptimo. Si se hace una comparación con otros programas como el AutoCAD, que es el más comercial en nuestro tiempo; el programa Rhinoceros es mucho más liviano (espacio en disco del computador) y manipulable, porque se trabaja en cuatro dimensiones paralelamente, que son: top la representación en planta, front representación frontal, right representación lateral y la perspective que es la representación en perspectiva. Cada uno de estos planos muestra la forma, el ancho, el alto, el largo y demás parámetros del objeto de diseño que se va realizando.
Fuente: https.www. facebook.comphoto.
Fi g. 57 Diseño industrial
Fuente: Rhino Manual de Formacion Nivel2 v4 pg.186
43
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.5.1.2. GRASSHOPPER (Saltamontes) Es un editor gráfico de algoritmos estrechamente integrados con herramientas de modelado 3D de Rhinoceros. A diferencia de RhinoScript, Grasshopper no requiere ningún conocimiento de programación o scripting16.
Pero permite a los diseñadores crear generadores de formas desde las mas simples a formas realmente complejas, cabe añadir que este software nos permite observar en tiempo real las modificaciones que se hagan a un objeto de diseño en función a parámetros preestablecidos.
Fi g. 5 8 Logotipo Plugin
Fi g. 6 0 Generación
Grasshopper
de una superficie
Fuente: Generative
Fuente:
Algorithms (2)
L.E.A.R.M.A.
pg.14
Fi g. 59 Ejercicio torre Paramétrica Fuente: Generative Algorithms (2) pg. 49
44
16. Grasshopper. Primer . for version 0.6.0007-spai by Andrew payne & raja issa pag.(15)
l.e.a.r.m.a. Fi g. 61 Inter f ace visual de Ecotec .
Fuente: L.E.A.R.M.A.
2.5.1.3. ECOTEC Es un software de análisis ambiental y diseño sustentable, es una de las posibilidades a elegir dentro de las herramientas de diseño para una construcción sostenible17. Ofrece una amplia gama de simulaciones y análisis de funcionamiento energético que permite mejorar el rendimiento de los edificios existentes o en el diseño de otros nuevos, siendo una útil
herramienta al momento de diseñar, ya que va desde modelos generales del edificio hasta el detalle. El proyecto incorpora dentro su cronograma de trabajo un curso básico a cargo del Arq. Gonzalo Meruvia, para darnos a conocer el manejo de las potencialidades básicas que nos brinda este programa. En el mismo se enfatizó de gran manera la proyección de sombras y asoleamiento de acuerdo a las estaciones anuales.
17. http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/12/ecotect-software-de-diseno-de-construccion-sustentable.
45
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.5.1.4. ARDUINO (software) Este software es de código abierto, funciona en Windows, Mac OS X y Linux. El entorno está escrito en Java y basado en Processing, avr-gcc y otros programas también de código abierto18. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring= programación de código abierto para los microcontroladores.) y el entorno de desarrollo Arduino ( Processing = lenguaje de programación). Los proyectos en los Arduinos pueden ejecutarse sin la necesidad de conectarse a un ordenador, e incluso se Fi g. 62
puede comunicar con otros tipos de software como ser: Flash, Processing, MaxMSP.
2.5.1.5. REPETIER-HOST El software Repetier-Host funciona con la impresora 3D, es compatible con la mayoría de impresoras de este tipo. Se puede agregar y colocar los archivos en formatos STL y editarlo a Código G, para que la impresora 3D pueda generar el desplazamiento a seguir para la impresión del modelo físico19. El host se ejecuta en Windows XP o superior, Linux y Mac OS X. Fi g. 63
Vent ana de
Rep etier-
pro gr amación
Hos t,
en lenguaje
sof t ware de
ARDUINO.
control de Impresor as
Fuente:
3D
L.E.A.R.M.A.
Fuente: L.E.A.R.M.A.
18. http://arduino.cc/es/Main/Software
46
19. http://reprap.org/wiki/Repetier-Host
l.e.a.r.m.a.
2.5.1.6. SCAN-STUDIO HD
2.5.2. HARDWARE
Software propio de procesamiento de datos, ScanStudio HD, permite realizar la exploración, alineación, fusionado y depurado de las imágenes escaneadas, se puede realizar la exportación a diferentes tipos de ficheros STL, OBJ, VRML, U3D, CAD entre otros muchos. También hace posible la salida de resultados en modelos 3D para que sean compatibles con los programas de diseño más populares como SolidWorks, 3DS Max, ZBrush, AutoCAD, Rhinoceros, etc. e imprimir los modelos tridimensionales mediante impresoras 3D20.
2.5.2.1. PROTOBOARD
Fi g. 6 4 Inter f ace del pro gr ama de control del esc aner 3D
Es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos o de sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.
Nex t Engine. Fuente: L.E.A.R.M.A..
Fi g. 6 6 ProtoB oard, plac a de prototipado elec trónico. Fuente:
Fi g. 65
Firefly _Users_
Nex t
Guide pg. 10
Engine. Software utilizado en el proyecto Fuente: Nex t ENgine Scan Studio HD.
20 http://www.geo.upm.es/userfiles/file/LecturaPFC/Memoria_PFC_200.pdf. pag 24
47
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.5.2.2. TARJETA ELECTRÓNICA ARDUINO Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles, libres y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera individuo interesado en crear entornos u objetos interactivos21. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada, sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces y motores entre otros.
2.5.2.3. SERVOMOTORES El servo es un potente dispositivo que dispone en su interior de un pequeño motor con un reductor de velocidad y multiplicador de fuerza, también cuenta con un circuito que controla el sistema. El ángulo de giro del eje es de 180º en la mayoría de ellos, pero puede ser fácilmente modificado para tener un giro libre de 360º, como un motor estándar. El motor servo es el encargado de dar movilidad al prototipo y su forma física es posible de apreciar.
Fi g. 69
Fi g. 67
Prueba
ARDUINO
del ser vo
UNO, micro
motor en
controlador de
maquet a
có digo abier to.
según su mec anismo
Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 70
Fi g. 6 8
S er vo
ARDUINO MEG A
motor de
256, micro
3. 8k g de
controlador de
f uer za
có digo abier to.
Fuente:
Fuente:
L.E.A.R.M.A.
L.E.A.R.M.A.
48
21. http://www.arduino.cc/es/
l.e.a.r.m.a.
2.5.2.4. IMPRESORA 3D
2.5.2.5. ESCÁNER 3D
Esta máquina está basada en la impresora 3D de bajo costo Rep Rap capaz de imprimir objetos plásticos. La G1 es una máquina auto-replicable de propósito general22.
El escáner 3D realiza capturas de objetos en tres dimensiones a todo color mediante un Multi-Laser de precisión23. Esta Tecnología innovadora que ha hecho que sea uno de los más populares en el mundo 3D, con miles de usuarios en más de 80 países. Trabaja junto al software ScanStudio HD, permite exportaciones generalmente en formatos STL, OBJ, VRML, XYZ , habiendo de hecho muchos más formatos disponibles.
Muchas partes de la Mix G1 están fabricadas en plástico por la misma impresora. El kit incluye todos los elementos para su ensamblado, solo requiere un poco de tiempo y paciencia. Con la Mix G1 se puede imprimir muchas cosas útiles e incluso se puede replicar la misma impresora. Fi g. 71
Fi g. 72
Impresor a
E sc áner 3D
3D MIX G1
Nex t Engine,
Fuente:
Fuente:
L.E.A.R.M.A.
L.E.A.R.M.A.
22. http://www.olimex.cl/product_info.php?products_id=1099 23. http://www.nextengine.com/
49
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
2.5.2.6. SENSORIA Es de gran importancia precisar las experiencias y el tipo de sensoria utilizados en el presente proyecto, porque fueron estos los que se tomaron como parte fundamental en el armado de un Multi-sensor, esto gracias a la experiencia adquirida en el curso taller de: “sensoria medioambiental y diseño asociativo” que se nos fue brindado por el Arquitecto: Pablo Cabrera Jáuregui, donde tocamos temáticas de análisis ambiental. Los sensores que se utilizaron durante la experiencia son los siguientes: Fi g. 73 C onjunto de sensores medio ambient ales y sheld ARDUINO. Fuente: L.E.A.R.M.A.
50
Sensor de Temperatura y Humedad, Sensor de rayor Ultra Violeta, Sensor de Gas GLP LNG, Sensor de Gas CO2, Sensor de CO, Sensor de Sonido, Sensor digital de Luz, Sensor de Particulas (polvo). Apoyados con otros elementos para su interacción e intercambio de información: Pantalla LCD, Bateria de litio, Shelds, tarjeta micro SD y un panel solar
l.e.a.r.m.a.
2.6. COMPLEMENTACIÓN TEMÁTICA
Fi g. 75 Gener ación de una sup er f icie a tr avés de un al goritmo en
2.6.1. GENERACIÓN FORMAL
Gr as shopp er. Fuente: L.E.A.R.M.A.
24
En el Libro Arquigénesis , desde el propio génesis de conformación, la Naturaleza posee los principios básicos de generación formal. Este concepto devela la construcción conceptual del tejido geométrico formado por la naturaleza, es decir que la naturaleza brinda al hombre una ayuda desde su mismo contenido natural, particularidades solo encontradas en ella; por lo tanto, se procede al estudio de estas forFi g. 74
mas libres y naturales como ellas mismas.
2.6.2. SISTEMAS RESPONSIVOS
Diseño mor foló gico a tr avés de seres vivos o natur aleza Fuente: L.E.A.R.M.A.
La arquitectura es un campo fundamental para generar espacios de aprendizaje en un futuro, según Bertalanffy25, un sistema es un conjunto de unidades recíprocamente relacionadas entre si para conseguir un determinado objetivo. El termino responsivo va referido a la capacidad de cualquier elemento de responder de alguna manera frente a acciones externas a dicho elemento.
2.6.3. ESCENARIOS PERFORMATIVOS Las técnicas digitales habilitan una manera específica de trabajar para la arquitectura, 24 ARQUIGÉNESIS autor Arquitecto Javier Fresnadillo 2008 25 Von Bertalanffy, Ludwig. Teoría General de Sistemas. Petrópolis, Vozes. 1976
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Fi g. 76 E AP p olimero
La arquitectura no es algo sólido, estático, es algo vivo, que actúa, performa y respira.
Fi g. 77 D emos tr ación de
Mientras la arquitectura de Gaudí miraba la naturaleza por su geometría, por su forma, la arquitectura performativa la mira por su química, su física y su ciencia interna, por ejemplo: los árboles recogen agua, producen oxígeno, queman CO2, son fábricas de alimentos, de medicamentos. Si queremos que la arquitectura sea naturaleza, debe ser performativa.
Fuente:
accionador de p eso ultr aligero, t an f lexible que tiene la habilidad de c ambiar su forma sin la necesidad de accionadores mec ánicos. Fuente: noticias.arq.com.mx
2.6.4. ESTRUCTURAS TENSEGRITICAS La Tensegridad es un principio estructural basado en el empleo de componentes aislados comprimidos que se encuentran dentro de una red tensada continua, de tal modo que los miembros comprimidos (barras) no se tocan entre sí y están unidos por medio de componentes traccionados (cables) que son los que de26 tensegridad, estructuras de compresión flotante
52
una es truc tur a tensegritic a
www. grasshopper3d.com
2.6.5. ESTRUCTURAS DINÁMICAS Característica de las estructuras dinámicas es la facultad que tienen para variar ciertos parametros en función de necesidades estructurales. Esta propiedad las distingue claramente de las estructuras estáticas, como las matrices. Cuando se crea una matriz su número de elementos es fija y no pueden variarse elemento a elemento, conservando el espacio actualmente asignado; en cambio, cuando se crea una estructura dinámica eso si es posible. Estos conceptos, ayudan a comprender con mayor facilidad el contenido holístico del proyecto; que será la base de una nueva forma de ver la arquitectura no solo como un diseño sino también como la integración de sus partes en un todo, que nos llevara a comprender la fusión del hombre, diseño, tecnología y naturaleza.
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2.6.6. ARQUITECTURA RESPONSIVA
Fi g. 79 Panel solar bas ado en el
El factor responsivo en la arquitectura comienza con la “teoría general de los sistemas” y es influenciado por los avances de la cibernética y las ciencias mediáticas de comunicación hasta las nuevas tectónicas digitales. El componente responsivo es entonces una capacidad, que dentro del fenómeno arquitectónico esta presente cuando el hecho material está fabricado y a su vez está compuesto (de una manera intencional), de la suma de patrones de comportamiento, de fenomenología, es decir que la arquitectura responsiva es aquella que mide las condiciones actuales del entorno (a través de sensores) que permite que el hecho arquitectónico adapte su forma, aspecto, color o naturaleza de manera receptiva o sensible (a través de actuators = actores + sensores). Fig. 78 Torre A l B ahar, sis tema de control de asolamiento.
movimiento del gir asol Fuente: www. wikipedia.com
2.6.7. BIOMIMÉTICA Es una nueva disciplina que estudia las soluciones quen la naturaleza ha desarrollado a lo largo de 3.8 mil millobnes de años de evolución, e imitar esas lógicas aprendidas de ella para solucionar problemas de diseño que el hombre enfrenta, como por ejemplo el estudio de una hoja para desarrollar un mejor panel solar. Eso es “innovación inspirada por la naturaleza“ . Bajo ese principio la biomimética toma los principios de:
Fuente: www.wikipedia. com
La naturaleza como modelo La naturaleza como medida La naturaleza como mentor
Y con estas lógicas la biomimética busca la optimización de los procesos humanos de manera mas responsable con la naturaleza.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Capテュtulo TRES
MARCO PRテ,TICO 54
l.e.a.r.m.a.
3.1. EXPLORACIÓN DE ESTRATEGIAS DE DISEÑO DIGITAL 55
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
3.1.1. INTRODUCCIÓN La investigación sobre las estrategias de diseño digital, realizadas en el proyecto, tiene como finalidad profundizar el conocimiento y la aplicación de todo lo aprendido en el área de diseño digital dentro del campo de la arquitectura, en sentido que el diseño computacional y la fabricación digital están teniendo una influencia importante en la forma de pensar, diseñar y producir arquitectura, resultando en cambios sustanciales dentro de la profesión y las escuelas de arquitecturas. Con este principio en el campo del diseño, como arquitectos asumimos el indagar, el conocer herramientas necesarias para obtener no solo buenos resultados, sino adecuados en la necesidad del contexto de la Arquitectura. Fi g. 8 0 Geometrías libres, Laboratorio LEARMA Fuente: L.E.A.R.M.A.
El diseño no se limita a la simple configuración de un espacio. Una obra de arquitectura envuelve muchos elementos de los cuales cada uno o todos en general pueden establecer condiciones de diseño: desde el encargo, el programa, el lugar, hasta un método constructivo, su estructura y la industria, que determinan a través de sus materiales y medidas, condiciones o restricciones al momento de desarrollar un proyecto. En ese contexto, la “era digital” no viene a presentar una nueva forma de hacer arquitectura, más bien, genera una mayor libertad formal en las condiciones de diseño, específicamente en la relación entre materiales, medios de fabricación y elementos construidos. La capacidad de proyectar o de diseñar sigue estando, o dependiendo de la voluntad y creatividad del arquitecto para responder a una propuesta. Con la experiencia del avance tecnológico digital, se comienza a utilizar dos herramientas apropiadas y además de trasladar y ejecutar al campo de la fabricación digital, estos dos medios de trabajo son: Rhinoceros: software de modelado digital, aplicado a diseñar por medio de puntos y nodos. Grasshopper: es un software de graficación algorítmica, aplicado a la generación de variables y modulación de datos mediante el diseño.
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3.1.2. MÉTODO El método se direccionó en un periodo de indagación acerca de los beneficios de los programas de acuerdo al ámbito de diseño, el poder expresar nuestras capacidades, conocimientos y creatividades e incluso emociones, orientados al diseño mediante líneas o figuras estáticas que fueron por bastante tiempo una manera esquemática de proponer y luego tener un cambio en el diseño de controlar, modular, arreglar y/o parametrizar las líneas a través de puntos y nodos, las cuales nos ayudaron a tener ideas más eficaces y motivacionales orientadas a nuestro nuevo enfoque de la Arquitectura.
Tomamos referencia en tener la practicidad del manejo de los programas por medios didácticos como ser: videos, cursos y libros, pero saber llegar a la interpretación de obtener un laboratorio experimental es recabar y retener toda información que ayude a tener pruebas adecuadas, porque la simulación como práctica son de gran valor en el momento de verificar el producto y llegar a subsanar las fallas y enriquecer los aciertos. Existen tres Elementos que aclaran al proceso del diseño digital en la instrucción de arquitectura paramétrica, designados a hacer un tipo de sistema propuesto dentro de un laboratorio experimental como el que pretendemos: Fi g. 81 Sup er f icie desplegada par a su ens amble. Fuente: L.E.A.R.M.A.
57
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 82 V is t as de sup er f ic ie seccionada en rhino ceros 5. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Interacción:
Optimización:
Son todos aquellos componentes del programa y conocimientos del usuario, ambos capaces de elaborar una relación de construir y alternar ideas en el proyecto.
Es resolver y mejorar mediante pruebas hechas por la interacción y personalización a un resultado final y adecuado al problema con la implementación de parámetros y variables según el contexto.
Personalización: Resultado: Son componentes con características libres, que pueden ser manipuladas mediante el llenado de datos que mejoren su esencia, y sean estos componentes con características propias adecuadas a cada situación particular requerida.
58
El resultado es la incorporación de parámetros y vínculos en un proyecto, sumado a la posibilidad de generar elementos variables, que permitan concentrar la interacción, personalización y optimización de los mismos. Es decir, la capacidad de
l.e.a.r.m.a. Fi g. 8 3
Fi g. 8 4
Sup er f icies
Prototip o de
con puntos
es truc tur a.
de control
Fuente:
par a su libre
L.E.A.R.M.A.
deformación Fuente: L.E.A.R.M.A.
obtener por medio del diseño digital junto a los resultados físicos o productos en una misma causa de resolver y proponer de acuerdo a un sistema, explicado anteriormente. Por medio de un diseño paramétrico es posible vincular a variables externas, para responder a escenarios específicos, y al mismo tiempo, desde un mismo escenario, volver a construir una nueva aplicación. El diseño, surge al incorporar en cada componente, un parámetro de variación sin importar cómo estos se combinan, los componentes construyen marcos de métodos variables, que en conjunto determinan diferentes tipos de cubiertas, estructuras, cimientos, formas, espacios, etc. Este diseño, es denominado sistema de componentes variables y adaptables, y esto resuelve la capacidad de visualizar y gestionar una arquitectura
masiva, manejada por interacción, personalización y optimización con diseños arquitectónicos pre-elaborados
3.1.3. CONCLUSIÓN El proyecto va buscando en una primera instancia, evaluar la incorporación de los medios digitales en la arquitectura, y desde su cuestionamiento proponer una alternativa para el desarrollo de sistemas variables, que además de ser personalizables, incorporen el concepto de adaptabilidad porque que han permitido obtener a través del desarrollo de componentes, igualdad o variedad de piezas, con la misma eficiencia, el segundo aspecto es el interés que vuelve a tomar el uso de vínculos y parámetros en el desarrollo de proyectos.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
Hoy en día, con la ayuda de softwares o de la misma programación, se logran obtener de manera más eficiente las respuestas a diferentes variaciones de valores, que relacionados entre sí, repercuten en la construcción de diferentes escenarios. Esto se logra al mantener un mismo tipo de unión entre componentes, más una única regla de repetición y combinación, pero permitiendo la variación en las unidades para una mayor libertad formal. Fi g. 85 C ar ac terís tic as de sup er f ic ie, c antidad de puntos de control y tip o de cur va. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 8 6 D eformación de sup er f ic ie a par tir de sus puntos de control. Fuente: L.E.A.R.M.A.
60
Una de las ventajas encontradas en esta etapa es el menor tiempo de montaje de diseño, dando mayores posibilidades de uso y exploración, tanto por la posibilidad de generar aplicaciones específicas, como nuevas configuraciones desde un mismo escenario. Esto permite masificar su uso, como un sistema constructivo posible de promocionar en el mercado de los materiales de construcción proporcionando nuevos elementos en el diseño de la arquitectura. Fi g. 87 V is t as de sup er f ic ie con sus puntos de control. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 8 8 . Sup er f icie con puntos de control expues tos. Fuente: L.E.A.R.M.A.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 8 9
Fi g. 9 0
Geomet r铆a
Prolifer aci贸n de
gener ada a
sub - sup er f icies
tr av茅s de un al goritmo en base a una
Fuente: L.E.A.R.M.A.
sup er f icie libre. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 91 C o dif ic aci贸n de sub - sup er f icies. Fuente: L.E.A.R.M.A.
61
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
62
3.2. EXPLORACIÓN Y TÉCNICAS DE FABRICACIÓN DIGITA
AL
l.e.a.r.m.a.
La experimentación de las potencialidades creativas con tecnologías mixtas para una producción arquitectónica ampliada y personalizada nos llevó a indagar metodologías de desarrollo y uso de herramientas digitales para la generación y exploración de formas geométricas complejas. Según las experiencias prácticas realizadas en el campo del diseño digital, se realizo el uso de programas como el Rhinoceros/Grasshopper/Repetier-host y una impresora de escritorio.
3.2.1. INTRODUCCIÓN La materialización de formas complejas, nos lleva hacia la búsqueda de argumentos necesarios y relacionados al tipo de fabricación de carácter personalizado, encontrando alternativas capaces de vincular el proceso de digitalización con la materialización del mismo. Estas estrategias encontradas nos brindan una estrecha relación entre el material a utilizar como factor propio y la ideación del diseño.
Fi g. 92 Ejemplo del comando Unroll de Rhino ceros par a plegar sup er f icies a un plano y co dif ic ar su p osición con resp ec to a su origen. Fuente: L.E.A.R.M.A.
63
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 93 Sub sup er f icies plegadas de una sup er f icie mayor lis t a par a su impresión y p os terior ens amblado. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Los métodos de fabricación propuestos para el armado de prototipos físicos, basados en condiciones instrumentales de panelización, provienen de los diferentes avances tecnológicos-operativos y las experiencias de experimentación encontradas, haciendo énfasis en el desarrollo de la construcción de estas formas orgánicas.
3.2.2. MÉTODO Ideación, desarrollo y fabricación Ideación.- Se trabajó de forma independiente, produciendo modelos paramétricos y prototipos digitales, viendo las
64
características y posibilidades para su impresión. Desarrollo.- El proceso de materialización de prototipos no requieren de mucho conocimiento tecnológico, básicamente se realizó una impresión del modelo, en cartulina dúplex, previamente configurado en un ámbito 2D para el respectivo corte de piezas, que posteriormente fueron unidas bajo el tratamiento de maquetación básica. Con esta técnica, se llegaron a obtener modelos y prototipos físicos, los mismos que fueron adaptándose de mejor manera a medida que se conseguia una complejidad mayor para el análisis requerido. Personalización.- La personaliza-
l.e.a.r.m.a.
ción, a través de la capacidad para diseñar y producir objetos físicos nos brindan un mejor desempeño de prototipos de muy alta complejidad con características únicas no solo en el ámbito del diseño como tal, sino también con particularidades especificas del material y el tipo de uniones dadas de acuerdo al requerimiento de estas formas y geometrías complejas. Fi g. 9 4 A l goritmos de f abric ación aplic ado a una sup er f icie libre. Fuente: L.E.A.R.M.A.
3.2.3. CONCLUSIÓN El método de impresión y fabricación de los prototipos dentro del proceso de trabajo, así como los resultados obtenidos como una primera experiencia, deben ser considerados dentro del avance de la tecnología digital hacia sus reales potencialidades entre la forma, la máquina y el material, lo que permite materializar superficies o cualquier otro tipo de elemento de características morfológicas complejas, utilizando el método de panelización en un entorno 2D y bajo un proceso tradicional de elaboración de maquetas.
Fi g. 95 Sup er f icie original (izquierda) mo delo digit al de técnic as de f abric ación. Fuente: L.E.A.R.M.A.
65
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66
l.e.a.r.m.a. Fi g. 9 6 Mo delo Digit al f inal par a f abric aci贸n material. Fuente: L.E.A.R.M.A.
67
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 97 Mo delo digit al propues to. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 9 8 Pro ceso de cor te y ens amblado de es truc tur a con c asc ar a. Fuente: L.E.A.R.M.A.
68
l.e.a.r.m.a. Fi g. 9 9 Mo delo f Ăsico concluido. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 10 0 Prototipo con el ens amblado f inal Fuente: L.E.A.R.M.A.
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3.3.EXPLORACIÓN DE SISTEMAS QUINÉTICOS DE PRESICIÓN 70
l.e.a.r.m.a.
3.3.1. INTRODUCCIÓN En la actualidad la sociedad moderna se caracteriza por los avances tecnológicos en los campos industriales, que cada vez son mayores, posibilitando que las tecnologías sean menos costosas pero de mayor rendimiento a sus predecesores. Estos avances se logran por la búsqueda de la precisión en los procesos productivos lo que posibilita una mejor calidad del producto. Bajo esta analogía, la Arquitectura de hoy en día se ha embarcado a la aplicación de ciertas conocimientos para hacer más eficientes los procesos constructivos, materiales y proceso auxiliares de un hecho arquitectónico ya finalizado (sistemas automáticos de ventilación, calefacción, automatización, etc.). Es en este contexto tecnológico en el cual vivimos actualmente en donde los beneficios de la tecnología está al alcance de todos gracias al Internet y el concepto de OPEN SOURCE (código abierto), el cual permite profundizar, generar y personalizar y herramientas. La automatización de procesos es uno de los campos más explorados hoy en día; el movimiento controlado, la sincronización entre unidades para un proceso global, son ejemplos de tareas que son realizables
gracias a la revolución tecnológica. El proyecto L.E.A.R.M.A. a realizado experimentaciones dentro del campo al denominado Quinética (referido a lo móvil o al movimiento). Con la ayuda de herramientas como la tarjeta electrónica Arduino y los motores de movimiento de precisión (Servo Motores), nos fue posible construir objetos con movimiento controlado. En esta etapa el objetivo era lograr mecanismos que permitan movimientos con precisión y control, usando la plataforma Arduino como elemento generador y de control del movimiento y servo motores como el dispositivo que se encarga de generar la fuerza que de paso al movimiento real del objeto de estudio.
3.3.2. MÉTODO En principio se diseña un objeto con capacidades móviles, donde se toma en cuenta la graficación o por lo menos las referencias de sus ejes de rotación y vectores de direccionamiento. Después del proceso de graficación, es necesario referenciar los ejes y vectores, así pues generar un algoritmo de movimiento, donde por jerarquía de movimientos se va seleccionando y las partes del objeto van utilizando las referencias de
71
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
los ejes y vectores del diseño digital para después definir los rangos de movimiento hasta los servomotores que ejecutan el movimiento. El control del movimiento responde a ordenes efectuadas desde un computador utilizando un modelo digital generado en el software Rhinoceros y animado por un algoritmo de movimiento diseñado en Grasshopper, los parámetros de movimiento serian transmitidos por la interface Arduino a un servomotor conectado al modelo físico del modelo de estudio, es en esta etapa donde las los parámetros de giro y movimiento de objetos en dirección vectorial son cambiados y de la misma forma y a tiempo real es transmitido al modelo físico.
Fi g. 101 Gener ación de piezas móviles par a
Resultados:
La generación de procesos quineticos en modelos digitales transmitidos por interfaces electromecánicas a un modelo físico, da como resultado un sistema interactivo y optimizable.
3.3.3. CONCLUSIÓN En conclusión la aplicación de sistemas quinéticos controlados puede verse reflejado en distintas aplicaciones que puede resumirse en la automatización del comportamiento de elementos arquitectónicos ademas que puede añadirse un componentes responsivo con lo que se obtiene un tipo de comportamiento en función de la presencia de un agente externo. Fi g. 102 Gener ación de al goritmos
su p os terior
de
f abric ación.
movimiento
Fuente: L.E.A.R.M.A.
simulado . Fuente: L.E.A.R.M.A.
72
l.e.a.r.m.a. Fig. 103
Fi g. 10 4
Sup er f icies
Sup er f icies
móviles en
móviles en
p osición de inicio Fuente:
p osición a 30 ° Fuente: L.E.A.R.M.A.
L.E.A.R.M.A.
Fi g. 10 5 Sup er f icies móviles en p osición a 5 0 ° Fuente: L.E.A.R.M.A.
73
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
74
l.e.a.r.m.a. Fi g. 10 6 Sup er f icies m贸viles. Fuente: L.E.A.R.M.A.
75
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
3.4.EXPLORACIÓN EN DISEÑO Y JUNTAS PERSONALIZADAS 76
l.e.a.r.m.a. Fi g. 107 Impresión 3D de junt as. Fuente: L.E.A.R.M.A.
El objetivo de este ejercicio es poder desarrollar mediante algoritmos generadores, juntas y su posterior impresión tridimensional. Herramientas: Software Rhinoceros 5.0, plugin Grasshopper, Repetier-Host, Impresora 3D y filamento plástico ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
3.4.1. INTRODUCCIÓN Los arquitectos han construido maquetas para explorar las relaciones espaciales y técnicas de sus proyectos desde épocas pasadas. Uno de recursos y técnicas que aprendemos para expresar tridimensionalmente proyectos en calidad de detalles constructivos de manera generalizada ha sido la denominada “maqueta”.
Esta representación como un cul-
77
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
minante y beneficioso realismo, ha adquirido una forma nueva y convincente de crear, imprimir y analizar modelos dinámicos, donde nos interesa de gran manera la representatividad de piezas y juntas personalizadas que darán soluciones optimas requeridas en proyectos novedosos. El actual vínculo entre las nuevas tecnologías de diseño, la nueva arquitectura y el nuevo concepto de prototipado 3D (maqueta) como un solo mecanismo, se caracterizan por su capacidad de beneficiar al análisis en diseños personalizados de alta complejidad. El Prototipado rápido y la fabricación digital, permiten acercarnos a la realidad en cuanto a la veracidad y la factibilidad de un proyecto determinado.
3.4.2. MÉTODO Continuando el proceso de Ideación, desarrollo y fabricación, las técnicas de modelado personalizado nos llevan al empleo de herramientas que con frecuencia vamos empleando y que con anterioridad mencionamos.(Rhinoceros, Grasshopper, Repetier-Host, Impresora 3D, filamento plástico ABS ). Con la impresora 3D somos capaces de realizar "impresiones" de diseños en 3D, creando piezas a partir de un modelo 3D hecho en el computador; la idea es convertir archivos (CAD, RHINO, STL u
78
Fi g. 10 8 Impresión 3D en pro ceso Fuente: L.E.A.R.M.A.
otros similares) en prototipos de soluciones reales que son estudiadas con anticipación dependiendo la problemática a la que nos enfoquemos previamente. El desarrollo de impresión consiste fundamentalmente en ir creando la pieza o prototipo capa a capa, de abajo hacia arriba, como si fuera una especie de pistola de silicona pero con una precisión milimétrica. Se deposita una capa de plástico ABS que se fusiona a la anterior capa a capa, repitiéndose el proceso, hasta completar la pieza. Fi g. 10 9 Junt as Impres as Fuente: L.E.A.R.M.A.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 110 A l goritmos gener adores de junt as en Gr as shopp er y junt as gener adas en Rhino ceros. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 111 Junt as en represent adas en Rep etierHos t y su c贸 digo G ya gener ado. Fuente: L.E.A.R.M.A.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 112 T ip os de junt as ya impres as. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 114
3.4.3. CONCLUSIÓN
Prueba de un al goritmo
En este tiempo en que la tecnología y los procesos se han minimizado en una gran manera, también ha tenido un adelanto muy significativo la creación de equipos que sin dudarlo son muy adecuados para el moldeado, la prefabricación de piezas o componentes personalizados, por lo que reFi g. 113 Impresión 3D de junt as. Fuente: L.E.A.R.M.A.
80
gener ador de junt as. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 115 A rmado de junt as Fuente: L.E.A.R.M.A.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 116 Diferentes aplic aciones de junt as. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 117 A plic aci贸n de al goritmo de junt as a un sis tema hexagonal. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 118 Gener ador de junt as aplic adas a un sis tema mas complejo. Fuente: L.E.A.R.M.A.
81
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
sultan muy útiles en nuestra rama como es la arquitectura, como lo puede ser en otras como el diseño industrial, y diseño de joyería, etc. Existiendo también grandes avances con este tipo de herramientas que resultan más comunes de encontrar ya en la medicina, llegando con gran fuerza en las prótesis médicas donde se muestran ideales dada la posibilidad para adaptar cada parte fabricada, a las particularidades precisas de cada modelo solido de la impresora 3D y el modelo impreso del paciente.
Fi g. 119 Prototip o de junt a móvil. Fuente: L.E.A.R.M.A.
82
Nuestro ideal como sociedad científica, que trata de perseguir temáticas de investigación, es que de nuestra facultad fusionada con diversas ramas de la ingeniería de nuestra universidad puedan seguir indagando en tecnologías que avancen lo suficiente como para estar en condiciones de ser utilizadas también en procesos de producción industrial.
l.e.a.r.m.a.
3.5.ANÁLISIS TOPOLÓGICO A TRAVÉS DE ESCANEO 3D 83
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 120 V isualización de objeto a esc anear en 3D Nex t Engine. Fuente: L.E.A.R.M.A.
El objetivo de este ejercicio es de poder realizar procesos de experimentación y de exploración dirigidos hacia el análisis topológico en base a la tecnología del escaneo 3D
Herramientas: Rhinoceros 5.0, Grasshopper, NextEngine ScanStudio HD (Software del Escaner 3D), y ESCANER 3D NextEngine.
3.5.1. INTRODUCCIÓN El proceso de explorar los principios tecnológicos de un dispositivo como el Escáner 3D, sin duda nos conducen a elaborar un proceso motivante para la continuidad del proyecto, en esta etapa nos direccionaremos a ver modelos físicos, y su posterior observación a través del análisis de los mismos, mediante el estudio de sus propiedades, su tamaño, forma, estructura, función y su destino final como tal.
Fi g. 121 Mo delo 3D manipulable en Rhino ceros. Fuente: L.E.A.R.M.A.
84
Trataremos de tomar un dispositivo mecánico, físico o cualquiera que nos brinde un interesante punto de estudio, esto para lograr observar su funcionamiento en detalle, generalmente para intentar crear un dispositivo digital similar, para su posterior análisis, mediante la modelación paramétrica o programa que haga y genere las mismas o similares propiedades físicas de la original.
l.e.a.r.m.a.
3.5.2. MÉTODO
Fi g. 122 E sc aneo de
Como iniciación del proceso de es caneo 3D, se optó por encontrar modelos que puedan tener características físicas con particularidades y singularidades únicas, dejando para el análisis, información muy diversa. Escaneo del objeto.- El escáner, después del posicionamiento de la pieza u objeto a ser analizado en su base fija, emite un rayo láser y digitaliza por partes la pieza para luego ser unidas en el Software, este láser comienzan a barrer de forma horizontal dependiendo de la cantidad de pasos o giros que haga la plataforma en la que se encuentra nuestro objeto de análisis, (este giro se programa mediante el software), y pasando toda la información al campo del software utilizado. Observamos que la información suministrada por el escáner o digitalizador 3D, es representada por una NUBE DE PUNTOS. Una Nube de Puntos es Un Conjunto de vértices (Coordenadas) en un sistema coordenado tridimensional, estas coordenadas son en X, Y y Z, y representan la superficie externa del Objeto de escaneo.
objeto. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 123 B arrido láser de esc áner 3D Nex t Engine. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 124 Result ado del esc áner en Rhino ceros 5. Fuente:
Estas Nubes de Puntos no tienen información topológica, por ende debe ser procesada y modelada a formatos de me-
L.E.A.R.M.A.
85
laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental
jor uso para su análisis como lo son las MALLAS TRIANGULADAS, que sin duda el programa Rhinoceros nos brinda con gran efectividad. Finalmente a partir de las Mallas Trianguladas se pueden generar SUPERFICIES, estas por lo general son de tipo NURBS, las cuales “cubren” la malla en forma de parches tomando su forma. De allí las superficies se cosen y generan modelos SOLIDOS, los cuales pueden ser leídos por todos los sistemas CAD y sin dejar de lado también la Impresora 3D, si se requiere una impresión del modelo. Ya teniendo el modelo digitalizado procedemos seguir los siguientes pasos: Análisis de Producto.- Básicamente nos referimos a observar y analizar cómo funciona este, en base a que componentes está fabricado, el tipo de dificultad de diseño que tiene entre otras interrogantes que surgen, dependiendo a la complejidad del objeto. La reconstrucción tridimensional de los modelos a partir de la información obtenida del escáner láser nos permite poder aplicar sobre las simulaciones sin tener que actuar directamente sobre los modelos reales, y que en algunos casos se complicaria de gran manera.
86
Actualización o Corrección Digi tal.- Nos referimos a los cambios que se le puedan dar al modelo escaneado según los requerimientos que se necesiten, esto nos brindara una mejor solución de problemas de diseño y también nos brinda herramientas para la resolución de inconvenientes existentes en prototipos dañados o incompletos. Creación de copias.- Ya con el modelo escaneado y puesto digitalmente en uso de la experimentación académica, es posible hacer la creación de cuantas copias sean de nuestro requerimiento. Aprendizaje.- Esta es una de las etapas fundamentales del análisis topológico dentro del escaneo 3D, ya que criteriosamente es donde debemos detectar errores y NO repetirlos.
3.5.3. CONCLUSIÓN Esta etapa de investigación es sin duda de gran potencia para nuestra facultad, ya que no estamos familiarizados en la elaboración de análisis de formas complejas estudiadas desde un modelo físico y pasada al modelo digital en su forma pura. También le podemos dar varios usos a esta tecnología como: restauración, conservación y registro de bienes patrimoniales.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 125 E sc รกner Nex t Engine y un objeto a esc anear. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fig. 126 O bjeto ya esc aneado. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 127 V is t as de objeto esc aneado en Rhino ceros 5. Fuente: L.E.A.R.M.A.
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3.6. ÁNALISIS AMBIENTAL CON HERRAMIENTAS DE SOFTWARE Y HARDWARE OPEN SOURCE 88
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3.6.1. INTRODUCCIÓN Hoy en día la experiencia cotidiana de la humanidad se traduce en la comunicación y la interacción, consecuente a los datos transmitidos por los medio de comunicación. Una llamada por un teléfono móvil puede develar muchos datos de la conversación realizada entre los comunicantes, también revela la posición geográfica en la que ellos se encuentran y la distancia que los separa gracias a la triangulación de antenas repetidoras, si los dispositivos cuentan con otro tipo de sensores, es posible conocer el vector de dirección a los que se dirigen, temperaturas ambiente, iluminación, etc. Es decir, nos encontramos en una era de revolución digital donde la información puede ser recogida a tiempo real por dispositivos digitales para su posterior análisis y luego poder ser compartida. De la misma forma existen herramientas Open Source como las tarjetas Arduino que posibilitan el fácil ensamble y programación de dispositivos especializados y personalizados, que posibilitan la recolección de datos a bajo costo y con muy alta calidad industrial. Es en este campo, el de los Sistemas OPEN SOURCE y revolución digital de la información que el proyecto LEARMA se enfocó para plantear soluciones a problemas de análisis proyectual aplicados en la Arquitectura dando paso al concepto de Diseño Asociativo, el cual explica la inter-
conexión de datos que informan las características cuantitativas y cualitativas de un objeto proyectual en todas las etapas del diseño y que también responden a cambios particulares en el sistema y por consecuencia se pueden realizar cambios automáticos en los mismos, generando un sistema informado y optimizado en todo momento hasta la etapa de su fabricación. Resumen: Esta etapa de investigación y experimentación del proyecto L.E.A.R.M.A. se llevo a cabo bajo la dirección y capacitación del Arq. Pablo Cabrera Jáuregui a través de su curso de capacitación denominado: ”Construyendo lo Invisible-Sensores Medioambientales & Diseño Asociativo”. En dicho curso de capacitación se tomo como desafíos los siguientes puntos: •
El rol de los datos y la información. Como pueden ser los datos del mundo real, ser capturados y como pueden ser interconectados con el proceso del diseño.
•
El rol de los cálculos y la computación. Elaborar la relación entre diseño y análisis para traducir y procesar la información. Cómo pueden los datos volverse significativos para el diseño.
•
El rol de la retroalimentación. Desarrollar sistemas que incorporen mecanismos de retroalimentación y aprendizaje.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 128 Multi sensor ens amblado en el lab or atorio L .E. A .R .M. A . Fuente: L.E.A.R.M.A.
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El rol de lo físico. Cómo pueden los sistemas de comportamiento inteligente, redes de aprendizaje y sistemas materiales de respuesta pasiva volverse tangibles.
Con estos desafíos propuestos, se fabricaron nodos sensoriales en base a tecnología Open Source, para realizar la captura de datos a nivel urbano, para posteriormente ser depurado, analizado y visualizado dentro de un entorno digital georeferenciado como el Google Earth y tener una mejor perspectiva de las dinámicas ambientales que acontecen en nuestras áreas urbanas.
3.6.2. MÉTODO Herramientas Digitales: Rhinoceros 5, Grasshopper, Arduino Herramientas Físicas: Arduino UNO, Pantalla LCD y Sensores Digitales Esta etapa se dedico a la introducción de los conocimientos básicos en las herramientas proyectuales que se utilizarían para: •
Diseñar.
•
Visualizar.
•
Compartir.
Dentro del desarrollo integral de esta temática se podría resumirse en cuatro etapas: ETAPA 1.- Capacitación en Herramientas Digitales y Hardware OPEN-SOURCE. Esta etapa está conformada de dos fases de capacitación que son: Esta etapa está conformada de dos fases de capacitación que son: A.- Herramientas proyectuales Digitales (Software). El uso de herramientas digitales es importante. Ya que dentro de lo digital uno puede programar y genera entornos de simulación y visualización. En este caso exclusivo se ingreso en la capacitación de programar herramientas algorítmicas de generadoras de modelos digitales que mostraran diferencias entre los datos introducidos en estos sistemas, así también su codificación y numeración para conocer los valores que representan los parámetros introducidos. Las herramientas digitales son Rhinoceros 5 y Grasshopper. B.-Herramientas proyectuales electrónicas (Hardware).
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Estas herramientas electrónicas de tecnología Open Source, necesitan ser programadas y el armado de un circuito electrónico que responda a las necesidades de la función que tomara este sistema. Por lo que se opto por los micro-controladores ARDUINO y su entorno de programación con el mismo nombre. Que por su fácil manejo y versatilidad es una herramienta poderosa para los objetivos establecidos en el proyecto. Por otro lado existen componentes esenciales para los objetivos proyectuales que son los sensores ambientales. Estos dispositivos son circuitos que están fabricados para la obtención de datos ambientales por algún tipo de reacción físico química dentro del dispositivo, el cual, al captar esos cambios asigna un valor numérico a este fenómeno de forma ANALÓGICA, valor que ronda entre 0 a 1023. Este valor analógico es procesado para luego ser transmitido a una ecuación que posteriormente entregue un valor en la unidad correspondiente al fenómeno que va ha ser medido, es decir, si quisiéramos que un sensor nos entregue un dato del rango de 0 a 100 grados centígrados, el sensor aplicado, (en este caso uno de temperatura), deberá dividir su rango 0 a 1023, con el fin de entregar valores de medición útiles, si este recibiese un valor de 511, el valor que el sensor indicaría seria 50% aproximadamente. Cuando un sensor hace ya la conversión de estos valores
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numéricos a una unidad de medida, se los considera como SENSORES DIGITALES y los que no realizan la conversión se los denomina SENSORES ANALÓGICOS. Los sensores que fueron aplicados en esta etapa de experimentación fueron los siguientes: sensor de Sonido, sensor de Temperatura y Humedad, sensor de Conteo de Polvo, sensor Luxometro, sensor de gas CO, sensor de gas CO2, sensor de gas GLP y sensor de rayos UV. Un componente importante en un dispositivo de censado, es de incorporar una forma de visualizar el estado del sistema en funcionamiento, por otra parte, mostrar los datos que están siendo colectados en el momento de su uso. Este componente se denominaría como un DISPLAY que es una pantalla que visualiza los datos básicos requeridos. También se indagó en componentes electrónicos de apoyo que son los Shelds Arduinos. Estos se encargaron de adicionar funciones al sistema Arduino. Los componentes Shelds que se usaron fueron: Sheld GPS-GPRS-SD.- Se encarga de recoger coordenadas GPS (Sistema de Posicionamiento Global, en español), y GPRS para tener comunicación a través de la red de telefonía celular para descargar y subir información por medio del internet.
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Sheld SD.- Tiene las cualidades de poseer una unidad de almacenamiento SD para la recolección de datos. Sheld de Poder.- Este dispositivo acoplado al Arduino le da la capacidad de conectarse a una batería de litio y a recargarse a través de una celda solar. De esta manera se garantiza una autonomía al dispositivo y sus componentes. TI-SENSOR. En esta etapa, ya con la experiencia ganada anteriormente y con las herramientas proyectuales adquiridas, tanto en software como en hardware. Se procedió al ensamblaje de un dispositivo con la capacidad de capturar datos medio-ambientales, los cuales fueron cronometrados por segundos luego archivados en un fichero con formato de
Fi g. 13 0 Shelds y A rduino. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 131 Pruebas de f uncionamiento de sensores Fuente: L.E.A.R.M.A.
tipo texto y con autonomía de energía. Sheld de conector de Sensores.Este tiene como característica el poseer varios conectores de entrada para los sensores, los cuales ayudan a una segura y mejor conexión con los sensores externos. Fi g. 129 Mont ado
Fi g. 132 Mont ado de shelds y sensores a c arc as a.
de shelds y
Fuente:
sensores a
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c arc as a Fuente: L.E.A.R.M.A.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 133
Fi g. 135
Toma de datos
V isualización
en c amp o.
de datos en forma
Fuente:
tridimensional
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según el recorrido. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 136
Fi g. 13 4
V isualización
Datos
de datos
ambient ales
en forma
reco gidos
tridimensional según el
Fuente:
recorrido.
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Fuente: L.E.A.R.M.A.
Con estos componentes adicionales (sheld) es posible el ensamblado de dispositivos más versátiles, sofisticados y autosuficientes a muy bajo costo
ETAPA 2.- Fabricación del Modulo MULTI-SENSOR. En esta etapa, ya con la experiencia ganada anteriormente y con las herramientas proyectuales adquiridas, tanto en software como en hardware. Se procedió al
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ensamblaje de un dispositivo con la capacidad de capturar datos medio-ambientales, los cuales fueron cronometrados por segundos luego archivados en un fichero con formato de tipo texto y con autonomía de energía.
l.e.a.r.m.a. Fi g. 137 V isualizaci贸n de datos en forma tridimensional seg煤n el recorrido (el pr ado). Fuente: L.E.A.R.M.A.
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laboratorio experimental de arquitectura responsiva medio-ambiental Fi g. 13 8
Fi g. 141
Recolección
Recolección
de datos
de datos
ambient ales.
ambient ales.
Fuente:
Fuente:
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Fi g. 139 V isualización de datos en forma tridimensional según el recorrido. Fuente: L.E.A.R.M.A.
Fi g. 14 0 V isualización de datos en forma tridimensional según el recorrido. Fuente: L.E.A.R.M.A.
ETAPA 3.- Recolección de Datos
Habiendo finalizado el armado y posterior exanimación de este Multi-Sensor. Procedimos a escoger sitios para la recolección de datos en calles y avenidas de nuestra ciudad, previamente elegidas por sus características. Av. Buenos Aires, calle Manco Kapac y plaza Eguino: Se escogió este sitio por la afluencia de personas, alto tráfico vehicular y un movi-
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l.e.a.r.m.a. Fi g. 142 V isualización de datos de forma tridimensional según el recorrido tomado. Fuente: L.E.A.R.M.A.
miento comercial importante.
El Prado:
Se escogió este recorrido, porque es la avenida principal de la ciudad de La Paz, además de ser una de las rutas más transitadas de la ciudad, y por tener también características de alta afluencia de movilidades, personas y actividad comercial.
Plaza del Bicentenario: Se escogió este sitio por las dimensiones y el área expuesta a varios factores medio-ambientales que la caracterizan. ETAPA 4.- Proceso de generación de Datos y Visualización. Posteriormente a la recolección de datos, se procedió a la evaluación y depuración
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de los mismos. Después de la depuración, se diseñaron algoritmos de visualización de dicha información, los cuales deberían ser visualizados en gráficos estadísticos tridimensionales para su posterior análisis y aplicación de medidas correspondientes.
3.6.3. CONCLUSIÓN El resultado más relevante posterior a la aplicación y evaluación de la experiencia nos mostraron que si bien existen diferentes opciones en el mercado dispositivos para la recolección de información ambiental como sensores, los cuales tienen costos elevados por unidad y a la vez los datos obtenidos a través de ellos son solo útiles para situaciones de inspecciones y evaluaciones, y la posibilidad de acceder a información similar a través de instituciones dedicadas a la meteorología, la información no se especifica, por lo que esta información no es precisa a tiempo de ser utilizada como referencia proyectual. También cabe mencionar que el aprendizaje en el manejo de tecnologías open source ayuda a la ampliación del conocimiento en el campo de la proyección arquitectónica. Cabe recalcar que este tipo de tecnología, posibilita un cambio en el paradigma de que el dato es una información inmóvil en el
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momento de la proyección y el análisis, sino que, se vuelve en un parámetro dinámico, una variable que es capaz de actualizar el estado del entorno hacia un objeto.
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Capítulo CUATRO
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 99
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CONCLUSIONES En un mundo globalizado donde la tecnología crece a pasos agigantados y de la misma manera va incursionando en distintas disciplinas con la finalidad de ofrecer sus beneficios en favor de la optimización de tareas, reducción de tiempos, automatización de procesos, etc., la arquitectura se ve muy beneficiada desde el dibujo básico de planos hasta la generación de entidades realmente complejas con un estudio y análisis a detalle del comportamiento de todos los elementos y parámetros involucrados en dichas entidades, incluso antes de su puesta en obra, sin dejar elementos de ningún tipo al azar, que gracias a la evolución de la tecnología podemos conseguir. De un tiempo a esta parte es muy escuchado el tema del desarrollo sostenible dentro de la arquitectura, el mismo que implica el respeto por el medio ambiente y los recursos que este nos otorga. La temática avanzada dentro del proyecto L.E.A.R.M.A. abarca temas de diseño digital, fabricación digital, movilidad de elementos, desde una perspectiva global y conjunta de un hecho arquitectónico con el entorno que lo rodea, por tal motivo también se tomaron como temas primordiales aquellos que implican el estudio morfológico, topológico así como el análisis ambiental que permitan la aproximación de parámetros (climatológicos, geológicos, sociales, etc.) que son base
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para el diseño de cualquier hecho arquitectónico que contemple lineamientos de sostenibilidad.
RECOMENDACIONES Siendo la temática del presente proyecto de cierto modo nuevo en nuestro contexto tanto como país así como universidad pública, esta primera experiencia muestra las bondades de la tecnología vinculada con la arquitectura, que puede ser distorsionada fácilmente por lo que se recomienda profundizar los temas avanzados y sumergirnos en un sin fin de posibilidades enmarcándonos siempre en el equilibrio entre la arquitectura, tecnología digital y el medio ambiente. A nivel mundial la incursión de las técnicas digitales en las Facultades de Arquitectura esta en crecimiento, como referente de la educación superior en Bolivia, la Universidad Mayor de San Andrés en su facultad de Arquitectura Artes Diseño y Urbanismo no puede quedar rezagada al avance tecnológico que se observa en los países vecinos, es deber de las autoridades correspondientes promover y apoyar proyectos de estas características, que involucren autoformación, investigación,generación de conocimiento, para que todo se vea reflejado en la calidad del ámbito profesional que nace de las aulas de esta prestigiosa Facultad.
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