Robot e architettura

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Robot e architettura

Nuovi scenari di produzione in edilizia. Si sta delineando una nuova trasformazione dei processi produttivi in cui alla produzione di tipo industriale inizia a sovrapporsi un’idea di Mass Customization/by Emilio Antoniol, Dottorando NTITA, Università Iuav di Venezia Negli ultimi decenni, nel mondo della progettazione architettonica e più in generale del design, si è assistito ad una vera e propria rivoluzione digitale, grazie allo sviluppo di applicazioni e software dedicati alla modellazione tridimensionale sempre più avanzati ma, allo stesso tempo, sempre più intuitivi e di facile utilizzo. Allo stesso modo, sul lato hardware si sta delineando una nuova trasformazione dei processi produttivi in cui alla produzione di tipo industriale inizia a sovrapporsi un’idea di Mass Customization.

In questo nuovo scenario l’impiego di sistemi computerizzati consente di ottenere output personalizzabili in funzione alle esigenze dell’utente, fino ad arrivare all’autoproduzione degli oggetti da parte degli stessi utilizzatori. Nuove tecnologie e nuovi strumenti consentono oggi di produrre, in modo automatizzato, forme complesse e di realizzare oggetti su misura in modo economicamente competitivo rispetto ai tradizionali sistemi di produzione industriale standardizzata. Ne sono un esempio le stampanti 3D che, grazie ad una tecnologia sempre più economica e portatile, potranno presto consentire di produrre ‘in casa’ i propri oggetti. Queste si stanno spingendo con forza anche nel settore dell’edilizia con le prime sperimentazioni di Contour Crafting, un sistema costruttivo sviluppato dal dr. Behrokh Khoshnevis dell’Università della California, per la realizzazione tramite stampa 3D di interi moduli abitativi prefabbricati con apposite matrici cementizie; o ancora, si può citare l’esempio della 3D Print Canal House, un progetto dello studio DUS architects che sta attualmente realizzando, ad Amsterdam, una casa-prototipo costruita mediante l’assemblaggio di moduli I primi componenti della 3D Print Canal House realizzati con la KamerMaker. ©3D Print Canal House DUS architects.

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Assonometria della 3D Print Canal House con scomposizione nei vari componenti in corso di realizzazione. ©3D Print Canal House - DUS architects.

Sempre più si sta delineando una nuova trasformazione dei processi produttivi.

Alla produzione di tipo industriale inizia a sovrapporsi un’idea di Mass Customization.

Costruzione con braccio robotico dei moduli di facciata della cantina Gantenbein Vineyard . ©Gramazio & Kohler , ETH Zurich.

in materiale plastico stampati da una enorme stampante 3D denominata KamerMaker.

Allo stesso modo anche l’automazione e la robotica iniziano a trovare spazi sempre più rilevanti nel campo dell’edilizia.

I pionieri

Pionieri nell’ambito della costruzione robotica applicata all’architettura sono senza dubbio gli architetti dello studio svizzero Gramazio&Kohler (Fabio Gramazio e Matthias Kohler) che si occupano di ricerca nel campo dell’Architecture and Digital Fabri-

cation in collaborazione con il dipartimento di architettura dell’ETH di Zurigo. A partire dalla prima metà degli anni 2000, le ricerche dello studio si sono concentrate sulla possibilità di realizzare facciate non standardizzate, prevalentemente in laterizio, grazie all’ausilio di un braccio robotico predisposto per la costruzione di pannelli le cui forme, o texture superficiali, potessero variare in modo automatico seguendo specifici algoritmi di programmazione.

Uno dei primi esempi di applicazione architettonica di questa tecnica è la facciata della

Gantenbein Vineyard del 2006. Nel progetto originale, di Bearth & Deplazes Architects, l’edificio era pensato come un parallelepipedo costituito da un telaio in calcestruzzo armato tamponato con tradizionali pareti in laterizio. Il contributo richiesto allo studio Gramazio&Kohler ha avuto come obiettivo la definizione di una facciata in grado di caratterizzare figurativamente l’edificio, permettendo contemporaneamente alla luce di filtrare all’interno degli ambienti.

Per ottenere questo risultato gli architetti hanno reinterpretato il progetto, attraverso una modellazione tridimensionale, leggendo la maglia strutturale dell’edificio come fosse un grande cesto contenente degli acini d’uva stilizzati, rappresentati da sfere di dimensioni

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I moduli di facciata della cantina Gantenbein Vineyard in officina e durante il montaggio. ©Gramazio & Kohler.

La maggiore innovazione risiede nella possibilità di realizzare forme nuove e geometrie non convenzionali. La facciata diventa la sede di nuovi linguaggi e nuove forme espressive grazie ai robot

Effetto finale della facciata della cantina Gantenbein Vineyard dall’esterno. ©Gramazio & Kohler.

differenti. Dal modello digitale è stato possibile ricavare una serie di pattern grafici superficiali, differenti per ogni prospetto, che sono stati successivamente convertiti in algoritmi matematici in grado di controllare un braccio robotico nelle fasi di realizzazione dei 72 pannelli di tamponamento in laterizio. Questi sono stati quindi prodotti in officina dal robot e successivamente trasportati in cantiere per essere fissati sulla struttura portante in c.a. con l’ausilio di una gru. Gli oltre 20.000 mattoni che costituiscono la facciata, sono stati posati dal robot secondo specifiche angolazioni e definendo trame e spaziature leggermente differenti tra i singoli blocchi al fine di realizzare dei moduli di facciata, caratterizzati da una superficie tridimensionale, in grado di riflettere e filtrare la luce in modo variabile; inoltre, da una certa distanza, ciò consente di cogliere la texture grafica “ad acini” definita in fase di modellazione iniziale.

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Strutture più complesse

A partire da questa sperimentazione le attività dello studio si sono orientate verso forme e strutture più complesse, come quelle presentate alla Biennale di Venezia nel 2008, dove un sistema di partizioni interne in laterizio, con superfici a doppia curvatura, costituiva il fulcro dell’allestimento di uno dei padiglioni della mostra. A partire dal 2010 è nato anche uno spin-off dell’ETH denominato ROB Technologies AG, in collaborazione con l’azienda Keller AG Ziegeleien; in esso è stata messa a punto un’unità robotica per la produzione di facciate in mattoni non standardizzate denominata ROBMade, che consente la produzione di panelli tridimensionali, dalle geometrie complesse, pronti per essere semplicemente installati in cantiere.

Tra le prime realizzazioni con questa tecnologia troviamo la stessa sede dell’azienda Keller, a Pfungen in Svizzera, in cui alla

facciata continua in vetro è stato anteposto uno schermo-frangisole in laterizio costituito da elementi prefabbricati realizzati con il sistema ROBMade. I vari moduli sono formati da mattoni, posizionati e incollati tra loro dal braccio robotico, disposti in diagonale a formare una struttura tridimensionale autoportante a losanghe; inoltre ogni mattone è stato posato con una leggera rotazione rispetto a quello sottostante generando in tal modo, grazie alla diversa incidenza della radiazione solare sulle superfici, un effetto visivo di dinamicità e movimento. Un altro progetto, in corso di realizzazione, in cui la tecnologia ROBMade verrà impiegata sono, ad esempio, le Stelle di Locarno, un complesso residenziale progettato dallo studio Buzzi, in cui le facciate degli edifici saranno rivestite da un sistema di schermatura costituito da moduli prefabbricati in mattoni con texture superficiali variabili.

63 A sinistra, allestimento di Gramazio&Kohler alla biennale di Venezia 2008. ©Dimitra Gavrilaki.

Sotto, dettagli della facciata frangisole in mattoni della Ofenhalle a Pfungen, 2010-2012. ©Gramazio & Kohler.

A lato, fasi di costruzione dell’installazione Flight Assembled Architecture di Gramazio&Kohler con Raffaello D’Andrea, 2012. ©François Lauginie.

Droni volanti

Sono inoltre interessanti gli esperimenti di costruzione robotica condotti da Gramazio&Kohler con droni volanti. In tale ambito, l’installazione Flight Assembled Architecture, completata nel 2012 al Frac Centre di Orléans in collaborazione con Raffaello D’Andrea, è la prima realizzazione di un modello tridimensionale interamente costruito da robot senza l’intervento dell’uomo. In essa, oltre 1.500 blocchi di calcestruzzo alleggerito sono stati assemblati da una serie di droni in grado svolgere le operazioni di costruzione sulla base di specifici algoritmi matematici che traducono i dati del modello digitale in schemi di movimento delle macchine volanti. Nella visione degli ideatori, quasi provocatoria, questo prototipo potrebbe rappresentare un modello in scala 1:100 di un futuro edificio di 600 m d’altezza. In esso, ogni singolo blocco andrebbe a costitu-

ire un’intera unità edilizia di due o tre piani, pre-assemblata e messa in opera da robot giganti. Sebbene tale progetto non sia ancora realizzabile con le tecnologie odierne, non è difficile pensare che in un prossimo futuro, robot e droni possano sempre più di frequente prendere parte ai processi di costruzione come già oggi avviene nel campo della fotogrammetria area o del rilievo.

A livello italiano interessanti studi e sperimentazioni sul tema della costruzione robotica vengono portati avanti dal laboratorio IndexLab, coordinato dal prof. Pierpaolo Ruttico del Politecnico di Milano. Il laboratorio nasce nel 2010 con l’intento di sviluppare ricerche in ambito di modellazione parametrica digitale, fabbricazione robotica, form-finding e media design.

Negli ultimi anni l’attività del prof. Ruttico si è particolarmente concentrata sulle tematiche relative alle superfici parametriche, con l’intento di sviluppare sistemi e processi costruttivi per applicazioni architettoniche quali facciate, schermature solari o rivestimenti - nei quali fosse possibile tradurre le forme complesse di modelli virtuali in algoritmi matematici in grado di gestire sistemi robotici per la loro realizzazione. Le diverse soluzioni e i diversi mock-up prodotti, anche in collaborazione con importanti studi di architettura quali Coop Himmelb(l)au, hanno esplorato non solo diverse tecniche di lavorazione - quali il taglio laser a controllo numerico, il taglio con getto d’acqua, la piegatura o l’assemblaggio robotico - ma anche la possibilità di utilizzare materiali diversi tra loro, passando dal cartone al polistirolo fino al metallo o alla pietra.

In un recente incontro con il prof. Ruttico, in occasione del Fuorisalone di Milano, è stato possibile osservare direttamente le possibilità offerte da queste nuove tecnologie. Alcune dimostrazioni di taglio con braccio robotico, eseguite su blocchi in polistirolo, hanno reso esplicite le potenzialità delle attuali tecniche di modellazione e programmazione parametrica andando a realizzare alcuni modelli di studio le cui superfici, a doppia curvatura, possono costituire uno stimolo per il mondo del design ma anche dell’architettura pensando, ad esempio, ai sistemi di rivestimento. La modellazione parametrica diventa in questo contesto uno strumento di generazione della forma stessa che si concretizza mediante le potenzialità tecniche di lavorazione permesse dai robot. Una dimostrazione di queste nuove possibilità formali è stata presentata, sempre in occasione dell’allestimento milanese di Indexlab, attraverso un mock-up di una struttura a guscio a doppia curvatura, autoportante, realizzata

Non è difficile pensare che in un prossimo futuro, robot e droni possano sempre più di frequente prendere parte ai processi di costruzione come già oggi avviene nel campo della fotogrammetria area o del rilievo.

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Taglio robotico su un blocco di polistirolo di superfici a doppia curvatura, Fuorisalone IndexLab, Milano 2014.

Per approfondire: Gramazio F., Kohler M. Digital materiality in architecture, Lars Muller, Baden, 2008.

Sasaki M. Flux structure, Toto Shuppan, Tokyo, 2005.

3D Print Canal House: www.3dprintcanalhouse.com.

INDEXLAB: www.indexlab.it.

Associazione Robots in Architecture: www.robotsinarchitecture.org

con piccole lastre in alluminio. Queste sono state tagliate al laser, con macchinari a controllo numerico, secondo i parametri definiti da un modello digitale, e sono state poi assemblate secondo una geometria elaborata da un algoritmo evolutivo in grado di ottimizzare la stabilità morfologica della struttura, pur conservandone la complessità formale.

Il modello esposto, sebbene concepito solo quale esempio speculativo di ciò che l’elaborazione digitale parametrica può offrire,

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Indexlab al Fuorisalone di Milano, 2014. Il guscio autoportante a doppia curvatura è realizzato con elementi in alluminio tutti uguali tra loro, tagliati con un macchinario per taglio laser a controllo numerico. Il dettaglio in basso. apre diversi scenari di applicazione architettonica. Questi vanno dalla realizzazione di rivestimenti di facciata a doppia curvatura, a sistemi autoportanti di schermatura dalle forme articolate, fino alla possibilità di concepire interi edifici, realizzati con l’ausilio di sistemi robotici, le cui forme siano generate da algoritmi evolutivi, simili ai modelli delle Flux Structures dell’ing. Mutsuro Sasaki, già proposte in progetti come quello per la Stazione di Firenze di Arata Isozaki.

Conclusioni

Gli scenari illustrati rappresentano alcune delle sperimentazioni più innovative attualmente in corso nel campo della costruzione robotica in architettura. Esse costituiscono anche alcune tra le più interessanti possibilità di sviluppo, sia formale che tecnico, nel settore dell’involucro edilizio e delle facciate nello specifico. Tra i vantaggi che l’utilizzo dei robot può comportare in tale ambito troviamo, senza dubbio, la possibilità di aumentare la velocità e la precisione dei processi di fabbricazione.

Tuttavia, come sostenuto anche dal prof. Fabio Gramazio, la maggiore innovazione risiede nella possibilità di realizzare forme nuove e geometrie non convenzionali. La facciata potrà così diventare in futuro, in modo sempre più evidente, la sede di nuovi linguaggi e nuove forme espressive grazie all’utilizzo di tecnologie che fanno dei robot, e dei loro sistemi di controllo, il fulcro di un nuovo modo di costruire.

Risulta tuttavia fondamentale effettuare una chiara distinzione tra le potenzialità e le pro-

blematiche che riguardano, ad oggi, i processi di fabbricazione con robot - come ad esempio il taglio a controllo numerico, il sistema ROBMade o in generale sistemi di produzione robotica in officina - da quelle inerenti a sistemi di costruzione robotica, in cui i robot siano direttamente integrati nel processo di costruzione edilizia come nel caso dei Flying Assembling Robots. Se nel primo contesto le tecnologie sono già abbondantemente sviluppate e pronte per applicazioni anche innovative, nel secondo caso le problematiche, legate soprattutto agli alti costi, non favoriscono ancora l’introduzione di tali sistemi nel settore edilizio, fatte salve quelle situazioni in cui l’ausilio di uno strumento robotico possa garantire maggiore sicurezza per l’essere umano.