Self-Extruding Objects by Timo Vortisch

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TIMO VORTISCH

Titel SELF -EX TRUDING OBJEC TS Verfasser Timo Vortisch

SOMMERSEMESTER 2015 DESIGN RESE ARCH PROJEK T wissenschaftliche Mitarbeiter Fahim Mohammadi | Dipl.—Ing. M.Arch. M.Eng. Jan Pingel | Dipl.—Ing.

A B C D E F

01 Intuition

02 Themenfindung 03 Superorganismus 04 Hive Mind

20 26 32

05 Initial Play 06 Systematic Play Versuchsreihe 1 Versuchsreihe 2 Versuchsreihe 3

46 56 60 80 92

07 Digital Play 08 Digital Systems 09 Digital Analysis

184 202 228

Reflexion

238

Anhang Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis

248 250

PHASE 01 INTUITION

A - INTUITION

INTUITION Intuition schlummert in Jedem von uns und wartet nur darauf, uns Entscheidungen treffen zu lassen, die wir zwar nicht begründen können, die uns jedoch trotzdem richtig erscheinen. Sie funktioniert in gewisser Weise wie ein sechster Sinn, der schneller aus dem Bauch heraus‘ schießt, als das Gehirn reagieren und vor Allem reflektieren kann. Vor Allem bei kreativen Prozessen sind wir oft damit beschäftigt unsere eigenen Intuitionen mit dem Verstand zu prüfen und hinterfragen so unsere eigenen Entscheidungen. Dieses Phänomen habe ich mir vor Allem in der Anfangsphase des hier dokumentierten Researches zu Nutze gemacht. Doch auch im Verlauf habe ich immer wieder auf diese Fähigkeit zurück gegriffen, meinem Bauchgefühl vertraut und bin so auf neue interessante Phänomene gestoßen. Der Beginn des Researches ist am stärksten von Intuition geprägt. Das übergeordnete Ziel, neue architektonische Formfindungsprozesse zu ergründen, sollte hier erst einmal keine Rolle spielen, allerdings ging es auch zu Beginn schon um die Suche nach Neuem und Zukünftigem, was mich dazu brachte, mich mit ‚Extrembedingungen‘ zu beschäftigen. Hier ist der Mensch noch unterlegen und muss sich und seine Architektur den Naturgewalten unterwerfen, bzw. anpassen. Diese Intuition führte mich ‚in den Weltraum‘ und zu Raumstationen. Raumstationen markieren den Beginn eines Researches, der viele unterschiedliche Stationen durchläuft, die immer von einer Intuition ausgehen, die dann hinterfragt und überprüft wird, um das enthaltene Potential extrahieren zu können und die interessanten Phänomene dann auf andere Medien übertragen zu können. Dieser Ablauf zieht sich vom theoretischen Teil, über eine analoge Phase, die aus Experimenten mit Popcorn besteht, bis hin zu digitalen Simulationen. Diese enden dann in einzigartigen Formen und Figuren, welche eine architektonische Formfindungsstrategie markieren, die am Ende dieses Researches erst ihren Anfang findet - self-extruding objects.

← Abb.1 (S.6-7) Raumstation ISS über der Erde

A - INTUITION

RAUMSTATIONEN

Raumstationen geben uns Menschen die Möglichkeit in absolut lebensfeindlichen Umgebungen zu leben, zu arbeiten und zu forschen. Sie befinden sich im Orbit eines Planeten und umkreisen ihn, wodurch sie selbst weder Antriebs- noch Landevorrichtungen benötigen. Interessant ist hierbei nicht nur die Funktion und die Möglichkeiten, die eine solche Raumstation bietet, sondern auch der Aufbau und die Modularität, was gleichzeitig die Erscheinung der Raumflugkörper ausmacht. Durch die stetige Erweiterung durch Module, die von der Erde aus zur Raumstation transportiert werden, erscheint sie wie eine gewachsene Struktur und zeigt ihre Funktionalität ganz deutlich nach außen. Zwar gibt es keine Parameter von außen, die die Konfiguration der Module beeinflussen, eine optimale Anordnung ist aber trotzdem entscheidend, um die Wege und Arbeitsamtäufe in der Raumstation zu optimieren und die Möglichkeit der Erweiterung nicht einzuschränken. Die Module selber bringen eine weitere Ebene in den Aufbau der Stationen. Interessant ist hierbei die Konfiguration jedes einzelnen Moduls. Diese müssen auf der einen Seite dem Prinzip der Modularität folgen, d.h. einheitliche Schnittstellen haben und in ihrer Größe nicht zu sehr abweichen, um in das System zu passen und auf der anderen Seite separat funktionieren und so aufgebaut sein, dass sie in sich optimal funktionieren und bei Fehlfunktion andere Module nicht beeinträchtigen.

muss sie autark funktionieren und einen geschlossenen Kreislauf bilden, während sie jedoch erweiterbar bleiben muss und die Module, wie schon erläutert, in sich nochmal autark funktionieren müssen. Sie müssen den Platz, den sie den Astronauten im lebensfeindlichen Weltraum zu Verfügung stellen, optimal ausnutzen. Es müssen Sportgeräte, Forschungsstationen, Schlafplätze, eine Küche, ein kleines Krankenhaus, Lagerungsmöglichkeiten und viele andere Dinge untergebracht werden. Das Leben muss bestmöglich mit dem Arbeiten kombiniert werden. Denn neben der Tatsache, dass die Module Schutz bieten sollen, müssen sie natürlich auch wohnlich sein und ein effektives Forschen garantieren. Durch die fehlende Schwerkraft haben die Ingenieure die Möglichkeit alle Komponenten, die in einem Modul untergebracht werden sollen, an Wänden, Decke und dem Boden zu verteilen. Die Module haben also keine Ausrichtung. Oben und unten kann jederzeit von den Astronauten bestimmt werden. Dies macht die Module und den gesamten Organismus 'Raumstation' um eine weitere Ebene komplexer.

Eine Raumstation muss somit viele Dinge in sich vereinen, die nicht einfach zu kombinieren sind. Sie muss vor ihrem Start von der Erde so konfiguriert werden, dass sie kompakt transportiert werden kann und sich, im Weltraum angekommen, selbstständig entfalten kann. Außerdem

Abb.2 Modul der MIR

↑ Abb.3 Konfiguration der ISS

„The Colonization of Space“ Schon seit dem Apollo-Programm der Amerikaner in den 70er Jahren und den ersten Versuchen der Menschen den Weltraum zu erobern, denken Wissenschaftler, Visionäre und auch Science-Fiction Autoren weiter und entwickeln Szenarien, wie die Menschen den Weltraum besiedeln könnte. Besonders interessant sind die Ideen und Visualisierungen von Gerad Kitchen O‘Neill, einem Physiker, der an der Princeton University lehrte. Er nutzte sein Verständnis von Physik und Technik, um von 1970 bis 1974 „The Colonization of Space“ zu entwickeln. Eine Arbeit die vor Allem durch die klaren Vorstellungen vom Aussehen der Weltraumkolonisation beeindruckt und sich gänzlich davon entfernt Planeten zu besiedeln. Ein Beispiel hierfür sind die zwei O‘Neill-Zylinder (vgl. Abb.rechts). Es handelt sich um zwei Objekte mit einem Durchmesser von jeweils 4 Meilen und einer Länge von unglaublichen 16 Meilen. Mit diesen Ausmaßen würde die Raumstation Platz für 10.000 Menschen bieten. Sie würde um ihre eigene Achse kreisen, um so für die nötige Schwerkraft zu sorgen und über eine riesige Spiegelkonstruktion verfügen, um Sonnenlicht ins Innere der Anlage zu leiten und einen Tag-/Nachtzyklus erzeugen. Außerdem solle es Flüsse, Seen, Wälder, Berge und Tiere geben. Fortbewegen würden sich die Menschen mit Fahrrädern oder Elektrofahrzeugen. Abb.4 O‘Neill Zylinder

Durch die steigende Zahl der Erdbevölkerung befürchtet O‘Neill Probleme bei der Versorgung der Menschen, sowie einer steigenden Umweltverschmutzung, die mit diesem Wachstum einhergehe. Diese Befürchtungen veranlassten ihn seine Visionen anzupassen und die Zahl der unterzubringenden Menschen aufzustocken. Er entwickelte neue, noch größere Raumstationen für 200.000 und sogar bis zu 2.000.000 Menschen. Er stellte sich vor, dass die erste Generation der Kolonisten, die zweite, wesentlich größere Weilraumkolonie bauen könne. Ein Teil des Materials hierfür komme vom Mond in Form von Mondgestein. Das Leben könne so mit der Zeit komplett in den Weltraum verlagert werden und die Erde würde von uns nicht weiter belastet werden. Die Weltraumkolonie werde mit Solarstrom betrieben und ein künstliches Klima mache sogar den Anbau von Pflanzen denkbar. Auch wenn diese riesigen Weltraumstationen optisch weit entfernt sind von realen Raumstationen funktionieren sie doch ähnlich, nämlich autark. Die Bewohner müssen dafür sorgen, dass alles Lebensnotwendige auf der Station hergestellt werden kann. Die Wasserversorgung von Mensch und Tier erfolge aus angelegten Teichen, genau wie die Bewässerung der Felder. Anschließend werde das Wasser, wie in realen Stationen, durch eine Aufbereitungsanlage gereinigt. Die Pflanzen würden Kohlendioxid in Sauerstoff umwandeln. Arbeiten sollen die Menschen als Bergarbeiter auf dem Mond oder als Techniker auf der Station selbst. Abb.5-6 Innenraum einer O'Neill Kolonie

A - INTUITION

Abb.7-14 Architektur und Design O'Niells Weltraumlebensr채ume

A - THEORETISCHER HINTERGRUND

THEORETISCHER HINTERGRUND Das Interesse für die Funktionsweise und die Bedeutung von Raumstationen für den Menschen kam aus einer ersten reinen Intuition heraus. Um herauszufinden wo diese Intuition begründet ist und um sie zu legitimieren, werden die einzelnen Besonderheiten, die diesen Themenbereich ausmachen, anhand von übergeordneten theoretischen Ansätzen genauer betrachtet. So rücken neue interessante Themen in den Vordergrund, die diese Aspekte ins Extreme treiben und von einem oder wenigen dieser Aspekte dominiert werden. Aus einer reinen Intuition entwickelt sich so über mehrere Stationen ein begründetes Interesse an bestimmten Phänomene, die dann auf ihre Herkunft und ihr Potential hin analysiert werden können. Das Ziel ist es, sie zu verstehen, um sie anwenden, übertragen und verknüpfen zu können. Phänomene sind in gewisser Weise Ausnahmeerscheinungen, die zum Teil schwer, oder gar nicht zu erklären sind. Hier liegt das Potential für neue und einzigartige Formen und Formfindungsprozesse, die im Verlauf des Researches offengelegt und festgehalten werden sollen.

← Abb.15 “Fluid Space“, Woods

Lebbeus Woods zeigt dieses Potential besonders eindrücklich, anhand seiner zahlloses Zeichnungen von Zukunftsvisionen, die sich teilweise in Science-Fictionen Filmen wiederfinden. Auch er ließ sich von extremen Situationen beeinflussen, wie sein Werk ‚War and Architecture‘ von 1993 deutlich macht. Hier ist der Krieg das Medium, welches eine ganz eigene Formsprache entstehen lässt.

→ Abb.16 “Berlin Free-Zone 3-2“, Woods

Abb.17 Modulare “Halley VI Antarctic Reasearch Station”

MODULARITÄT Modularität bezeichnet einerseits das Teilen eines Ganzen in viele einzelne Bausteine oder Module, andererseits müssen diese mit weiterhin mit einander kommunizieren und funktionieren. Dies kann sowohl durch eine direkte Verbindung geschehen, als auch durch indirekte Verbindungen, wie elektronische Signale oder Ähnliches. Dieses Prinzip findet sich in so gut wie allen Bereichen von Lebewesen, über technische Systeme, Spielzeug oder Architektur, bis hin zu digitalen Inhalten und Software. Dieses System bietet viele Vorteile. Auf theoretischer Ebene lassen sich sehr komplexe Inhalte durch die Einteilung in einzelne Module verständlicher darstellen, wodurch Fehlstellen einfacher zu erkennen sind. Ganz praktisch gesehen bietet Modularität den großen Vorteil, dass sich die Module in unterschiedlicher Anordnung kombinieren lassen und so aus gleichen Komponenten unterschiedliche Systeme herstellen lassen, die sich zudem auch jederzeit erweitern oder verkleinern lassen. So ist das System anpassungsfähig und in einem gewissen Grad flexibel. Zudem können einzelne Module bei Bedarf ausgetauscht werden, ohne das ganze System anpassen oder austauschen zu müssen. Im Gegenteil zu einem monolithischem System, welches nur in einer Anordnung und mit allen Komponenten funktioniert. Wichtig ist, dass die Schnittstellen der Module gleich sind und auch die Größe der Module nicht zu sehr von einander abweicht, da die eben genannten Vorteile sonst nicht optimal ausgenutzt werden können. Außerdem sollten die Module so unabhängig von einander Arbeiten, dass fehlerhafte Komponenten keine anderen beschädigen oder in ihrer Funktion beeinträchtigen.

OPTIMIERUNG

A - THEORETISCHER HINTERGRUND

lateinisch: optimum Neutrum von optimus “Hervorragendster”, Superlativ von bonus “gut” 1

“Bester”,

Optimierung beschreibt das Streben danach, das Bestmögliche innerhalb eines definierten Systems zu erreichen. Wichtig ist hierbei der Unterschied zum Ideal, welches im Kontrast zum Optimum ohne Kompromisse erreicht werden kann und somit das denkbar beste Ergebnis beschreibt. Der interessante Parameter am Optimum ist das definierte System, bzw. gegebene Eigenschaften, die in Betracht gezogen werden müssen und dazu zwingen Kompromisse einzugehen. Bedeutend für uns ist diese schier endlose Suche darüber hinaus, weil sie schon immer Teil der Menschheit ist und fest in der Gesellschaft und noch stärker in der Wirtschaft verankert ist. Das Verlangen danach Dinge zu optimieren ist schon eher ein Art Instinkt und begleitet uns unterbewusst durch alle Lebenslagen. Vom täglichen organisieren unserer Termine, um möglichst viel an einem Tag erledigen zu können, bis hin zur industriellen Revolution und dem Start der Fließbandarbeit ist das Streben nach Optimierung deutlich erkennbar. Hinzu kommen heutzutage Faktoren wie der Umweltschutz, mögliche bevorstehende Rohstoffknappheiten oder die Forschung an lebensfeindlichen Orten auf der Erde oder auch im Weltraum. Ich habe mich in meiner Recherchephase vor Allem mit diesen letztgenannten Themengebieten beschäftigt.

Herkunft 'Optimum' laut wikipedia.org

→ Abb.21 Bärtierchen oder auch Wasserbären genannt. Sie leben im Meer oder in feuchten Lebensräumen an Land und sind nicht mal einen Milimeter groß. Die besondere Eigenschaft dieser Tiere ist die Kryptobiose, ein todesähnlicher Zustand, in dem sie die extremsten Umweltbedingungen ertragen können. Von Trockenheitsperioden, über Kälteeinbrüche und extremen Sauerstoffmangel, bis hin zum Vakuum des Weltraums überstehen diese kleinen Tierchen so gut wie jedes Extrem. Abb.22 (S.20-21) aus 'Kunstformen der Natur, Ernst Häckel

Abb.18 Fließband in der “Ford Motor Company” Anfang des 20. Jahrhunderts

KONFIGURATION Um Modularität optimal nutzen zu können, ist die Konfiguration der Module entscheidend. Die Module mit gleichen Schnittstellen können durch verschiedene Konfigurationen zu unterschiedlichen Systemen zusammengesetzt werden und so auch jeweils unterschiedliche Funktionen übernehmen. Die Konfiguration ermöglicht es außerdem mit gleichen Modulen, unterschiedliche Systeme zu erstellen, die dann anders funktionieren oder reagieren. Sie spielt also eine wichtige Rolle im Bereich der Modularität, da Module nur in Verbindung mit der richtigen Konfiguration ein funktionierendes System bilden können. Zudem kann eine falsche Konfiguration auch dazu führen, dass die Module fehlerhaft oder gar nicht funktionieren. Sie bedingen sich also gegenseitig. Abb.19 Konfigurierbares Smartphone, “Project Ara by Google”

EXTREMBEDINGUNGEN Auf der Erde gibt es unzählige Arten lebensfeindlicher Orte, die den Menschen allerdings nicht davon abhalten, diese zu erforschen oder sogar zu besiedeln. Von Vulkanen, über riesige Gebirge, die Antarktis, tiefe und raue Gewässer, Höhlen tief unter der Erde und Wüsten die unvorstellbare Hitze und Kälte mit einander vereinen, bis hin zum Weltraum, der in vielerlei Hinsicht eine Gefahr für den Menschen darstellt. Interessant ist hierbei wie sich diese Extreme auf die Ausrüstung und die Gebäude auswirken, die im jeweiligen Gebiet zum Einsatz kommen. Abb.20 Erste Mondlandung eines Menschen durch “Apollo 11”, 1969

Diese unterscheiden sich zum Teil stark und es ist kaum möglich ein Universalschutz zu entwickeln, der es einem erlaubt, sich in jedem Extrem sicher bewegen, bzw. aufhalten zu können. Jedes Umfeld verlangt nach anderen Anpassungen und generiert so indirekt eine ganz eigene Formsprache (vgl. Abb.17). Den Höhepunkt dieser Anpassung bilden so genannte Extremophile (siehe Abb.21). Hierbei handelt es sich um Organismen, die dauerhaft in lebensfeindlichen Bedingungen leben können, da sie sich an die Extreme anpassen können. Diese tauchen in jeglichen Kategorien auf: von hohen und niedrigen Temperaturen, über hohen Druck und nährstoffarme Gebiete, bis hin zu Radioaktivität und Giftstoffen. Diese Fähigkeit macht sie zudem interessant für die Weltraumforschung, da einige Extremophile sogar im Weltraum existieren können und hier teilweise mehrere Fähigkeiten in einem extremophilen Organismus vereint werden.

PHASE 02 THEMENFINDUNG

B - THEMENFINDUNG

Abb.23 'MASTERPIECE SQUELETTE' von Maurice Lacroix

UHRWERKE

Das Uhrwerk bezeichnet das mechanische System einer Uhr, welches sich einige der eben genannten Eigenschaften und Funktionsweisen zu Nutze macht. Es gibt eine Vielzahl von Uhrwerken, wie zum Beispiel elektronische, elektromechanische und viele Unterkategorien, doch vor Allem die rein mechanischen Uhrwerke (siehe Abb.23) bestehen aus einzelnen Komponenten, die in Reihe miteinander interagieren und so ein funktionierendes System bilden.

Interessant ist hierbei die Vielzahl der Komponenten, die auf extrem engem Raum mit absoluter Präzision funktionieren müssen und unter dem Ziffernblatt, wie Organe pulsieren, bei denen jeder einzelne Baustein wichtig ist, um ein funktionierenden 'Organismus' zu schaffen. Dieses System funktioniert parallel. Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so wirkt, sind alle Elemente des Uhrwerks in einer bestimmten Reihenfolge mit einander verbunden und fällt eines der Bestandteile aus, hört das gesamte System auf zu funktionieren. Diese Anordnung bildet zwar ein absolut gleichmäßig funktionierendes System, allerdings ist es dadurch anfällig für Ausfälle und kann sich nicht an sich ändernde Umstände anpassen. Bei einem Uhrwerk ist das auch nicht nötig, jedoch wäre es interessant heraus zu finden, wie andere Systeme funktionieren, die flexibel sein müssen und auch bei Ausfall einzelner Elemente weiterhin funktionieren.

Eine Uhr soll die richtige Uhrzeit anzeigen und einmal eingestellt möglichst lange in gleicher Geschwindigkeit arbeiten. Zudem soll das Gehäuse einer Uhr, zumindest einer, die am Arm getragen wird, möglichst kompakt sein, was auch den äußeren Rahmen des Systems beschränkt. Diese beiden Einschränkungen erfordern eine optimale Konfiguration der Module. Jedoch handelt es sich hierbei, um ein monolithisches System, bei dem die Reihenfolge der Komponenten nicht verändert werden kann und das gesamte System aufhört zu funktionieren, sobald ein Baustein fehlerhaft arbeitet oder gänzlich fehlt. Ein Uhrwerk ist somit in keiner Weise anpassungsfähig, flexibel oder erweiterbar. Es soll lediglich dauerhaft und vor Allem gleichmäßig funktionieren und das in einem begrenzten Raum, meist mit begrenzter Energie.

Abb.24 Modulare Bauweise - “Nakagin Capsule Tower” in Tokio, Kisho Kurokawa, 1972

METABOLISMUS

Der Metabolismus entwickelte sich Ende der 1950er Jahre in Japan aus der Frage nach einer neuen architektonischen Identität Japans. Die Zerstörung der Städte durch den Zweiten Weltkrieg war verheerend, bot allerdings Freiräume für radikale und futuristische Ideen, um auf die große Zahl der Bevölkerung reagieren zu können.

ändernde Anforderungen reagieren zu können. Einer der bekanntesten Vertreter des Metabolismus ist Kiyonori Kikutake, der seine Visionen in Entwürfen wie Ocean City, einer schwimmenden Stadt, die auf dem Wasser wachsen könne, wobei alte Strukturen abgestoßen und versenkt werden sollten, der Öffentlichkeit präsentierte. Dieses Prinzip des Wachstums, welcher mit einer stetigen Erneuerung der Strukturen einhergeht und die meist organische Erscheinung der Entwürfe, zeigen klar, was den Metabolismus ausmacht. Gebaute Beispiel, an denen diese Visionen erkennbar werden gibt es allerdings nur wenige, die dann mit der Zeit auch immer weniger genutzt werden sollten und den Metabolismus so mehr und mehr in Vergessenheit geraten ließen.

Nicht nur Architekten, sondern auch Stadtplaner und Designer trafen sich 1959 auf dem CIAM1 und bedienten sich in ihrer Inspiration sowohl in der Wissenschaft und Technik, als auch in Kultur und Religion, was dazu führte, dass viele der bereits angesprochenen Prinzipien, wie Modularität und Optimierung, Anwendung fanden. Das wohl wichtigste Prinzip, welches sich die Metabolisten zur Nutze machten, ist die Modularität. Ziel war es, die bisher sehr statischen und unflexiblen urbanen Strukturen anpassungsfähig und erweiterbar zu machen und die Entwicklung einer Stadt eher organisch zu denken. Es sollte größere Strukturen geben in denen Module untergebracht sind, die ausgetauscht werden können, um so auf sich

Das Interessante am Metabolismus ist, ähnlich wie es auch schon bei Lebbeus Woods (vgl. S.15) zu beobachten ist, die Abhängigkeit der Architektur von der Funktion, der sie dient. Diese ist in beiden Fällen sehr deutlich spürbar. Es entstehen Formen, die nicht mehr entworfen werden müssen, sondern sich rein aus der Funktion, die eine optimale Konfiguration der Module verlangt, heraus entwickeln.

CIAM - Congrès Internationaux d’Architecture Moderne (dt.: Internationale Kongresse Moderner Architektur) fanden regelmäßig zwischen 1928 und 1959 statt und boten Architekten und Stadtplanern die Möglichkeit sich gedanklich auszutauschen und neue Ideen zu entwickeln.

B - THEMENFINDUNG

Abb.25 Eine “Prayid Siphonophore” in kontrahierter Form

STAATSQUALLEN

Siphonophorae sind im Wasser lebende Nesseltiere, von denen es über 175 verschiedenen Unterarten gibt, die teilweise bis zu 50m lang sind. Was diese sogenannten 'Staatsquallen' so besonders macht, ist ihr Aufbau, der dem einer Raumstation in gewisser Weise ähnelt. Ein einzelnes Tier setzt sich aus vielen separaten Organismen zusammen, die jeweils eine andere Aufgabe übernehmen. Interessant ist hierbei, dass diese einzelnen Polypen nicht zentral gesteuert werden, sondern unabhängig von einander agieren und das ohne untereinander zu kommunizieren. Vergleicht man dieses „System“ mit dem menschlichen Körper, verhalten sich die einzelnen Polypen wie Organe, d.h. sie verrichten unterschiedliche Aufgaben, die alle samt unerlässlich sind, um den Organismus am Leben zu halten und darüber hinaus versorgen sie sich gegenseitig, was ein Überleben des Einzelnen außerhalb des „Systems“ unmöglich macht. Den Unterschied zum Aufbau der Staatsqualle macht bei uns Menschen das Gehirn. Dieses steuert die Organe im Körper und ermöglicht so eine gewissen Art von Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Es kann alle Aktionen innerhalb des Organismus' überblicken und ihn so lenken, anders als bei der Staatsqualle. Hier bilden die Bewegungen und Entscheidungen einen Konsens vieler einzelner

Entscheidungen der Einzelorganismen, von denen keiner alles überblicken kann. Da die Polypen zwar einzelne Organismen sind, jedoch nicht alleine überleben können, handelt es sich bei der Staatsqualle weder um eine Kolonie, noch um einen Organismus. Sie werden als Superorganismus bezeichnet. Trotz der Tatsache, dass jeder einzelne Polyp eigene „Entscheidungen“ trifft und seine Bewegungen, ohne Kommunikation zu den Anderen, selber steuert, funktionieren sie wie eine Einheit, bewegen sich gezielt in eine Richtung, greifen Beute an und pflanzen sich fort. Die vielen einzelnen Organismen entwickeln zusammen eine Form von kollektiver Intelligenz, die es ihnen ermöglicht, sich gegen Gegner zu verteidigen, die um ein vielfaches Größer sind, als ein einzelner Polyp. Um die Besonderheiten dieses Superorganismus’ besser verstehen zu können und die Relevanz der Staatsqualle für meinen Research besser formulieren zu können, wird sie im Folgenden näher beleuchtet und analysiert. Abb.26 (S.26-27) Staatsqualle 'Marrus Orthocanna'

Da die Polypen zwar eigene Organismen sind, jedoch nicht alleine Ăźberleben kĂśnnten und handelt es sich bei den Staatsqualle weder um eine Kolonie, noch um einen Organismus. Sie werden als Superorganismus bezeichnet.

PHASE 03 SUPERORGANISMUS

SIPHONOPHORE

Die sogenannten Staatsquallen sind in gewisser Weise die siamesischen Zwillinge der Tiefsee, hinzu kommen allerdings noch einige weitere Besonderheiten, die dieses Lebewesen in vielerlei Hinsicht einzigartig und interessant machen.

dass ein Schub entsteht, ähnlich wie eine Flugzeugturbine. Sie werden durch Gastrozooids versorgt. Ein Gastrozooid besteht meistens aus einem langen Tentakel, der eher unkontrolliert von der Qualle weg hängt und bei Berührung ein starkes Nervengift absondert. Die Beute verfängt sich in diesen Tentakeln, wird vergiftet und dann von den Gastrozooids in Energie umwandelt, mit der die anderen Polypen versorgt werden können. Zudem gibt es Gonophores die der Reproduktion dienen, indem sie Sperma und Eier absondern. Auf diese Weise ‘paaren’ sie sich mit anderen Staatsquallen. Schutz gegen Feinde, wie zum Beispiel die Karettschildkröte, oder der Mondfisch, bieten Polypen, die die anderen so gut wie vollständig bedecken. Die Hülle, die so entsteht kann, abhängig von der jeweiligen Spezies, hart oder weich sein. Einige sind wie ein harter Panzer, andere bestehen komplett aus Nesselzellen, die bei Berührung ein Gift absondern.

B - SUPERORGANISMUS

Bis her sind ca. 180 Spezies dieser quallenartigen Ketten bekannt. Die Größten von ihnen werden bis zu 50m lang und machen die Staatsqualle so zu einem der längsten Lebewesen das wir kennen. Doch sie wachsen nicht zu dieser Größe wie andere Lebewesen, sondern sie vergrößern sich durch Zellteilung. Die einzelnen Polypen klonen sich und entwickeln sich dann zu verschiedenen Arten, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Alles beginnt mit einem befruchteten Ei, welches in den Weiten des Ozeans herumtreibt. Es entwickelt sich über die Zeit zu einer Larve, die dann zu einem Tentakel wird. Dieser Tentakel hat eine Art Mund, um Nahrung aufnehmen zu können. An diesem Strang wachsen dann Knospen, die sich zu funktionsfähigen Organismen entwickeln, die unterschiedliche Eigenschaften haben. Mit der Zeit bildet sich so ein immer längerer Strang, der alle Organismen miteinander verbindet und ihre unterschiedlichen Fähigkeiten kombiniert. Ist dieser Punkt erreicht, spricht man von einem Superorganismus.

Unklar bleibt allerdings ob und wie die einzelnen Polypen mit einander kommunizieren und wie sie ihre Umwelt wahrnehmen können. Da es sich um viele autonome Organismen handelt, gibt es keine zentrale Einheit, die überblicken kann, was um die Staatsqualle herum passiert, bzw. alle Abläufe steuern kann. Die einzige Möglichkeit, die nahe liegt, ist die, dass der Strang, der alle Polypen verbindet in gewisser Weise Signale von einem Ende zum anderen überträgt. Wie diese dann verarbeitet werden ist wiederum nicht nachvollziehbar.

Die einzelnen Polypen funktionieren autonom, sind aber so hochspezialisiert, dass sie isoliert nicht überleben könnten. So als würden die Organe in unserem Körper nicht durchs Gehirn gesteuert werden, sondern eigene ‘Entscheidungen’ treffen. So genannte Nectophore dienen der Fortbewegung. Sie saugen Wasser ein und stoßen es so stark wieder heraus,

Obwohl die Staatsqualle ein extrem einfaches Nervensystem besitzt und wahrscheinlich ohne innere Kommunikation funktioniert, schwimmt dieses rätselhafte Lebewesen seit 500 Millionen Jahren durch die Ozeane.

Abb.27 Nahaufnahme der Gastrozooids der Apolemia Lanosa

Portuguese Man‘o War Obwohl die Staatsqualle ein Lebenwesen der Tiefsee ist, gibt es einige wenige Arten, die sich näher an der Oberfläche, bzw. sogar über der Oberfläche aufhalten, was sie auch für den Menschen gefährlich macht. Die 'Portugiesische Galeere' (Portuguese Man‘o War) ist nicht so länglich wie ihre Artgenossen, sondern besteht hauptsächlich aus einer Blase, die mit Gas gefüllt ist, was sie über der Wasseroberfläche hält (vgl. Abb.28). Von dieser Blase, die bis zu 30cm groß ist, hängen die Gastrozooids ins Wasser herab, um Beute zu machen. Diese Fangfäden können abgeworfen werden, jedoch beiben die Nesselzellen aktiv und sondern bei Berührung ihr Gift aus. Auf Grund der Tatsache, dass die Portugiesische Galeere an der Wasseroberfläche schwimmt und ihre Tentakel abwirft ist sie extrem gefährlich für den Menschen. Sie kann auf den ersten Blick schnell mit einer normalen Qualle verwechselt werden, doch eine Berührung hat zum Teil lebensgefährliche Entzündungen zur Folge. Sie findet sich in erster Linie im Pazifischen Ozean, wurde aber auch schon vor den Kanaren gesehen und natürlich, wie der Name schon vermuten lässt, vermehrt an der Küste Portugals.

Abb.28 Portuguese Man‘o War

Marrus Orthocanna Eine weitere besondere Art der Staatsqualle ist die feuerrote Marrus Orthocanna. Sie wurde erst 2005 entdeckt und zeichnet sich einerseits durch ihre Farbe und andererseits durch die spezielle Art des Jagens aus. So gut wie alle Tiefseelebewesen lumineszieren in grün oder blau, da Wasser diese Farben am weitesten übertragen kann. Die Marrus Orthocanna ist bisher das einzige Lebewesen in der Tiefsee welches rot ‚glüht‘. Das tut sie um Beute anzulocken. Das funktioniert besonders gut, da die wichtigste Nahrungsquelle für Lebewesen im Wasser rote Ruderflusskrebse sind. Die Staatsqualle imitiert die Farbe, um wie Beute zu wirken und schafft es so, dass ihre Beute zum Jäger kommt, sich in den Tentakeln verfängt und dann von der Marrus Orthocanna verdaut werden kann.

Abb.29 Marrus Orthocanna - rotes Verdauungs- und Kreislaufsystem

Diese intelligente Art der Jagd ersparrt viel Energie, da sich die Qualle nicht zur Beute bewegen muss und gibt ihr das einzigartige Aussehen.

B - SUPERORGANISMUS

30 ↑ 31 ↓

Abb.30 Abb.31 Abb.32 Abb.33

Lensia Conoidea Nanomia Bijuga Physonect Siphonophore Apolemia Uvaria

Abb.34 Abb.35 Abb.36 Abb.37 Abb.38

Apolemia Uvaria Physophora Hydrostatica Physophora Portugiesische Galeere Athorybia Rosacea

PHASE 04 HIVE MIND

B - HIVE MIND

SCHWARMVERHALTEN

Craig Reynolds

Interessant ist hierbei, dass es unterschiedliche Stufen dieser Schwarmintelligenz gibt. Wo sie Vögeln- oder Fischschwärmen noch hauptsächlich dazu dient, sich in eine Richtung zu bewegen und dabei Energie zu sparen, geht ein Ameisenstaat oder ein Bienenschwarm weit über diese simplen Aufgaben hinaus. Die Intelligenz, die sich hier entwickelt macht es den Ameisen bzw. Bienen nicht nur möglich zu überleben, was dem Individuum alleine nicht möglich wäre, sondern sie können besser auf sich ändernde Umstände reagieren, verteilen unterschiedliche Aufgaben, wodurch sie ihre Arbeitsweise optimieren und erhöhen zudem ihre Aufmerksamkeitsspanne und ihr Gedächtnis, durch die ständige Weitergabe von Erfahrungen, um ein Vielfaches.

Craig Reynolds ist ein amerikanischer Experte für Computergrafik und künstliches Leben. Bekannt ist er vor Allem durch seine 'Boids-Simulation', die er im Jahr 1986 veröffentlichte. Diese Arbeit ist so bedeutend, da er um einen Schwarm simulieren zu können, nur wenige einfache Regeln formulierte, die eindrucksvolle Rückschlüsse auf reales Schwarmverhalten zulassen. Zu sehen sind diese Simulationen zum Beispiel in ‘Batman Returns’, einem Film von 1992. Schwarmverhalten Tiere machen sich die Aggregation zu einem Schwarm im Wasser, an Land oder in der Luft zu Nutze, um besser geschützt zu sein, die Nahrungssuche zu optimieren, bei der Fortbewegung Energie zu sparen und um ihre Intelligenz1 zu steigern. Ist man in den 1930er Jahre noch davon ausgegangen, dass die Individuen eines Schwarms durch Gedankenübertragung kommunizieren und es eine Hierarchie geben muss, ist man sich spätestens seit den Beobachtungen des Computerwissenschaftlers Craig Reynolds sicher, dass es kein Führungstier gibt. Es handelt sich viel mehr um eine Überlagerung der Bewegungen einzelner Tiere, genannt boids, die durch wenige simple Verhaltensweisen zu einer ‚fließenden‘ Gesamtform akkumuliert werden. Reynolds formulierte in seiner Computersimulation (boids algorithm) für jeden boid drei einfache Regeln, nämlich cohesion, separation und alignment, die auch ohne direkte Kommunikation angewandt werden können.

Schwarmverhalten Besonders interessant ist wo und wie die Schwarmintelligenz entsteht, sich ohne Absprache entwickelt und dass die einzelnen Individuen sich nicht dafür entscheiden, sondern sich vielmehr treiben lassen. Auf der anderen Seite ist es absolut beeindruckend, wie sehr die einzelnen ‚Elemente‘ des Schwarms ihre Leistungsfähigkeit in jeglicher Hinsicht durch dieses passive Verhalten steigern können. Intuitiv zieht sich das Schwarmverhalten durch unterschiedliche Spezies und funktioniert überall in ähnlicher Art und Weise. Genau hier soll nun angesetzt werden, um herauszufinden wie es zu diesem Phänomen kommt und wie es extrahiert, simuliert und mit anderen Themengebieten verknüpft werden kann.

cohesion: Bewegung in Richtung des Mittelpunktes, aller Individuen im Umfeld seperation: Abstand halten, wenn sich jemand nähert alignment: Bewegung in die gleiche Richtung, wie die Nachbarn Verhalten sich die Individuen auf diese Weise, ergibt sich auf der nächst höheren Ebene ein Schwarm, der die vielen einzelnen Bewegungen kumuliert und so zu einem Objekt macht. Dieses Phänomen führt außerdem dazu, dass der Schwarm auf eine gewissen Weise demokratisch funktioniert. Die Individuen werden, wie die Staatsqualle, nicht zentral gesteuert, sonder treffen eigene Entscheidungen, die so jede für sich Auswirkung auf die Bewegungsrichtung des ganzen Schwarms haben. Es entwickelt sich eine Schwarmintelligenz, die das Verhalten vieler einzelner Tiere zu einem kollektiven Bewusstsein optimiert. 1

In diesem Fall die Fähigkeit Probleme zu lösen. Kollektive Intelligenz bedeutet also, dass die Gruppe in einem bestimmten Zeitraum mehr oder bessere Lösungen für ein Problem findet, als das Individuum.

Abb.39 (S.32-33) Bienenschwarm ← Abb.40 Vogelschwarm

B - HIVE MIND

KOLLEKTIVE INTELLIGENZ

Kevin Kelly

Seite die kommunikationslose und intuitive Zusammenarbeit der vielen, sich unbekannten, Menschen und zum Anderen, die Tatsache, dass die Personen bei stetig steigender Spielgeschwindigkeit ihre Reaktionsgeschwindigkeit automatisch anpassen und schneller reagieren. Auch hier entwickelt sich ganz automatisch eine kollektive Intelligenz.

Kevin Kelly, Wissenschaftler, Schriftsteller, Fotograf und Mitgründer des ‚wired‘-Magazin, spricht in seinem Buch „Out of Control“ über das sogenannte Hive Mind, wobei 'hive' bei Kelly nicht einfach einen Bienenschwarm (eng.: hive) meint, sondern viel umfassender die kollektive Intelligenz, die sich bei Bienen-, Ameisen- oder Vogelschwärmen entwickelt. Besonders interessant ist hierbei, dass Kelly dieses biologische Phänomen unter einer technologischen Sichtweise betrachtet und versucht es hierfür nutzbar zu machen. Geboren 1952 in Pennsylvania, studierte Kelly Geologie an der University of Rhode Island. Während seiner zahlreichen Rucksackreisen durch Asien fotografiert er extrem viel, was ihn dazu veranlasst diese Bilder in seinem Buch 'Asia Grace' zu veröffentlichen. Heute beschäftigt er sich hauptsächlich mit Technologie und wie diese die Zukunft beeinflussen und bestimmen wird. Er hält hierzu Vorträge, schreibt Bücher und fasst all sein Wissen, seine Ideen und seine Vorstellungen auf seinem umfangreichen Blog, dem “Technium”1, zusammen.

Des Weiteren beschreibt Kelly den Vogelschwarm als die Summe einzelner abgehackter Bewegungen, die im Ganzen eine fließende Form bilden. Dies funktioniere nur, da sich die Individuen der Größe, Form und Formation des gemeinsamen Ganzen nicht bewusst sind. Besonders interessant ist hierbei, dass der einzelne Vogel in einem Schwarm schneller reagieren kann, als die Reaktionszeit eines Vogels beträgt, der alleine unterwegs ist und das ohne jegliche Form der Kommunikation. Kelly beschreibt außerdem zwei Systeme, die er aus seinen Beobachtungen extrahiert. Auf der einen Seite das lineare System, in welchem die einzelnen Bausteine linear angeordnet sind. Das führe dazu, dass Ziel, Zwischenstationen und Ergebnis ablesbar sind und nicht anpassungsfähig oder flexibel ist. Fällt ein Baustein aus, hört das gesamte System auf zu funktionieren (vgl. S.22 „Uhrwerke“). Auf der anderen Seite das parallele System, welches aus vielen untereinander vernetzten Bausteinen besteht, die in keiner klaren Reihenfolge funktionieren, was die Zwischenschritte nicht ablesbar, das System jedoch anpassungsfähig und flexibel macht. Ähnlich wie unser Gehirn, eine Ameisenkolonie oder das Internet bleibt es funktionsfähig, auch wenn einzelne Elemente nicht funktionieren, oder sich Umstände ändern auf die reagiert werden muss. Kelly stellt in diesem Zusammenhang klar, dass alle realen Systeme, die funktionieren, eine Kombination dieser beiden Systeme sind und beide in ihrer reinen Form nur in der Theorie existieren können.

Hive Mind Erklärt wird die kollektive Intelligenz von ihm zu Beginn anhand eines Bienenschwarms. Die einzelnen Bienen kommunizieren über Bewegung miteinander und treffen so in gewisser Weise demokratische Entscheidungen. Hat eine Biene Nahrung oder Ähnliches entdeckt, fliegt sie zurück zum Bienenstock und tanzt, je nachdem wie gut die gefundene Quelle ist, stärker oder schwächer und beeinflusst so die anderen Bienen, die sich dann entweder anschließen oder einen anderen Ort suchen. So entscheidet jede Biene, bzw. die kollektive Intelligenz über Verhalten und Entscheidungen des Schwarms. Außerdem übernehmen die Bienen jeweils unterschiedliche Aufgaben und erhöhen durch diese Verhalten das Gedächtnis der einzelnen Biene (ca. sechs Tage) auf ganze drei Monate, was das doppelte Leben einer Biene ist.2

Komplexe Systeme

Darüber hinaus erläutert Kelly ein Experiment von Loren Carpenter aus dem Jahr 1991, bei welchem 5000 Menschen in einer Halle, ohne sich vorher besprechen zu können, bzw. zu wissen, was auf sie zu kommt, perfekt zusammen arbeiten. Jeder Teilnehmen hat eine Art Tischtennisschläger in der Hand, der mit einer grünen und einer roten Seite ausgestattet ist. Die beiden Farben werden von einer speziellen Kamera erkannt und auf einer Leinwand für jeden sichtbar gezeigt. Die erste Aufgabe bestand nun darin das bekannte Spiel Ping-Pong zu spielen, wobei die Teilnehmer ohne jegliche Instruktion erkennen, dass eine Farbe den Balken nach oben und die anderen nach unten bewegt. Außerdem wird jeweils ein Balken von einer Seite der Teilnehmer gesteuert. Bemerkenswert an diesem Experiment ist auf der einen 1 2

Zusammenfassend entsteht also ohne direkte Kommunikation oder ein zentrales Steuern der einzelnen Organismen in gewisser Hinsicht ein Superorganismus, welcher Intelligente Verhaltensweisen aufweist. Dieses System könne nutzbar gemacht werden, um intelligente virtuelle Systeme zu entwickeln, die uns helfen können komplexe Mechanismen, wie den Aktienmarkt, Ökosysteme, das Immunsystem oder das menschliche Gehirn zu simulieren. Es handelt sich hierbei somit um komplexe Systeme, die, zusammen mit komplexen adaptive Systemen, im Folgenden erläutert werden sollen.

← Abb.41 Ameisenstaat Abb.42 (S.38) komplexes System, Autobahnkreuz

http://kk.org/thetechnium Out Of Control, Kevin Kelly, Basic Books, 1995, Hive Mind

B - HIVE MIND

KOMPLEXE ADAPTIVE SYSTEME

John H. Holland

zusammenarbeiten. Aus diesem Grund können kleine Eingriffe in das System einen großen Effekt auf das Ganze haben.

Der US-amerikanischer Informatiker John Henry Holland wurde 1929 in Indiana geboren. Er studierte am Massachusetts Institute of Technologie (MIT) und an der University of Michigan und lehrt heute neben Informatik auch Psychologie und Elektrotechnik. Neben der Lehre gilt er als Begründer des genetischen Algorithmus‘ und des evolutionären Algorithmus‘, sowie als Mitbegründer des komplexen adaptiven Systems, welches im Folgenden erläutert werden soll.

Komplexe Adaptive Systeme Die Theorie der komplexen adaptive Systemen wurde von John H. Holland entwickelt und beschreibt ein komplexes System, welches aus vielen interagierenden Elementen besteht, sich an äußere Gegebenheiten anpassen kann (adaptiv), sowie Erfahrungen sammeln und verarbeiten kann. Die Besonderheiten dieses komplexen Systems, die diese Eigenschaft möglich machen, werden im Folgenden näher betrachtet.

Komplexe Systeme Komplexe Systeme sind ein fester Bestandteil unserer Gesellschaft. Viele dieser Systeme sind allerdings so komplex, dass es keine allgemeine Definition geben kann. Aus diesem Grund gibt der folgende Inhalt, einen Überblick über komplexe Systeme und erklärt diese möglichst anhand von Beispielen, bevor dann näher auf die komplexen adaptiven Systeme eingegangen wird. Ein System ist grundsätzlich erst einmal eine Ansammlung von Elementen und Verbindungen zwischen diesen Elementen. Elemente können geordnet oder ungeordnet sein. Ein System bildet die Ansammlung allerdings nur, wenn die Komponenten geordnet, bzw. konfiguriert sind, sodass sie wirksamer sind, als die losen Einzelteile. Ein Beispiel hierfür ist das Auto: legt man alle Einzelteile auf einen Haufen, übernimmt keines der Komponenten eine Funktion. Werden alle Teile allerdings wirksam miteinander konfiguriert, so entsteht eine der größten technischen Errungenschaften der Menschheit und jede Komponente übernimmt eine entscheidende Aufgabe.

Die einzelnen Elemente eines solchen Systems die mit einander und mit der Umwelt agieren und reagieren, werden von Holland als 'agents' bezeichnet und sind mit jeweils unterschiedlichen Zielen ausgestattet, die sich jedoch auch ändern können. Grundsätzlich versuchen die agents ihre Ziele zu erreichen, bleiben dabei aber autonom. Es entsteht ein Wettbewerb zwischen den agents. Sie beeinflussen sich gegenseitig und treffen Entscheidungen auf Basis von Feedback, welches sie von den Anderen bekommen. Zudem haben sie die Fähigkeit ihren Status an eine sich ändernde Umgebung anzupassen oder sich dagegen zu entscheiden. Diese komplexen Verbindungen und Eigenschaften machen es unglaublich schwierig, die jeweilige Reaktion der agents auf bestimmte Informationen von außen vorherzusagen. Es entsteht ein System in dem die Mikroebene (agents) das System als Ganzes beeinflusst und diese Makroebene wieder die einzelnen agents beeinflusst. So gibt es keine zentrale Kontrolle über das System und kein Element des Systems hat 100% Information, was fehlerhafte Elemente verkraftbar macht und das System so robust und adaptiv arbeiten lässt.

Eine System wird jedoch erst zu einem komplexen System, sobald es auf mehreren Maßstäben funktioniert, also multidimesional ist. Um bei dem Beispiel des Automobils zu bleiben, zeigt sich die Multi-Dimensionalität in so fern, als dass das Fahrzeug an sich aus Komponenten, wie dem Motor, den Türen und den Sitzen, besteht, die sich wiederum selber aus vielen in Verbindung stehenden Bauteilen zusammensetzen. Des Weiteren ist das Auto ein einzelnes Element im Verkehrsnetz, welches wieder Teil einer größeren Infrastruktur ist. Es handelt sich also um ein System, welches auf verschiedenen Maßstäben funktioniert und jedes Element mit anderen in Verbindung steht, eine Funktion übernimmt und dabei autonom bleibt. Dies hat zur Folge, dass sich alle Teile bedingen, was es 'komplex' macht. Weiterhin funktioniert ein komplexes System nicht-liniear, was bedeutet, dass in-put und out-put des System nicht proportional zueinander sein müssen, oder anders muss ist das Ergebnis zwei miteinander interagierenden Elemente nicht zwingend so groß, bzw. klein sein, wie das Ergebnis zweier isolierter Elemente. Dieser Effekt steigt exponentiell, was bedeutet, dass zum Beispiel vier Ameisen in einem Ameisenstaat mehr als doppelt so effektiv sein können, wie zwei Ameisen, die

Ein Beispiel hierfür ist unser Immunsystem im Körper. Es funktioniert durch Antikörper, die sich in unserem Körper bewegen, miteinander kommunizieren und die Aufgabe haben angreifende Krankheitserreger oder mutierte körpereigene Zellen zu zerstören. Diese tauchen allerdings in zahllosen verschieden Formen auf und es wäre für den Körper unmöglich gegen jeden möglichen Angreifer, den passenden Verteidiger parat zu haben. An dieser Stelle schalten sich die Antikörper ein, die die Fähigkeit haben, sich an immer neue Angreifer anzupassen und den Körper so optimal zu schützen. Biologisch gesehen funktioniert dieses System sehr gut. Aufgrund der Komplexität ist es allerdings sehr schwer, ein solches System mithilfe von Computern zu simulieren. Das komplexe adaptive System von Holland kommt dem sehr nahe und kann Systeme wie den Aktienmarkt, Ameisenkolonien, Ökosysteme, unser Gehirn oder Wirtschaftsunternehmen annähernd simulieren, was dabei helfen kann Eingriffe in ein komplexes System und deren Auswirkungen zu testen.

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KÜNSTLICHE INTELLIGENZ

“The development of full artificial intelligence could spell the end of the human race.” - Stephen Hawking

die uns eine Sprachsteuerung ermöglichen, oder das Schreiben durch intelligente Wortvorhersagen und Handschrifterkennung beschleunigen, fallen in diesen Bereich. Mittlerweile geht der Einsatz der KI sogar soweit, dass selbstfahrende Fahrzeuge auf öffentlichen Straßen getestet werden und humanoide Roboter eigene Entscheidungen treffen, sich mit uns unterhalten und unsere Mimik erkennen, um dann darauf reagieren zu können. Zudem werden öffentliche Bereiche im Stadtraum durch intelligente Kamerasysteme überwacht, die vermeintlich genauer und zuverlässiger arbeiten, als menschliches Sicherheitspersonal.

Technischer Fortschritt Technische Errungenschaften entstehen immer aus dem Verlangen des Menschen, Dinge einfacher, effizienter oder leistungsfähiger zu machen. Angefangen mit Maschinen, die uns physisch unterstützen und leistungsfähiger sind als die menschlichen Muskeln, über Taschenrechner, die schneller rechnen als das menschliche Gehirn, bis hin zu intelligenten Systemen, die uns den Umgang mit Information erleichtern oder sogar abnehmen.

Technische Singularität Besonders interessant bei der Entwicklung der AI ist der sogenannte Punkt der Singularität. Hierunter versteht man den Zeitpunkt, ab dem die künstliche Intelligenz so weit entwickelt ist, dass Maschinen die Fähigkeit haben, sich selbst zu verbessern. Ist dieser Punkt erreicht, sei die Zukunft des Menschen unvorhersehbar, da absolut ungewiss ist, wie schnell sich künstliche Intelligenz in eine bestimmte Richtung entwickeln wird und wie stark der Mensch Einfluss darauf nehmen kann.

Artificial Intelligence Die Anfänge der sogenannten 'artificial intelligence' oder AI (dt. künstliche Intelligenz oder KI) liegen in der Entwicklung von Schachcomputern. Diese stellen schon seit den 1990er Jahren sogar für die Weltelite der Schachspieler einen ernsthaften Gegner dar. Seit dem ist die Entwicklung der KI extrem voran geschritten und mittlerweile wird sie nicht mehr nur als Kontrahent, sondern mehr und mehr eingesetzt, um mit uns zu arbeiten und uns Arbeit abzunehmen.

Der Fakt, dass die Fähigkeiten der künstlichen Intelligenz immer komplexer und leistungsfähiger werden und der Mensch mittlerweile in gewissen Bereichen absolut auf diese digitalen Systeme angewiesen ist, während die Zukunft der KI aufgrund des rasanten Fortschritts unklar ist, führt dazu, dass das volle Potential dieser Systeme bisher nicht ausgereizt wird, bzw. Sicherheitssysteme implementiert werden, die uns jederzeit die volle Kontrolle garantieren. Dieses Dilemma zwischen der Notwendigkeit, in Bezug auf die immense Informationsflut, die verfügbare Technik nutzen und vorantreiben zu müssen und die Ungewissheit bezüglich dem Punkt der Singularität, macht die künstliche Intelligenz so bedeutend für die Zukunft des Menschen.

'Künstliche Intelligenz' bezeichnet in erster Linie den Versuch ein virtuelles System zu programmieren, was die Funktionsweise menschlicher Intelligenz bestmöglich nachahmt. Dieses Ziel erfordert zum Einen, dass die KI lernt und 'Erfahrungen' sammeln, sowie verwerten kann. Zum Anderen, dass es diese Fähigkeiten nutzen kann, um Probleme selbstständig zu lösen und bei Veränderung eigenständig alternative Lösungswege finden kann. Der Einsatz dieser Systeme geht mittlerweile weit über Schachcomputer, oder Gegenspieler in Videospielen hinaus. So helfen uns diese Programme heutzutage zum Beispiel im Umgang mit der Informationsflut, die uns vor Allem durch das Internet zur Verfügung steht und ohne intelligente Suchmaschinen kaum zu filtern wäre. Die Menge an Informationen, die die Menschheit ansammelt, vergrößert sich so schnell, dass es die Kapazität des menschlichen Gehirns längst bei Weitem übersteigt. War es früher noch möglich Experte in mehreren Fachgebieten der Wissenschaft zu sein, ist es heutzutage, auf Grund der Menge an Informationen, gerade einmal möglich Experte in einem Gebiet oder sogar nur einem Teilgebiet zu sein. Hier wird die künstliche Intelligenz bald unverzichtbar sein, um Information filtern und verarbeiten zu können.

Die Grundlage dieser intelligenten Systeme, die lern- und anpassungsfähig sein sollen, bilden komplexe Systeme. Sie basieren wiederum auf dem bereits erläuterten Phänomen der kollektiven Intelligenz, bei dem viele autonome Elemente ein funktionierendes System bilden. Komplexe adaptive Systeme gehen dann noch einen Schritt weiter und versuchen, wie die KI, anpassungsfähig zu funktionieren. Auch hier sind Schwärme das Vorbild, die die Fähigkeit haben sich an äußere Gegebenheiten anzupassen und bei Problemen alternative Lösungen zu finden. Erst einmal verstanden, kann die Natur in vielerlei Hinsicht Vorbild sein und die Adaption bestimmter Systeme kann helfen, unser Leben durch technischen Fortschritt zu verbessern.

Hinzu kommt ein verzichtbarer Bereich der AI, der uns das alltägliche Leben vereinfacht und uns hauptsächlich Zeit ersparen soll. Zum Beispiel Programme auf dem Smartphone,

Abb.43 künstliche Intelligenz im Film 'I,Robot'

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TRANSFER Die erläuterten Themen sollen nun im Folgenden in analoge Versuche übertragen werden. Hierbei geht es nicht darum, die einzelnen Prinzipien oder Phänomene abzubilden, sondern zu schauen welche Aspekte die Themen miteinander verbinden und diese zu extrahieren. Die Versuche bauen hierbei auf einzelnen Besonderheiten auf, die jeweils das Potential neuer Erkenntnisse bieten. Kollektive Intelligenz oder komplexe adaptive Systeme dienen als Vorbild und Ansatz, um einen Versuchsaufbau zu finden, der es ermöglicht autonom agierende Individuen unter unterschiedlichen Bedingungen beobachten zu können, um so zu sehen, ob eine kollektive Intelligenz zwischen mehreren Komponenten entsteht, ohne dass diese zentral gesteuert werden oder kommunizieren. Es muss also auf der einen Seite ein Material oder Objekt gefunden werden, das aktiviert werden kann und in gewisser Weise eigene Entscheidungen trifft, unvorhersehbar reagiert und mit anderen interagieren kann. Es sollte in so fern modular sein, als dass es alleine funktionieren muss, allerdings auch in Verbindungen mit weiteren Objekten der gleichen Art, ähnlich wie bei der Staatsqualle. Weiterhin soll untersucht werden, wie sich eine Veränderung der Umstände auf die Reaktion des Materials auswirkt. Dies bezieht sich einerseits auf das Material selber, welches bearbeitet oder verändert werden kann. Zum Anderen auf die Umgebung und die Parameter auf die reagiert werden muss. Im Folgenden wird die Entwicklung von der theoretischen Vorstellung verschiedener Versuche, über eine spielerische Experimentierphase, die der Orientierung und dem Kennenlernen des Materials dienen soll, bis hin zu systematischen Versuchsreihen und dem Fokussieren auf ganz bestimmte Aspekte dargestellt und erläutert.

Aus den verschiedenen Ideen für ein Material und einen ersten Versuchsaufbau kristallisierte sich der Popcorn am Faden - Versuchsaufbau heraus. In erster Linie aufgrund des Materials. Die kleinen explodierenden Maiskörner funktionieren isoliert oder in Gruppen und reagieren bei gleichen Parametern sehr unterschiedlich und das auf zwei Ebenen, nämlich Bewegung und Erscheinung. Wie sie sich gegenseitig bedingen und wie eine entstehende kollektive Intelligenz durch Experimente abgebildet werden kann, wird im Folgenden Abschnitt C - INITIAL PLAY untersucht.

Kreisel unter Langzeitbelichtung Bei diesem Versuch bilden Kreisel die autonomen Individuen, die eine kollektive Intelligenz entwickeln sollen. Sie bewegen sich, einmal gestartet, zufällig und bedingen sich gegenseitig, indem sie sich berühren und abstoßen. Abgebildet wird das Ergebnis durch ein Foto, welches unter Langzeitbelichtung aufgenommen wird. Die Kreisel unterscheiden sich in ihrer Farbe, wodurch die einzelnen Pfade der Kreisel ablesbar sind und Zusammenstöße erkennbar werden. Das Foto ist also die Aggregation der Einzelbewegungen zu einem Gesamtbild. Der Versuchsaufbau kann noch um eine Topographie erweitert werden und es können Lichter auf den Kreiseln angebracht werden.

Metallpulver und Magneten Dieser Versuchsaufbau besteht aus zwei dünnen Platten zwischen denen sich Magnete befinden, die an Fäden befestigt sind. Die Magneten können mit Hilfe der Fäden in zwei Achsen bewegt werden. Auf der oberen Platte befindet sich Metallpulver, welches den Bewegungen der Magneten folgt. Die Magneten bedingen sich gegenseitig, indem sie sich anziehen oder abstoßen und sie bedingen das Metallpulver, welches erneut die Einzelbewegungen zusammenfasst und es in gewisser Weise wie einen Vogelschwarm erscheinen lässt.

Popcorn am Faden Ein Topf mit Maiskörnern wird erhitzt. DIe Maiskörner sind durch einen Faden miteinander verbunden. Der Topf befindet sich in einer Kiste, die von innen mit doppelseitigem Klebeband ausgekleidet ist. Das Popcorn explodiert und springt, durch die freiwerdende Energie, aus dem Topf heraus, wo es am Klebeband kleben bleibt. Die einzelnen Maiskörner sind so miteinander verbunden, dass sie sich auf dem Faden hin- und herbewegen können. Es spannt sich mit der Zeit ein Netz in der Kiste auf, was die „kollektive Intelligenz“ der miteinander verbundenen Körner widerspiegelt. Die Maiskörner verhalten sich autonom und reagieren jeweils unterschiedlich auf die Hitze, die ihnen zugeführt wird. Sie nehmen unterschiedliche Formen an und bewegen sich unkontrolliert.

PHASE 05 INITIAL PLAY

C - INITIAL PLAY

WORKSHOP Diese Phase des Seminars dient der Orientierung und dem intuitiven Ausprobieren in verschiedene Richtungen. Man hat die Möglichkeit sich von den Ergebnissen intuitiv leiten zu lassen und so herauszufinden, in welche Richtung man in der systematischen Experimentierphase gehen kann, um interessante Ergebnisse erwarten zu können. Es soll überprüft werden in wie weit ein Versuchsaufbau, der auf Basis von theoretischen Ansätzen entwickelt wurde, tatsächlich aussagekräftige Ergebnisse liefern kann. Es zeichnen sich Phänomene und Prinzipien ab, die es wert sind, näher untersucht zu werden und den Ablauf, sowie die kommenden Phasen des Seminars bestimmen. Um das erreichen zu können, soll das Material bis aufs Äußerste beansprucht und unter Zwänge gesetzt werden, um zu sehen wie es sich verhält und unvorhersehbare Reaktionen zu provozieren. Zunächst werden jedoch unterschiedliche Versuchsaufbauten getestet und sich mit dem Material vertraut gemacht. Wie stark muss das Material erhitzt werden? Wie erreicht man eine dokumentierbare Erhitzung des Materials? Lassen sich Maiskörner durch einen Faden verbinden? Und explodieren sie dann überhaupt noch? Wie berechenbar ist das Material unter welchen Umständen? Wie beeinflussen sich mehrere Maiskörner, die zusammen unter Zwang erhitzt werden? Sind hier schon Ansätze eines hive minds erkennbar? Diese grundsätzlichen Fragen sollen in der initial play - Phase untersucht und beantwortet werden, um dann neue Fragen aufzuwerfen, die tiefer gehen und zu Experimenten führen, die das Material noch stärker ausreizen und es an seine Grenzen bringen.

C - INITIAL PLAY

↑ Abb. Arbeitsbereich während des DRP Seminars im Seminarraum des IEX

WORKSHOP TEIL 01 Zu sehen ist nun also der Versuchsaufbau zum bereits beschriebenen Versuch Popcorn am Faden (vgl. Seite 39). Die Kiste steht, ausgekleidet mit doppelseitigem Klebeband und leicht zur offenen Seite hin gekippt, über einem Topf, in dem sich die miteinander verbundenen Maiskörner und etwas Öl befinden. Verbunden sind die Körner durch einen Faden, der durch Löcher im Korn (siehe Abb.↓) gefädelt wurde und an den beiden Enden Koten hat, um die Körner auf dem Faden zu halten. Die Löcher wurden mit einem Dremel gebohrt.

← Abb. Während des Erhitzens wird schnell klar, dass der Faden sich so sehr mit dem Öl vollsaugt, dass er die Körner im Topf hält und ein herausspringen hemmt, bzw. sogar gänzlich verhindert. Hinzu kommt, dass Hitze in Verbindung mit der aufgesogenen Feuchtigkeit den Faden reißen lässt, sobald ein Korn explodiert. Anders als erwartet bleibt das Popcorn zwar in der Kiste kleben, jedoch wird kein Netz aufgespannt, was die Summe der Einzelbewegungen darstellt und ein brauchbares Ergebnis liefern würde.

Auswertung Mehrere Erkenntnisse können aus diesem ersten Versuch gewonnen und für die weitere Vorgehensweise in Betracht gezogen werden. Als erstes eignet sich ein Baumwollfaden nicht, um die Körner unter den vorherrschenden Belastungen zu verbinden. Es muss also ein anderes Material gefunden werden, welches flexibel, aber trotzdem beständig ist. Desweiteren verhindert der Versuchsaufbau eine optimale Dokumentierbarkeit. Es ist kaum möglich zu verfolgen, bzw. festzuhalten was im Einzelnen passiert, zwischen dem Erwärmen und dem Endergebnis (siehe Abb. →). Die Anordnung der Maiskörner zu einer Kette scheint jedoch grundsätzlich vielversprechend. Das Anordnen in einer Reihe funktioniert nicht, wenn es darum geht ein Netz aufzuspannen. Allerdings eignet sich dieses Prinzip gut, um einen Organismus zu simulieren, der aus einzelnen, miteinander verbundenen Individuen besteht, ähnlich wie die Staatsqualle.

WORKSHOP TEIL 02

C - INITIAL PLAY

Nachdem der Faden aus dem ersten Teil des Workshops gegen einen widerstandsfähigeren ausgetauscht wurde, geht es im zweiten Teil des Workshops hauptsächlich darum die Maisketten zu untersuchen. Was für Formen ergeben sich, wenn sich die Körner unter Zwang, durch Knoten an den Enden des Fadens, ausdehnen und explodieren trotzdem alle, oder bleiben einige in ihrer ursprünglichen Form, da sie nicht genug Platz haben sich zu extrudieren?

Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau ist diesmal denkbar einfach: Die jeweilige Maiskette wird in einen Topf gegeben, in dem sich etwas Öl befindet und dann erhitzt. Ab einer bestimmten Temperatur explodieren die ersten Körner und bewegen die Kette durch die Impulse im Topf hin und her. Die Körner explodieren unregelmäßig im Abstand von wenigen Sekunden. Dies führt dazu, dass es insgesamt relativ lange dauert, bis die Explosionen langsam verstummen und die Kette aufhört sich durch den Topf zu bewegen. Dadurch, dass sich die Kette verformt und sich die Körner stärker an einander drücken, verbleiben einzelne Körner im Ausgangszustand. Dies passiert sowohl zwischen explodierten Körnern, als auch auch an den Stellen, an denen sich die Kette nach oben drückt und eine Art Bogen formt. Der widerstandsfähigere Faden ist zwar relativ zuverlässig, reißt allerdings auch hin und wieder, was eine aussagekräftige Versuchsreihe unmöglich macht.

Abb.↑↓ Ergebnisse des Versuchs in Workshop Teil 02

Auswertung Die Fotos zeigen sehr deutlich inwieweit die Körner sich gegen den Zwang, unter den sie gesetzt werden, wehren und was das für Auswirkungen auf die Form der Kette hat. An den Stellen an denen mehrere aneinander liegende Körner explodiert sind, verformt sich die Gesamtfigur am stärksten und biegt sich extrem, was teilweise zum Reißen des Fadens führt. An den Stellen an denen mehrere Körner im Ausgangszustand bleiben und nicht explodieren, bildet sich eine Art Gelenk, an dem sich die Kette verdrehen kann. Insgesamt ist nicht nur die Form des einzelnen Korns unvorhersehbar, sonder auch eine Kette von Körnern weist unterschiedliche Abschnitte auf, von Bereichen die ihr Ausmaß stark vergrößert haben, bis zu Bereichen die der Hitze gänzlich widerstehen. Für den weiteren Research ist es unerlässlich das Korn im Einzelnen zu analysieren und zu verstehen. Es muss untersucht werden, wie die unkontrollierten Extrusionen entstehen und ob diese in irgendeiner Weise beeinflusst werden können.

POPCORN

C - INITIAL PLAY

Die Ursprünge des Popcorns gehen weit zurück. Aus archäologischen Funden wissen wir, dass die Maispflanze schon um 2500 v. Chr. in Mexiko angebaut wurde. Christopher Columbus brachte die Pflanze und die Art sie essbar zu machen 1493 mit nach Europa. Dort wurde sie jedoch erst Mitte des 18. Jahrhunderts großflächig angebaut und konnte erst dann als Nahrungsmittel dienen. Wo Popcorn damals wichtige Nahrungsquelle war, ist es heute höchsten noch ein beliebter Snack, der hauptsächlich während des Filmeschauens zu sich genommen wird. Wesentlich interessanter als die Geschichte des unberechenbaren Korns ist allerdings der Grund für die plötzliche Explosion und die extreme Volumenvergrößerung beim Erhitzen. Popcorn wird aus sogenanntem Puffmais oder Knallmais hergestellt. Hierbei handelt es sich um eine Hartmaissorte, die viele mit Wasser und Gasen gefüllte Hohlräume innerhalb des stärkehaltigen Speichergewebes hat. Das eingeschlossene Wasser dehnt sich beim Erhitzen aus, bis es gasförmig wird. Zwischen 180 und 200 Grad1 hat das Wasser sein Volumen so stark vergößert2, dass die Schale dem inneren Druck nicht

Abb.44 Maiskörner am Kolben

sie schlagartig abkühlt und noch vor dem Ende der Explosion erstarrt. Zwei französiche Wissenschaftler, Emmanuel Virot und Alexandre Ponomarenko haben das Korn, unter physikalischen Gesichtspunkten, genauer untersucht. Sie fanden heraus, dass das charakteristische Geräusch, dass bei der Explosion zu hören ist, durch das schlagartig entweichende Gas entsteht, welches im Korn eingeschlossen ist, bis die Schale aufgesprengt wird. Außerdem haben sie sich den Sprung, den die Körner bei der Explosion machen genauer angesehen und analysiert. Interessant ist hierbei, dass die Schale des Korns wie eine Art Bein funktioniert, mit dessen Hilfe sich das Korn vom Boden abstößt. Die Hülle stülpt sich durch den extremen Druck im Inneren so kraftvoll nach außen, dass das Korn hochfliegt und dabei rotiert.

mehr standhalten kann. Das führt dazu, dass die überhitze Maisstärke unter dem Druck des Wasserdampfes nach außen tritt (siehe Abb.↓). Dieser Vorgang läuft im Bruchteil einer Sekunde ab. Die schaumartige Masse dringt nach außen, wo

Wasser siedet zwar schon bei 100 Grad, allerdings ist der Druck im Korn so hoch, dass es bei steigender Temperatur flüssig bleibt. 2

Unter normalen Bedingungen entsteht aus einem Milliliter Wasser ca. 1,6 Liter Wasserdampf.

Abb.45 Nahaufnahme der aufsprengenden Schale des Popcorns

Abb.46 Nahaufnahme eines explodierenden Popcorns und der freiwerdenden Kraft

Aufgrund der Tatsache, dass jedes Korn auf natürliche Weise gewachsen ist, gleichen sich zwei Körner nie gänzlich. Es gibt längliche und eher runde, sie haben außen oder auch im Inneren Unregelmäßigkeiten und sind unterschiedlich groß. All diese Besonderheiten wirken sich auf den Prozess des Aufsprengens der Schale aus. In Konsequenz tritt die Maisstärke unkontrolliert und jeweils etwas anders nach außen, was zu extrem unterschiedliche Formen und Größen führt (siehe Abb.47). Aus diesem Grund springen die Körner während der Explosion auch unkontrolliert in verschiedene Richtungen oder platzen gar nicht. Sie sind unberechenbar und treffen eigene 'Entscheidungen', was sie in gewisser Weise zu einem autonomen Individuum macht, welches auf eine mögliche kollektive Intelligenz untersucht werden kann.

Abb.47 Variationsreichtum der extrudierten Maiskörner

Eingefrohrene Explosion Verantwortlich für die Explosion des Maiskorns ist die Maisstärke im Endosperm, die harte und dichte Schale außen herum, ein Feuchtigkeitsgehalt im Korn von mindestens 12% und eine Temperatur von 180 - 200 Grad. Bei dieser Temperatur ändert das eingeschlossene Wasser seinen Aggregatzustand. Es wird gasförmig und vergrößert sein Volumen auf das 1700-fache. Die Schale hält diesem Druck nicht mehr Stand und die Maisstärke tritt aus. Die molekularen Strukturen der Stärkekörner werden zerstört, was zum Aufquellen der Masse führt. Somit ist also die Verbindung von Hitze und Wasser verantwortlich für die Volumenvergrößerung des Korns. Ist die Stärke jedoch erstmal aus der Schale heraus, kühlt sie so rapide ab, dass sie erhärtet.1 Da diese Ereignisse unglaublich schnell ablaufen, entstehen extrem unkontrollierten Formen des Popcorns. Es ist in gewisser Weise eine eingefroherene Explosion. 1

Peter Bützer, Popcorn, Popkorn ... a-maizing, 2007

Abb.48 freiwerdende Kraft des Popcorns

PHASE 06 SYSTEMATIC PLAY

C - SYSTEMATIC PLAY

SETUP Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse, sowohl durch Versuche, als auch durch den theoretischen Research, wurde das Setup grundlegend verändert. Es wurde insofern optimiert, als das die Dokumentation der Versuche nun besser festgehalten werden kann, um vergleichbare und aussagekräftige Ergebnisse zu bekommen. Außerdem soll es in der folgenden Versuchsreihe 1 darum gehen, das einzelne Korn in verschiedenen 'Extremsituationen' zu untersuchen. Das Material befindet sich nun in einer halb geschlossenen Kiste, die innen mit schwarzer Folie ausgekleidet ist, um das Popcorn hervor zu heben. In dieser Kiste ist zwischen den beiden Außenseiten ein Draht gespannt, welcher den zuvor verwendeten Faden ersetzt. Das Erhitzen findet nun mit Hilfe eines Heißluftföhns statt, um jeweils gleiche Bedingungen zu haben und die Hitze genauer auf das Material lenken zu können. Vor dem Versuchsaufbau befindet sich eine Spiegelreflexkamera auf einem Stativ, die den Versuchsablauf, bzw. Präparat und Ergebnis dokumentieren soll. Untersucht werden sollen Maiskörner, die sich in unterschiedlichen Bedingungen befinden, um Phänomene und Parameter zu finden, die dann genutzt werden können, um das Verhalten des Korns zu steuern. Das kann zum Beispiel die Verbindung mit einem anderen Material, wie Gips oder Leim sein, oder die Ausrichtung des Maiskorn, sowie Zwänge. Um wertige Ergebnisse zu erhalten, sind jeweils fünf gleich behandelte Maiskörner auf einem Draht nebeneinander zu sehen. So können Ausreißer-Ergebnisse festgestellt werden und in der Unberechenbarkeit des Popcorns eine Richtung festgestellt werden, die verwertbar für den weiteren Verlauf des Researches ist. Es soll schnell eine Masse an Untersuchungen entstehen, um auf dieser Basis entscheiden zu können, in welche Richtung es weitergehen wird.

SYSTEMATIC PLAY VERSUCHSREIHE 1

STANDARD

C - SYSTEMATIC PLAY

Abb. Setup 1.1

Abb. Ergebnis 1.1

Versuchsreihe 1.1

Setup Das Setup besteht aus fünf unbearbeiteten Maiskörnern. Untersucht wird hier das Verhalten eines normalen Maiskorns, welches einer Hitzequelle von unten ausgesetzt ist. Interessant ist einerseits welches Ausmaß die Extrusion annimmt und andererseits welche Form sie hat. Aufgrund des vorherigen Researches, sowie den Versuchen, ist zu erwarten, dass sich die austretende Maisstärke nach unten, in Richtung der Wärmequelle, entfalten wird.

unbearbeitetes Korn gleicher Abstand zur Wärmequelle

unkontrollierte Extrusion Extrusion in Richtung Wärmequelle

Auswertung Wie erwartet tritt die Maisstärke in Richtung der Wärmequelle, also nach unten, aus. Es handelt sich hierbei um relativ kleine Austritte, die alle ähnlich groß sind. Deutlich erkennbar ist außerdem das Umstülpen der Schale nach oben bei allen fünf Präparaten. Dies geschieht zwar offensichtlich unkontrolliert, nimmt jedoch ähnliche Formen an. Interessant ist die Beziehung zwischen Wärmequelle und Richtung der Ausdehnung. Es handelt sich hierbei um einen ersten Parameter, mit dessen Hilfe die Erscheinung des Popcorns beeinflusst werden kann.

Abb. Setup 1.2

Versuchsreihe 1.2

Setup Das Setup besteht aus fünf unbearbeiteten Maiskörnern, dessen Abstand zur Wärmequelle von links nach rechts gleichmäßig ansteigt. Untersucht wird hier die Bedeutung des Abstandes zur Wärmequelle, sowohl für Ausmaß, als auch Richtung der Extrusion. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass sich die Extrusionen unterscheiden werden, da eine Temperatur zwischen 180 - 200°C optimal ist. -

variierender Abstand zur Wärmequelle

unkontrollierte variierende Extrusion Extrusion in Richtung Wärmequelle Größe steigt linear mit Abstand zur Wärmequelle

Auswertung Der Abstand zur Wärmequelle ist entscheidend für Größe und Erscheinung der Extrusion. Der Austritt der Maisstärke vergrößert sich linear mit dem Abstand zur Wärmequelle. Das Korn am nächsten zur Wärmequelle (links) explodiert gar nicht, sondern verbrennt. Das Korn, das am weitesten entfernt ist, vergrößert sich sogar minimal stärker, als das benachbarte, welches annähernd die Form der Präparate aus VR1 1.1 angenommen hat. Festzuhalten ist hier also, dass die Wärmequelle nicht nur die Richtung der Extrusion bestimmt, sondern auch Größe und Form, was sie zu einem entscheidenden Parameter macht.

VR = Versuchsreihe

C - SYSTEMATIC PLAY

Abb. Setup 1.3

Abb. Ergebnis 1.3

Versuchsreihe 1.3

Setup Das Setup besteht aus vier unbearbeiteten Maiskörnern, die mit der Wurzel nach unten ausgerichtet sind. Untersucht wird das Verhalten eines normalen Maiskorns, bei welchem sich die Wurzel in Richtung der Wärmequelle befindet. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Wurzel die Extrusion hemmt, bzw. sogar verhindert. Bei den explodierten Körnern blieb jeweils die Wurzel innerhalb der Maisstärke erkennbar.

- unbearbeitetes Korn mit Wurzel unten

Auswertung -

Übereinstimmend mit der Erwartungshaltung kommt es in diesem Fall nicht zum Austreten der Maisstärke. Die Präparate verfärben sich zum Teil stark, allerdings steigt die Hitze im Korn offensichtlich nicht genug an, um das eingeschlossene Wasser soweit zu erhitzen, dass es die Schale sprengt. Die Ausrichtung der Körner in Verbindung mit dem Bezug zur Wärmequelle bildet also einen zuverlässigen Parameter, mit dessen Hilfe eine Extrusion gänzlich verhindert werden kann.

keine Extrusion Körner verbrennen

KERAMIK

Abb. Setup 1.4

Versuchsreihe 1.4

Setup Das Setup besteht aus fünf, locker in Keramik eingehüllten, Maiskörnern, die mit der Wurzel nach oben ausgerichtet sind. Untersucht wird hier in wie weit die Keramikhülle einen Schutz bieten kann und wie die Form des Popcorns, bei einem möglichen Austritt so verändert wird. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Hitze durch die Lücken in der porösen Hülle das Korn erreicht und es so aufsprengen kann.

- poröse Hülle aus Keramik

Auswertung -

Zu Beginn der Erhitzungsphase kann die Hülle noch einen bedingten Schutz bieten. Sie ist allerdings zu porös, um sich an der glatten Oberfläche des Maiskorns zu halten und wird nach einiger Zeit vom Heißluftföhn weggeblasen. Hinzu kommt, dass das Aufsprengen der Schale durch das eingeschlossene Wasser mehr Energie freisetzt, als die Keramikhülle kompensieren kann. Wie in der Abbildung erkennbar halten sich einzelne Teile der Hülle am Korn, allerdings kann Keramik das Aufbrechen der Schale nicht verhindern.

Aufsprengen der porösen Hülle teilweise Extrusion in Richtung Wärmequelle

C - SYSTEMATIC PLAY

Abb. Setup 1.5

Abb. Ergebnis 1.5

Versuchsreihe 1.5

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die auf ihrer Unterseite in Keramik eingehüllt sind und mit der Wurzel nach oben ausgerichtet sind. Untersucht wird hier, ob das Einhüllen des Bereiches, an dem normalerweise die Maisstärke austreten würde (vgl. VR 1.1), ein Extrudieren verhindert wird. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Keramikhülle höchstens einen bedingten Schutz gegen die Wärmequelle bieten wird.

Keramik auf Unterseite

Unkontrollierte Extrusion Extrusion in Richtung Wärmequelle Hülle komplett weggesprengt

Auswertung Zu Beginn der Erhitzungsphase kann die Hülle noch einen geringen Schutz bieten. Jedoch kann sie sich nicht an der glatten Oberfläche halten und kann ein Austreten der Maisstärke somit weder verhindern, noch hemmen. Wie in der Abbildung erkennbar nehmen die Extrusionen eine ähnliche Form an, wie sie es ohne Keramikhülle tun. Eine Keramikhülle kann somit nicht wirklich eingesetzt werden, um das Verhalten des Maiskorns zu beeinflussen. Von ihr bleibt, nach dem Aufbrechen der Schale, nichts mehr am Korn zurück.

LEIM

Abb. Setup 1.6

Versuchsreihe 1.6

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die ihrer Unterseite in Leim eingehüllt sind und mit der Wurzel nach oben ausgerichtet sind. Untersucht wird hier, ob das Einhüllen des Bereiches, an dem normalerweise die Maisstärke austreten würde (vgl. VR 1.1), ein Extrudieren verhindert wird. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass der Leim einen bedingten Schutz gegen die Wärmequelle bieten wird.

Leim auf Unterseite

Unkontrollierte Extrusion Extrusion in Richtung Wärmequelle keine Schutz Leim an Unterseite

Auswertung Anders als erwartet, bietet die Leimhülle keinen Schutz gegen die Wärmequelle. Anfangs wirft der Leim Blasen, jedoch tritt die Maisstärke wie in VR 1.1 heraus und nimmt ähnliche Formen an, wie in der Abbildung erkennbar. Durch die Hitze wird die Leimhülle hart und kann sich so nicht an der extrudierenden Hülle halten. Leim bietet, in dem hier eingesetzten Maß, keinen Schutz.

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Abb. Setup 1.7

Abb. Ergebnis 1.7

Versuchsreihe 1.7

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die auf ihrer Unterseite mit einem Tropfen Leim eingehüllt sich, der sich in Richtung der Wärmequelle verdickt. Außerdem sind sie mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Untersucht wird hier, ob die Dicke der Leimhülle Einfluss auf die schützende Wirkung gegen die Wärmequelle hat. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Leimhülle nur zu Beginn Schutz bieten wird.

Leimtropfen an Unterseite verdickt sich nach unten

keine Extrusion Leim bleibt haften und erhärtet

Auswertung Bei fast allen Präparaten bietet die tropfenförmige Leimhülle einen Schutz gegen die Wärmequelle. Beim Erhitzen wirft sie große Blasen, die eine Schicht zwischen der Hitze und der Schale des Korns aufbauen, bis die Leimschicht letztendlich erhärtet. Wie in der Abbildung erkennbar bleibt der Leim auf dem Korn haften und verhindert auch bei längerer Erhitzung ziemlich zuverlässig ein Austreten der Maisstärke.

Abb. Setup 1.8

Versuchsreihe 1.8

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die komplett mit einer dünnen Leimschicht bedeckt sind und unterschiedlich ausgerichtet sind. Untersucht wird hier, ob eine komplette Leimschicht einen ausreichenden Schutz bieten kann, um das Austreten der Maisstärke zu verhindern. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Leimhülle ein Austreten verhindern kann. -

Leim komplett variierende Ausrichtung

bedingter Schutz ungewöhnliche Richtung der Extrusion

Auswertung Die Leimhülle kann das Austreten der Maisstärke für eine gewisse Zeit verhindern, allerdings nicht sehr zuverlässig. Bei längerem Erhitzen kommt es bei einigen Maiskörnern zur Explosion. Interessant ist hierbei, dass dies beim Korn, welches mit der Wurzel nach unten ausgerichtet ist, untypischer Weise auch nach unten, in Richtung der Wärmequelle, passiert (vgl. Abb.↑). Beim Korn ganz rechts tritt die Maisstärke zudem nach oben aus, auch in Richtung der Wurzel. Der Leim schützt somit einigermaßen zuverlässig und nimmt Einfluss auf die Richtung der Extrusion.

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Abb. Setup 1.9

Abb. Ergebnis 1.9

Versuchsreihe 1.9

Setup Das Setup besteht aus fünf dicht aneinander angeordneten Maiskörnern, die kokonartig mit Leim umhüllt sind. Zudem variiert die Ausrichtung der Wurzel. Untersucht wird hier, ob die eingehüllten Maiskörner im Kollektiv und unter einer zusammenhängenden Leimhülle widerstandsfähiger gegen ein Austreten der Maisstärke sind. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass das Leimkokon einen moderaten Schutz bieten kann.

kokonartige Leimhülle variierende Ausrichtung

unkontrollierte Extrusion ungerichtete Extrusion kein wirksamer Schutz

Auswertung Wider Erwarten bietet diese Form der Leimhülle keinen Schutz gegen die Hitze. Anfangs wirft der Leim blasen und kann ein Austreten der Maisstärke, zumindest zu Beginn, verhindern. Allerdings führt die erste Explosion und das damit verbundene Aufreißen der Leimhülle dazu, dass die Hitze in das innere der Hülle dringt und alle weiteren Maiskörner zum explodieren bringt. Diese Form bietet somit weniger Widerstand gegen Hitze, als einzeln eingehüllte Maiskörner.

GIPS

Abb. Setup 1.10

Versuchsreihe 1.10

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die in einer porösen Schicht aus Gips eingehüllt sind und mit der Wurzel nach oben ausgerichtet sind. Untersucht wird hier, ob Gips in gleicher Konfiguration wie Keramik (vgl. VR 1.4) einen anderen Effekt hat. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die poröse Gipshülle die Hitze nicht ausreichend abschirmen wird.

poröse Gipsschicht

Aufsprengen der porösen Gipsschicht Extrusion in Richtung Wärmequelle

Auswertung Wie erwartet bietet die poröse Schicht aus Gips keinen Schutz gegen das Austreten der Maisstärke. Anfangs haftet der Gips noch relativ gut an der glatten Oberfläche des Maiskorns, allerdings dringt die Hitze bis ans Korn vor, was zum Aufsprengen der Gipsschicht führt. Vergleicht man dieses Ergebnis, mit dem der Keramik so bietet der Gips einen längeren Schutz, allerdings führt beides am Ende zum gleichen Ergebnis und die Formen der extrudierten Körner weichen kaum von einander ab, bzw. sind beim Gips sogar etwas größer (vgl. Abb.↑)

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Abb. Setup 1.11

Abb. Ergebnis 1.11

Versuchsreihe 1.11

Setup Das Setup besteht aus fünf Maiskörnern, die jeweils komplett mit einer rauen Gipsschicht bedeckt sind, bei der die Stärke variiert. Alle sind mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Untersucht wird hier, ob eine festere Gipsschicht einen zuverlässigeren Widerstand gegen die auftretende Hitze bieten kann. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Gipshülle ein Austreten verhindern wird.

komplette raue Gipshülle

keine / kleine Extrusion Aufsprengen der Gipsschicht, jedoch kaum Extrusion

Auswertung Wie erwartet schirmt die Gipsschicht die auftreffende Hitze zuverlässig ab. Außerdem verhindert die feste Hülle, durch den Druck, den sie auf die Schale ausübt, ein Austreten der Maisstärke. Erkennbar ist dieser Effekt daran, dass es, selbst wenn die Gipsschicht im Verlauf der Erhitzung die Haftung verliert und abbröckelt, nicht zum Austreten der Maisstärke kommt, bzw. nur extrem gering. Jedoch ist festzuhalten, dass die Gipsschicht durch den Druck im Korn teilweise aufgesprengt wird und Risse bekommt (vgl. Abb.↑). Zusammenfassend bietet diese Form der Hülle einen relativ zuverlässigen Schutz.

Abb. Setup 1.12

Versuchsreihe 1.12

Setup Das Setup besteht aus fünf dicht aneinander angeordneter Maiskörnern, die kokonartig mit einer Schicht aus Gips umhüllt sind. Alle Präparate sind mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Untersucht wird hier, ob die eingehüllten Maiskörner im Kollektiv und unter einer zusammenhängenden Gipsschicht widerstandsfähiger gegen die auftreffende Hitze sind und ein Austreten der Maisstärke so beeinflusst werden kann.

kokonartige Gipsschicht

zuverlässiger Schutz gegen Extrusion Gipsschicht wird aufgesprengt

Auswertung Während des Erhitzungsprozesses zeigen sich Risse in der kokonartigen Schicht. Diese werden im Verlauf größer und führen letztendlich zum Eindringen der Hitze ins Innere der Gipshülle. Dies geschieht allerdings so spät, dass eine große Extrusion nicht mehr möglich ist. Der ständige Druck, der auf die Maiskörner wirkt lässt die Schale zwar aufbrechen, allerdings ist er stark genug, um große Extrusionen verhindern zu können. Die Gipshülle bietet einen wesentlich zuverlässigeren Schutz, als die Leimschicht (vgl. VR 1.9).

ZWANG

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Abb. Setup 1.13

Abb. Ergebnis 1.13

Versuchsreihe 1.13

Setup Das Setup besteht aus zehn unbearbeiteten, dicht aneinander angeordneten Maiskörnern mit variierender Ausrichtung. Zudem stehen sie unter Zwang, der sie horizontal aneinander drückt. Untersucht wird hier, wie sich die Körner unter Zwang verhalten und wie sie miteinander interagieren. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrung ist zu erwarten, dass sich die Extrusionen in ihrer Richtung nach unten zur Wärmequelle orientieren werden.

zehn Körner horizontaler Zwang

Unkontrollierte Extrusion Extrusion in Richtung Wärmequelle Extrusion Schutz für Nachbarn

Auswertung Wie erwartet dehnt sich die austretende Maisstärke in Richtung der Wärmequelle aus. Sie erscheint insgesamt etwas geringer als bei VR 1.1, doch auch die Körner, die mit der Wurzel nach unten orientiert sind, verhalten sich wie erwartet und explodieren nicht. Interessant ist jedoch, dass die Extrusionen der einzelnen Körner, teilweise die benachbarten vor der Hitze schützen, wodurch diese geschlossen bleiben. Zudem ist eine Verformung des Drahtes durch die Vergrößerung der eingezwängten Körner erkennbar. In gewisser Weise interagieren und bedingen sich die Maiskörner somit unter Zwang.

Abb. Setup 1.14 (90° gedreht)

Abb. Setup 1.14

Versuchsreihe 1.14

Setup Das Setup besteht aus zehn unbearbeiteten, in zwei Reihen dicht aneinander angeordneten, Maiskörnern mit variierender Ausrichtung. Zudem stehen sie unter Zwang, der sie horizontal aneinander drückt. Untersucht wird hier, ob eine andere Anordnungen Auswirkungen, auf eine sonst gleiche Konfiguration zu VR 1.13, hat. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Extrusionen sich in Richtung der Wärmequelle entwickeln werden und benachbarte Körner schützen werden.

zehn Körner in zwei Reihen horizontaler Zwang

bedingter Schutz Extrusion in Richtung Wärmequelle

Auswertung Wie erwartet entwickelt sich die Extrusion nach unten, in Richtung der Wärmequelle und es kommt zur Schutzwirkung der ausgetretenen Maisstärke, allerdings ist dieser Effekt nicht so offensichtlich wie noch bei VR 1.13. Doch auch hier interagieren die einzelnen Objekte miteinander und es ergibt sich nach dem Erhitzen eine Gesamtform, bei der die einzelnen 'Individuen' nicht mehr klar von einander zu trennen sind.

ERGEBNISSE NACH VERSUCHSREIHE 1

C - SYSTEMATIC PLAY

Abb. ← Ketten aus Workshop Abb. → Teil der chronologischen Analysetafel der Ergebnisse Abb. ↓ chronologische Analysetafel der Ergebnisse

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VERSUCHSREIHE 1 Versuchsreihe 1 hat einige neue Erkenntnisse über das Verhalten von Popcorn unter verschiedenen Einflüssen erkennen lassen. Da wäre zu Beginn die Richtung und die Größe der Extrusion, sowie der Zusammenhang mit der Wärmequelle. Die Maisstärke tritt an der Stelle aus dem Maiskorn, an der die Hitze angreift (vgl. VR 1.1). Ist die Temperatur zu hoch, bzw. das Korn zu nah an der Wärmequelle platziert, so verbrennt es lediglich und die Maisstärke tritt nicht aus. Vergrößert man die Entfernung und erhitzt das Korn so langsamer, vergrößert sich die Extrusion (vgl. VR 1.2). Weiterhin bietet die Wurzel des Maiskorns einen zuverlässigen Schutz gegen die Hitze. Ist sie in Richtung der Wärmequelle gerichtet, wird ein Austreten der Maisstärke verhindert (vgl. VR 1.3). Getestet wurde außerdem was Beschichtungen des Maiskorn für Auswirkungen auf die Extrusion haben. Untersucht wurden Keramik, Gips und Leim. Interessant ist hierbei, dass poröse oder partielle Schichten keinen Schutz bieten können, da die Hitze hier bis an das Maiskorn vordringen kann. Die Kraft, die dann beim Aufbrechen der Schale freigesetzt wird, konnte alle getesteten Materialien aufbrechen. Einzig eine dicke Leimschicht zwischen Wärmequelle und Korn konnte ein Extrudieren verhindern und die Hitze abschirmen (vgl. VR 1.7). Die vollständigen Schichten mit Gips oder Leim haben mehr Einfluss auf das Verhalten und konnten einen besseren Schutz bieten. Allerdings ruft die Hitze Risse im Gips hervor, die teilweise zum Eindringen der Wärme führen, wodurch sich erneut die Stärke des Popcorns zeigt. Diese kann die Gipsschicht aufsprengen, allerdings ohne ein explosionsartiges Austreten der Maisstärke (vgl. VR 1.11). Der Leim führt zum Austreten der Maisstärke in untypische Richtungen, sobald er keinen Schutz mehr bieten kann (vgl. VR 1.8). Besonders interessant sind die Phänomene, die bei der kollektive Anordnung der Maiskörner unter Zwang gemacht werden konnten. Eine kokonartige Leimschicht wirkte wie ein Ofen in die Hitze gleichmäßig verteilt wird und sich die Extrusionen nicht mehr nur in Richtung der Wärmequelle ausbreiten (vgl. VR 1.9). Die komplette Gipsschicht bricht erst nach längerem Erhitzen auf, zeigt dann aber eine interessante Formsprache, da sich die Bruchstücke am Korn haften bleiben (vgl. VR 1.12). Hier sind Besonderheiten erkennbar, die durch die reinen Zwangversuche bestätigt werden: Befinden sich die Maiskörner unter Zwang, während sie erhitzt werden, interagieren sie in gewisser Weise miteinander. Sie verhalten sich zwar autonom und reagieren jeweils separat auf die Hitze, allerdings bedingen sie sich durch die Extrusionen gegenseitig. Einerseits schützen sie ihre Nachbarn und andererseits wachsen die Extrusionen zusammen, sodass die einzelnen Körner kaum noch optisch, sowie physisch von einander zu trennen sind. Es entstehen erste Formen eines Schwarmverhaltens.

SYSTEMATIC PLAY VERSUCHSREIHE 2

C - SYSTEMATIC PLAY

PIKTOGRAMME In Versuchsreihe 2 wird das Korn an sich untersucht. Welche Veränderungen können am Material selber und seiner Beschaffenheit vorgenommen werden und wie wirken sie sich auf das Verhalten unter Hitze aus. Diese Veränderungen sind durch Piktogramme in der jeweils ersten Abbildung dargestellt. Die kreis-, bzw. elipsenförmige gestrichelte Linie um das Piktogramm herum zeigt die zu erwartende Ausdehnung der Extrusion. Die zweite gestrichelte Linie geht durch den Mittelpunkt der erwarteten Extrusion und zeigt die Entwicklungsrichtung der Extrusion an (siehe Abb.↓). Diese Sprache zieht sich durch alle folgenden Piktogramme und ist auch in Versuchsreihe 3 von Bedeutung. Dieses Piktogramm befindet sich, wie gesagt, auf der ersten Abbildung neben dem Bild des konfigurierten Korns. Die darauf folgende Abbildung zeigt drei Ergebnisse, die Ergebnisse drei gleich konfigurierter Maiskörner sind, um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten. In dieser Abbildung befinden sich zusätzlich Analysezeichnungen, die Extrusionen und Ausdehnungsrichtungen analysieren. Diese werden in der nächsten Abbildung nochmal separat dargestellt und verglichen. Die jeweils letzte Abbildung zeigt in zwei Farben extrudierte Bereiche und unveränderte Bereiche, um die Verhältnisse nach der Explosion vergleichen zu können. Abb. Piktogrammbeispiel

Die Analysezeichnungen sollen dazu dienen das Popcorn in sofern unter Kontrolle zu bringen, als dass Vorgehensweisen während der Extrusion und Verhaltensweisen des Popcorns freigestellt werden, die dann genutzt werden können, um die Extrusionen des Maiskorns kontrolliert ablaufen lassen zu können.

Abb. Setup der Versuchsreihe 2

VERSUCHSREIHE 2.1

Standard

Ausgangszustand Erhitzt wird ein einzelnes, unbearbeitetes Korn. Es ist mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Die Wärmequelle befindet sich unter dem Korn. Untersucht wird hier die Form und Größe der Extrusion und wie sie mit dem Zustand des Maiskorns in Verbindung steht. Die gestrichelten Linien in der Abbildung zeigen die erwartete Ausdehnung der Maisstärke, aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen.

Extrusionen Wie erwartet bricht die Schale auf und stülpt sich nach oben, weg von der Wärmequelle. Die Wurzel bleibt erhalten und ist innerhalb der Maisstärke-Ausdehnungen erkennbar. Alle drei Ergebnisse haben auf der Unterseite eine größere volumenreiche Extrusion, während die anderen Austritte sich eher der Form der umgestülpten Schale anpassen und weniger Volumen besitzen. -

größte Ausdehnung auf der Unterseite

Analyse Extrusionen Die Achsen der Extrusionen zeigen, dass sich die Ausdehnung auf der Unterseite eher nach unten orientiert, wobei sich die obenliegenden Stärkeaustritte eher in Richtung der Seiten orientiert, von der Wurzel weg. Die Größe der Extrusionen ist bei den drei Ergebnissen ähnlich, nur das mittlere Ergebnis ist etwas kleiner, während die Proportionen jedoch erhalten bleiben. -

Extrusionen unten und oben untersch. Richtungen

Analyse Verhältnisse Bei der Analyse der Verhältnisse zwischen extrudiertem und unverändertem Teil des Korn bestätigt sich die Beobachtung, dass sich in Richtung der Wärmequelle nur noch ausgetretene Stärke befindet und auf der abgewandten Seite der unveränderte Teil des Korn zurück bleibt. Der extrudierte Teil überwiegt allerdings stark, wie die blaue Färbung zeigt. -

extrudierter Teil überwiegt stark

VERSUCHSREIHE 2.2

Ohne Wurzel

Ausgangszustand Erhitzt wird ein einzelnes Korn, bei dem die Wurzel entfernt wurde. Untersucht wird hier die Form und Größe der Extrusion und wie sie mit dem Zustand des Maiskorns in Verbindung steht. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen ist zu erwarten, dass die Extrusion größer sein wird, als bei einem Korn mit der starken Wurzel.

Extrusionen

C - SYSTEMATIC PLAY

Wie erwartet ist die Extrusion größer, als beim Versuch mit Wurzel. Zudem dehnt sie sich unkontrollierter aus, was vor Allem daran erkennbar ist, dass die Umstülpungen der Schale ,um die Wurzel herum, nicht so klar ablesbar sind wie in den vorherigen Versuchen.

große ungerichtete Ausdehnungen

Analyse Extrusionen Anhand der Analyse Zeichnungen der Extrusionen lassen sich die Beobachtungen bestätigen. Es sind mehr einzelne Extrusionen erkennbar, die größer und ungerichteter sind. Allerdings sind gewisse Analogien in Menge und Proportion der drei Ergebnisse sichtbar.

Extrusionen zahlreich, groß und ungerichtet

Analyse Verhältnisse Die Analyse der Verhältnisse zeigt vor Allem, dass das Verhältnis zwischen verändertem Material und unverändertem noch stärker von einander abweicht, als beim Versuch mit Wurzel. Zudem ist die Trennung der Bereiche, nach oben und unten, nicht mehr so klar ablesbar.

- wesentlich mehr verändertes Material - keine klare Trennung in zwei Bereiche

VERSUCHSREIHE 2.3

Halbes Korn

Ausgangszustand Erhitzt wird ein einzelnes, vertikal halbiertes Korn. Es ist mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Die Wärmequelle befindet sich unter dem Korn. Untersucht wird hier wie wichtig eine geschlossene Hülle ist, um den nötigen Druck im Korn aufzubauen. Aufgrund der gemachten Erfahrungen kann keine konkrete Aussage, über die Extrusionen getroffen werden.

Extrusionen Wie in der Abbildung zu erkennen entwickelt sich die Extrusion auf der entgegengesetzten Seite des Schnitts. Die offenliegende Seite des Korns bleibt während des Erhitzens so gut wie unverändert. Sie verhält sich also ähnlich, wie die Wurzel.

Extrusion in Richtung der unbearbeiteten Seite

Analyse Extrusionen Die Analysen bestätigen den Eindruck, dass die Maisstärke dort austritt, wo die Schale des Korn unbeschädigt ist. Allerdings gibt es, bei allen Ergebnissen, nur wenige kleine Extrusionen, die sich sowohl horizontal, als auch vertikal in Form des Umstülpens, ausbreiten.

Ausdehnung in eine Richtung.

Analyse Verhältnisse Die Analyse der Verhältnisse hebt noch einmal deutlich hervor, dass es eine vertikale Trennung zwischen verändertem und unverändertem Korn gibt. Die aufgeschnittene Seite kann den Druck, der zur Sprengung nötig ist nicht aufbauen. Allerdings ist das Verhältnis zwischen den beiden Bereichen nicht so different, wie bei den vorherigen Versuchen.

extrudierter Teil überwiegt stark

VERSUCHSREIHE 2.4

Eingeritzt

Ausgangszustand Erhitzt wird ein einzelnes Korn, bei dem die Schale mit einem in gleichmäßigen Abständen jeweils horizontal und vertikal eingeritzt ist. Es ist mit der Wurzel nach oben ausgerichtet und die Wärmequelle befindet sich unter dem Korn. Untersucht wird hier in wie weit eine beschädigte Schale Einfluss auf die Ausdehnung der Maisstärke nimmt, um zu prüfen welche Parameter für den Aufbau des Drucks verantwortlich sind.

Extrusionen

C - SYSTEMATIC PLAY

Wie in der Abbildung zu sehen gibt es nur sehr kleine Extrusionen, die sich entlang der Einschnitte entwickelt. Deutlich zu sehen ist, dass die Schale an den Schnitten aufbricht und die Maisstärke entweichen lässt.

Schale bricht entlang der Einschnitte

Analyse Extrusionen Die Analysezeichnungen der Extrusionen zeigt ganz deutlich, dass es nur eine kleine Volumenvergrößerung des Maiskorns gibt. Das Ergebnis auf der rechten Seite zeigt mehr Extrusionen, da hier mehr Schnitt vorgenommen wurde. Die Menge der Einzelextrusionen hängt somit mit der Anzahl der Einschnitte zusammen.

kleine Volumenvergrößerung des Maiskorns

Analyse Verhältnisse Die Analyse der Verhältnisse zeigt, dass es weniger verändertes Material, als unverändertes gibt. Aufgrund der Einschnitte in der Schale kann sich im Korn nicht kein hoher Druck aufbauen, der den starken Austritt der Maisstärke hervorruft. Das Aufbrechen der Schale geschieht allerdings wie erwartet in Richtung der Wärmequelle.

Aufbrechen der Schale in Richtung Wärmequelle

VERSUCHSREIHE 2.5

Wasser

Ausgangszustand Erhitzt wird ein einzelnes, in Wasser eingeweichtes Korn. Es hat seine Oberfläche bereits etwas vergrößert und ist mit der Wurzel nach oben ausgerichtet. Auf der Basis der bereits gemachten Erfahrungen kann keine Aussage über das Verhalten des eingeweichten Maiskorns getroffen werden.

Extrusionen Wie in der Abbildung zu sehen verhält sich das Korn ungewöhnlich resistent gegenüber der Hitze. Es verändert im Verlauf lediglich die Farbe der Schale. Die Schale reißt teilweise leicht auf, jedoch führt dies zu keiner Volumenvergrößerung.

keine Volumenvergrößerung

Analyse Extrusionen Wie aus den Analysezeichnungen zu entnehmen ist kommt es zu keiner Extrusion.

keine Extrusionen

Analyse Verhältnisse Wie aus der Analyse zu entnehmen ist kommt es zu keiner Extrusion. Das Korn bleibt während de Erhitzens annähernd unverändert.

Korn annähernd unverändert

C - SYSTEMATIC PLAY

normal

ohne wurzel

halb

eingeritzt

wasser

links Piktogramme der Konfiguration rechts erwartete Ausdehnung

VERSUCHSREIHE 2 Auch Versuchsreihe 2 des systematic play hat zu interessanten und wichtigen Erkenntnissen geführt, die den Verlauf des Researches beeinflussen. Untersucht wurden jeweils nur separierte Körner, die auf unterschiedliche Weise präpariert wurden, um die wichtigen Parameter der Extrusion zu extrahieren. Als erstes zeigte das unbehandelte Korn in der Analyse der Extrusionen, dass es eine große Ausdehnung in Richtung der Wärmequelle gibt und mehrere kleine, die sich an der aufgesprengten Schale um die Wurzel stülpen (vgl. VR 2.1). Die Wurzel hemmt offensichtlich die Extrusion, da das Abtrennen der Wurzel zu größeren und ungerichteten Austritten führt. Hier ist zu dem die klare Trennung zwischen ausgetretener Stärke und unverändertem Maiskorn nicht mehr klar ersichtlich (vgl. 2.2). Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Schale. Sie baut durch ihren Widerstand den Druck innerhalb des Maiskorns auf. Wird das Korn aufgeschnitten oder die Schale beschädigt, so kann nicht genug Druck aufgebaut werden, um große Extrusionen hervorzurufen (vgl. 2.3/2.4). Auch das Einlegen in Wasser verändert die Festigkeit der Maisstärke so stark, dass einwirkende Hitze nicht mehr den gewohnten Effekt hat (vgl. 2.5). Die piktografische Darstellung, die mit dieser Versuchsreihe eingeführt wurde (vgl. Abb. ←), wird auch in Versuchsreihe 3 weiter fortgesetzt. Diese untersucht Popcorn Reihen, die aus den Konfigurationen der letzten Versuchsreihen bestehen und mit Hilfe der Piktogramme dargestellt werden können.

SYSTEMATIC PLAY VERSUCHSREIHE 3

D - SYSTEMATIC PLAY

PIKTOGRAMME In Versuchsreihe 3 wird die Reihe und die Interaktion der unterschiedlich konfigurierten Körner untersucht. Welche Veränderungen können an der Reihe vorgenommen werden und wie wirken sie sich auf das Verhalten und die Verformung unter Hitze aus. Die Konfiguration mit der jeweils erwarteten Verformung sind durch Piktogramme in der ersten Abbildung dargestellt. Die Piktogramme sind wie in Versuchsreihe 2 zu verstehen und helfen, um die Entwicklung vorher zu sagen. Die darauf folgende Abbildung zeigt drei Ergebnisse, die jeweils Ergebnisse drei gleich konfigurierter Reihen sind und dazu dienen ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten und Analogien oder Abweichungen festzustellen. Darauf folgt die Analyse der Extrusionen und Ausdehnungsrichtungen im gewohnten Schema auf Basis der drei Ergebnisse. Die jeweils letzte Abbildung zeigt in zwei Farben extrudierte Bereiche und unveränderte Bereiche, um die Verhältnisse nach der Explosion vergleichen zu können. Versuchsreihe 3 soll dazu dienen Regelmäßigkeiten im vermeidlich unvorhersehbaren Verhalten des Popcorns zu extrahieren. Es wird geprüft in wie weit die Explosion beeinflusst und gesteuert werden kann und wie Popcorn auf äußere Einflüsse reagiert. Die verschiedenen Formen der Abstraktion dienen hierbei einerseits der besseren Vergleichbarkeit und andererseits, können die Ergebnisse so jeweils auf bestimmte Aspekte reduziert werden.

VERSUCHSREIHE 3.1

D - SYSTEMATIC PLAY

LEIM MITTE

Konfiguration

Leim im mittleren Bereich

Die Konfiguration besteht aus fĂźnf unterschiedlich konfigurierten MaiskĂśrnern (vgl. Piktogramme), die sich ab der Mitte der Reihe wiederholen. Die Kette ist oben und unten fixiert. ZusĂ¤tzlich befindet sich in der Mitte eine Leimschicht.

100

Erwartung

Extrusion f체hrt zu Biegung

Leim verhindert Extrusion

Extrusionen verl채ngern Kette

Auf Basis der vorherigen Versuche ergibt sich durch die reine Betrachtung der Piktogramme (mit Achsen, Mittelpunkten und Extrusionen) die abgebildete Verformung.

101

Ergebnis

nicht extrudiertes Korn

Leim verhindert Extrusion

Die auf Basis der Piktogramme erwartete Verformung zeigt sich in ähnlicher Form im Ergebnis. Der Leim verhindert das Explodieren der Körner und verfestigt sich im Laufe des Erhitzens. Im oberen und im unteren Bereich kommt es zur Extrusion, was zu Biegungen der Kette führt.

102

Erwartung

große Extrusion

Extrusionen verlängern Kette

103

104

105

Ergebnisse

keine Biegung

verfestigter Leim

Die Ergebnisse zeigen einige Analogien, die überwiegend mit der Erwartung übereinstimmen. Der obere Teil vergrößert sein Volumen stark und ruft so eine Biegung des unteren Teils hervor (vgl. Ergebniss 2 & 3). Der Leim verhindert die Extrusionen relativ zuverlässig, bricht allerdings an einer Stelle auf (Ergebniss 3).

106

starke Extrusionen biegen Draht

Extrusion durchbricht Leim und biegt Bereich

An einer Stelle im Ergebniss 3 druchbricht eine Extrusion die Leimschicht. Dies führt so einer weiteren Biegung im mittleren Teil der Kette. Ergebnis 1 weist so gut wie keine Biegung auf. Vor Allem Ergebnis 1 und 3 zeigen große Extrusionen im oberen Bereich, die die einzelnen Körner nicht mehr ablesbar machen

107

Analysen

groĂ&#x;e ungerichtete Extrusion

einzelne Extrusion

Alle drei Ergebnisse weisen im oberen Teil viele ungerichtete Extrusionen auf und eine am unteren Teil der Kette. Nur Ergebnis 3 zeigt eine Extrusion im mittleren Teil, die aus der Leimschicht heraustritt. Die Biegung der Kette lĂ¤sst sich anhand der Extrusionen ablesen.

108

große ungerichtete Extrusion

Extrusionen über Kette verteilt

einzelner Durchbruch

Kette stark verlängert

109

Verhältnisse

vertikal extrudierter Bereich

vereinzelt nicht-extrudierte Bereiche

Leim Leim

Form wie eingefroren

Ergebnis 1 hat den größten Anteil an Extrusionen. Nur am unteren Ende bleibt ein Teil unverändertes Material übrig. Trotz dieser Tatsache gibt es hier so gut wie keine Biegung. Bei Ergebnis 2 findet sich auch im oberen Bereich vereinzelt unverändertes Material, anders als bei Ergebnis 1 & 3

110

horizontal extrudierter Bereich

Leim Extrusionen entwickeln sich um Leim herum

AuffĂ¤llig ist die Form der groĂ&#x;en Extrusionen bei Ergebnis 1 & 3. Wo sich die MaisstĂ¤rke in Ergebnis 1 eher vertikal nach oben ausdehnt und die Kette kaum biegt, dehnt sie sich bei Ergebnis 3 extrem vertikal und ruft eine Starke Verformung der Kette hervor.

111

VERSUCHSREIHE 3.2

D - SYSTEMATIC PLAY

LEIM OBEN / UNTEN

112

Konfiguration

Leim

114

Erwartung

Extrusion führt zu Biegung

Extrusionen verlängern Kette

Die Extrusion eines Maiskorns führt dazu, dass das benachbarte Maiskorn weggedrückt wird, was die Kette insgesamt verlängert.

115

Ergebnis

Extrusion druch Leimhülle

Extrusionsrichtung ≠ Biegungsrichtung

Die auf Basis der Piktogramme erwartete Verformung zeigt sich in ähnlicher Form im Ergebnis. Der Leim behindert das normale Verhalten der Maiskörner und schwächt die Biegung. Die Biegung entwickelt sich entgegen der Richtung der großem Extrusionen im mittleren Teil.

116

Erwartung

Leim verhindert Biegung

groĂ&#x;e Extrusion

insgesamt weniger Ausdehnung als erwartet

117

118

119

Ergebnisse

Extrusionen trotz Leimschicht

sehr groĂ&#x;e Extrusion

starke Biegung

Extrusionen trotz Leimschicht ungerichtete Extrusionen

Die Ergebnisse unterscheiden sich auf den ersten Blick stark voneinander, allerdings treten auch einige Analogien auf. Vor Allem Ergebnis 1 und Ergebnis 3 zeigen eine relativ starke Biegung ab der Mitte und oben, sowie Extrusionen im unteren Bereich.

120

Extrusionen trotz Leimschicht

starke Biegung

Extrusion trotz Leimschicht

Da die Konfiguration im oberen Teil ein Korn ohne Wurzel besitzt, welches sich stark ausdehnt, bricht die Extrusion hier h채ufig durch die Leimschicht. Am unteren Ende befindet sich ein unbearbeitetes Korn, welches ebenso durch den Leim bricht.

121

Analysen

Extrusionsgruppe

ungerichtete Extrusionen

groĂ&#x;e Extrusionsgruppe

einzelne Extrusionsgruppen

Die drei Analysen der Extrusionen unterscheiden sich sichtbar. Bei Ergebnis 1 bilden sich Extrusionsgruppen, die sich Ăźber die Konfiguration verteilen. Bei Ergebnis 2 bildet sich im mittleren Teil eine einzelne Extrusionsgruppe.

122

Extrusionsgruppe

vereinzelte Extrusionen mit gleicher Richtung

Die Analyse von Ergebnis 3 zeigt mehrere Einzelextrusionen, die sich 端ber den gesamten Bereich verteilen.

123

Verhältnisse

Extrusion trotz Leim

Leim Hauptrichtung der Extrusionen

große Extrusion trotz Leim

Diese Analyse zeigt Analogien zwischen den Ergebnissen. Bei allen sind im mittleren Teil unveränderte Bereiche erkennbar. Diese befinden sich nur hier und nehmen, im Vergleich zu den extrudierten, nur einen kleinen Teil der Gesamtfläche ein.

124

vereinzelt nicht-extrudierte Bereiche

Leim

keine Extrusion

Die Biegung entwickelt sich bei allen Ergebnissen in die gleiche Richtung, was vor Allem mit der Extrusionsrichtung im mittleren Bereich zusammenh채ngt, da sich hier kein Leim befindet und sich die Maisst채rke ungehemmt ausbreiten kann.

125

VERSUCHSREIHE 3.3

D - SYSTEMATIC PLAY

LEIM UNTEN

126

Konfiguration

Leim

Die Konfiguration besteht aus fünf unterschiedlich konfigurierten Maiskörnern (vgl. Piktogramme), die sich ab der Mitte der Reihe wiederholen. Die Kette ist oben und unten fixiert und auf der unteren Hälfte befindet sich eine Leimschicht.

128

Erwartung

Extrusion führt zu Biegung

Extrusionen verlängern Kette

Die Extrusion eines Maiskorns führt dazu, dass das benachbarte Maiskorn weggedrückt wird, was die Kette insgesamt verlängert und über der Leimschicht zur Seite biegt.

129

Ergebnis

Leim verhindert Biegung

Verlängerung nicht so stark

Die auf Basis der Piktogramme erwartete Verformung zeigt sich in gleichem Maße, wie im Ergebnis, bis auf die Verlängerung. Im Bereich über dem Leim zeigt sich die größte Extrusion und auch im unteren Teil der Leimschicht bricht ein Teil durch die Hülle.

130

Erwartung

große Extrusion

Biegung

Extrusion druch Leimhülle

131

132

133

Ergebnisse

Extrusionsgruppe = Biegung

starke Verfärbung der Leimschicht

Extrusionen durch Leimschicht

Alle drei Ergebnisse zeigen eine Biegung, die über der Leimschicht ansetzt. Zusätzlich zeigen alle Ergebnisse Durchbrüche im unteren Teil der Leimschicht. Hier befindet sich das Maiskorn ohne Wurzel, welches die größten Extrusionen entwickelt.

134

Extrusionsgruppe = Biegung

Extrusionen durch Leimschicht

Die Biegung orientiert sich bei allen Ergebnissen in die gleiche Richtung und auch in der L채nge 채hneln sich die Ketten.

135

Analysen

große ungerichtete Extrusionsgruppe

Doppelextrusion

Die drei Analysen der Extrusionen unterscheiden sich sichtbar. Bei Ergebnis 1 und 2 sieht man im oberen Bereich große Extrusionsgruppen, im mittleren Teil keine und unten jeweils eine Doppelextrusion. Ergebnis 3 zeigt weniger Extrusionen, die über die Kette verteilt sind.

136

zwei Einzelextrusionen

137

Verhältnisse

großer Extrusionsbereich

Leim

Diese Analyse zeigt einige Analogien zwischen den Ergebnissen. Die Verhältnisse zwischen extrudiertem Bereich, Leim und nicht extrudiertem Bereich sind in etwas gleich. Die Leimschicht vermindert die Extrusion stark.

138

Leim

Im oberen Bereich befinden sich bei allen Ergebnissen unextrudierte Bereiche und bei allen brechen im unteren Bereich Extrusionen durch die Leimschicht. GrĂśĂ&#x;ere Extrusionsbereiche sind direkt Ăźber der Leimschicht erkennbar.

139

VERSUCHSREIHE 3.4

D - SYSTEMATIC PLAY

GIPS MITTE

140

Konfiguration

Gips

Die Konfiguration besteht aus fünf unterschiedlich konfigurierten Maiskörnern (vgl. Piktogramme), die sich ab der Mitte der Reihe wiederholen. Die Kette ist oben und unten fixiert. Zusätzlich befindet sich in der Mitte eine Gipsschicht.

142

Erwartung

Extrusion f체hrt zu Biegung

Extrusionen verl채ngern Kette

143

Ergebnis

große vertikale Extrusion

Rissbildung in Gipsschicht

Biegung

große Extrusion

Das Ergebnis zeigt wesentlich größere Verformungen, als die erwartete Konfiguration zeigt. Die Kette biegt sich am oberen Teil der festen Gipsschicht nach rechts und am unteren Ende wieder nach links. Zudem sind Risse in der Gipsschicht erkennbar.

144

Erwartung

Biegung

145

146

147

Ergebnisse

große Extrusionsgruppe

Gips abgesprengt

Biegung

größere Extrusionsgruppe

Alle drei Ergebnisse zeigen Einflüsse auf die Gipsschicht durch die eingeschlossenen Maiskörner. Es bilden sich Risse und bei Ergebnis 1 und 3 wird ein Teil abgesprengt. Estrusionen sind jedoch nur über und unter der Gipsschicht sichtbar.

148

vertikale Extrusionen

Rissbildung

Rissbildung Biegung

Gips abgesprengt

An den Stellen 체ber und unter der Gipsschicht setzt die Biegung ein, die bei den drei Ergebnissen jedoch sehr unterschiedlich verl채uft.

149

Analysen

3er Extrusionsgruppe

Anhand der Analysen der Extrusionen l채sst sich eine eindeutige Verwandtschaft der Ergebnisse erkennen. Die sichtbaren Extrusionsgruppen bestehen h채ufig aus drei ungerichteten Ausdehnungen.

150

3er Extrusionsgruppe

Die Extrusionsgruppen befinden sich am oberen und am unteren Teil der Kette auf der gleichen Höhe. Zudem haben sie ein ähnliches Ausmaß.

151

Verhältnisse

Gips

abgesprengter Gips ≠ Extrusion

Gips

kumulierte Extrusion

Die drei Analysen zeigen ähnliche Verhältnisse. Quantitativ variiert die Größe des Gipsbereich, da hier Teile abgesprengt wurden.

152

kumulierte horizontale Extrusion

Gips

abgesprengter Gips ≠ Extrusion

Extrusion legt sich um unextrudierten Bereich

Unextrudierte Bereiche befinden sich hauptsächlich über und unter der Gipsschicht. Die Gipsschicht in der Mitte führt zu einer doppelten Biegung der Kette und verhindert jegliche Extrusion im mittleren Bereich.

153

VERSUCHSREIHE 3.5

D - SYSTEMATIC PLAY

GIPS OBEN / UNTEN

154

Konfiguration

Gips

Die Konfiguration besteht aus fünf unterschiedlich konfigurierten Maiskörnern (vgl. Piktogramme), die sich ab der Mitte der Reihe wiederholen. Die Kette ist oben und unten fixiert. Zusätzlich befinden sich in diesen Bereichen Gipsschichten, die insgesamt die Hälfte der Kette einhüllen.

156

Erwartung

kumulierte Extrusion Extrusion führt zu Biegung

Aufgrund der Piktogramme und der zu erwartenden Extrusion ist von einer leichten Biegung und einer großen kumulierten Extrusion im mittleren Bereich auszugehen.

Extrusionen verlängern Kette

157

Ergebnis

Aufbrechen der Gipshülle

leichte Biegung

kumulierte Extrusion

Aufbrechen der Gipshülle

Das Ergebnis ähnelt stark der Erwartung. Zwischen den beiden mit Gips eingehüllten Bereichen hat sich eine große Extrusion gebildet. An einigen Stellen wurde die Gipsschicht aufgesprengt und es gibt nur eine leichte Biegung.

158

Erwartung

Gips abgesprengt

159

160

161

Ergebnisse

Gips weggesprengt

kumulierte Extrusion

Alle drei Ergebnisse zeigen EinflĂźsse auf die Gipsschicht durch die eingeschlossenen MaiskĂśrner. Es bilden sich Risse und teilweise wird die Schicht sogar komplett abgesprengt (Ergebnis 1 & Ergebnis 3).

162

Gips weggesprengt

kumulierte Extrusion

Rissbildung

Wie erwartet zeigen sich zwischen den Gipsschichten kumulierte Extrusionen, die die einzelnen Kรถrner nicht mehr ablesbar machen. Bei Ergebnis 3 wurde der Gips zwar weg gesprengt, allerdings wurden die Extrusionen gehemmt.

163

Analysen

kumulierte Extrusion

horizontal ausbreitende Extrusionen

Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Extrusionen der drei Ergebnisse unterscheiden. Ergebnis 1 zeigt im oberen Bereich, wo der Gips weg gesprengt wurde, einige ungerichtete Extrusionen. Ergebnis 2 zeigt nur an den erwarteten Stellen einige Extrusionen.

164

horizontal ausbreitende Extrusionen

Bei Ergebnis 3 befinden sich in der Mitte einige, sich horizontal ausbreitende Extrusionen. Nur oben konnte der Gips weg gesprengt werden, um die Maisst채rke austreten zu lassen.

165

Verhältnisse

Gips

Ausgangsmaterial-Fragment

Gips

Ergebnis 1 zeigt im oberen Bereichen eine ungewöhnlich große Extrusion. In der Reihenfolge Ergebnis 2 - Ergebnis 3 Ergebnis 1 wirken sie wie eine zeitliche Abfolge.

166

freigesprengtes Ausgangsmaterial

Gips-Fragment

Ausgangsmaterial durchdringt Extrusion

Extrusion umschließt Ausgangsmaterial

Gips

Die Verhältnisse der drei Ergebnisse unterscheiden sich durch die teilweise weg sprengten Gipsfragmente deutlich. Der Anteil des unverändertem Materials ist jedoch sehr ähnlich.

167

VERSUCHSREIHE 3.6

D - SYSTEMATIC PLAY

GIPS UNTEN

168

Konfiguration

Gips

Die Konfiguration besteht aus fünf unterschiedlich konfigurierten Maiskörnern (vgl. Piktogramme), die sich ab der Mitte der Reihe wiederholen. Die Kette ist oben und unten fixiert. Zusätzlich befinden sich auf der unteren Hälfte eine Gipsschicht.

170

Erwartung

einzelnes nicht-extrudiertes Korn

Biegung

Extrusionen verlängern Kette

Aufgrund der Piktogramme und der zu erwartenden Extrusion ist von einer großen Extrusion über der Gipsschicht und einer daraus resultierenden Biegung auszugehen.

171

Ergebnis

kumulierte Extrusionen

starke Biegung

Rissbildung

Die Biegung ist wie erwartet eingetreten. Allerdings hat sich die Extrusion wesentlich größer entwickelt, als erwartet, was keine einzelnen Körner ablesbar macht. Zusätzlich haben sich Risse im sonst stabilen Gips gebildet.

172

Erwartung

173

174

175

Ergebnisse

klare Trennung

große Gipsfragmente

großflächig aufgesprengter Gips

komplette Gipsschicht

Die drei Ergebnisse unterscheiden sich stark von einander. Es tritt zwar bei allen eine Extrusion im oberen Bereich auf, allerdings äußert sich diese sehr unterschiedlich. Nur Ergebnis 1 zeigt Extrusionen im unteren Bereich.

176

ungewöhnliche Extrusion

verbrannte Schale

aufsprengen der Gipsschicht

Die Gipsschichten zeigen zusätzlich ein sehr unterschiedliches Bild. Haften bei Ergebnis 1 nur noch einzelne Fragment, zeigt Ergebnis 3 teilweise Aufsprengungen und Ergebnis 1 eine vollständige Gipsschicht.

177

Analysen

kumulierte vertikale Extrusion

Die Analysen der Extrusionen weichen stark von einander ab. Ergebnis 2 bietet mit einer groĂ&#x;en kumulierten Extrusion das eine Extrem, wobei v.A. Ergebnis 3 mit nur zwei Einzelextrusionen das andere Extrem zeigt.

178

groĂ&#x;er extrusionsfreier Bereich

179

Verhältnisse

Ausgangsmaterial

Gips Gips

Trotz der Tatsache, dass Ergebnis 2 den größten Extrusionsanteil hat, ist die Gipshülle hier so gut wie unbeschädigt geblieben. Ergebnis 1 zeigt die am stärksten angegriffene Gipsschicht, in diesem Bereich befindet sich jedoch eher Ausgangsmaterial.

180

einzige Extrusion

Extrusionsbereich

leichte Volumenvergrößerung

Gips

Im Vergleich zu Ergebnis 2 wirkt Ergebnis 3 wie eine Symbiose aus den drei Bereichen, die in einander wachsen, während sie bei Ergebnis 2 eindeutig getrennt sind.

181

182

D - SYSTEMATIC PLAY

VERSUCHSREIHE 3 Diese Versuchsreihe spannt in gewisser Weise den Bogen zurück zum Hive Mind von Kevin Kelly. Betrachtet man die Konfigurationen, die als Objekt Hitze und Zwängen durch Draht und anderen Materialien ausgesetzt wurden, lässt sich eine Form von kollektiver Intelligenz beobachten. Ein Organismus, in diesem Fall die Konfiguration der Maiskörner, wurde unterschiedlichen Problemen ausgesetzt und das jeweils drei mal, da es jeweils drei Ergebnisse pro Versuchsreihe gibt. Es kann so festgestellt werden, ob es unterschiedliche Reaktionen auf das gleiche Problem gibt, wenn nur ein oder wenige Parameter verändert werden, ähnlich wie beim komplexen adaptiven System von John Holland. Die einzelnen Maiskörner verhalten sich somit wie ‚agents‘, die verschiedene separate Ziele verfolgen, dabei auf einander reagieren und sich immer wieder neu anpassen müssen. Es entsteht eine kollektive Intelligenz, die keine Kommunikation der autonomen 'Organismen' erfordert. Das gleiche Phänomen wie bei der Staatsqualle. Dieser Superorganismus funktioniert ähnlich wie das Popcorn. Er besteht aus unterschiedlichen Einzelorganismen, die jeweils andere Aufgaben übernehmen, bzw. verschieden konfiguriert sind. Genau wie bei den Popcorn Konfigurationen ergeben die Einzelreaktionen ein Gesamtverhalten, welches sich beim Superorganismus in Bewegung äußert und beim Popcorn in einer Verformung. Im weiteren Verlauf des Researches sollen die gewonnen Erkenntnisse in digitaler Form weiterentwickelt werden und auf dieser Basis neue Versuche entwickelt werden. Durch die Präzision und die Möglichkeit einzelne Parameter genau einstellen und verändern zu können, entsteht eine neue Ebene an Ergebnissen und Erkenntnissen, die analog nicht zu erreichen wäre.

183

PHASE 07 DIGITAL PLAY

E - DIGITAL PLAY

DIGITAL PLAY Die Erkenntnisse des Researches werden nun im weiteren Verlauf mit Hilfe eines Computerprogramms weiter ausgearbeitet. Hierzu soll ein Programm dienen, welches dynamische Abläufe und das Verhalten unterschiedlicher Materialien unter Beanspruchung simulieren kann. Autodesk Maya 3D 2016 erfüllt diese Anforderungen und geht sogar weit darüber hinaus. Es handelt sich hierbei um eine professionelle Software, die grundsätzlich der 3D-Visualisierung und -Animation dient. Dies wird neben Filmen und Computerspielen auch in der industriellen Fertigung und für Architekturvisualisierungen eingesetzt. Die digital play Phase soll nun dazu dienen, um sich mit den Grundlagen des Programms vertraut zu machen und aus dem riesigen Funktionsumfang die Funktionen zu extrahieren, die den Research effektiv vorantreiben können und zu aussagekräftigen Versuchen und interessanten Ergebnissen führen können. Erst im weiteren Verlauf werden dann mit Hilfe der passenden Funktionen und nach Vorbild der analogen Versuche sowie den theoretischen Ansätzen Systeme entwickelt, die darauf abzielen sollen bestimmte Phänomene zu simulieren und so zu beeinflussen, dass spannende und einzigartige Ergebnisse entstehen.

← Abb.49 Autodesk Maya 2016 Cover

189

nCloth + pressure

E - DIGITAL PLAY

01 - 02 Eine sphere, die in Form eines Maiskorns modelliert ist, wird als nCloth behandelt. Die Dynamic Properties eines nCloth können so angepasst werden, dass das Objekt einem inneren Druck ausgesetzt wird, der wesentlich größer ist, als der Ausgangsdruck, was zur Folge hat, dass sich das 'Maiskorn' schlagartig ausdehnt. Mit Hilfe von Dynamic Constraints kann die dadurch entstehende Form kontrolliert werden. 03 - 04 Hier wurde der pressure-Wert so weit optimiert, dass die Volumenveränderung möglichst stark und durch springs möglichst unkontrolliert wirkt. 05- 06 Sechs der Objekte aus 01 wurden nebeneinander platziert, um zu sehen, wie sich die unterschiedlich starken Extrusionen beeinflussen. Dabei sind die nCloths fest und können sich nicht gegenseitig wegdrücken. 03

nCloth dient in erster Linie, um Stoffe, für Kleidung, Tücher, Bälle oder Ähnliches realistisch simulieren zu können. Zudem können diese nCloths unter den Dynamic Properties unter pressure gesetzt werden, welcher sich entweder schlagartig oder stetig innerhalb des nCloths entwickelt.

190

07 Ein nCloth denht sich durch pumping pressure stetig innerhalb eines rigid bodys, welcher durch einen shatter-effect Bruchstellen hat, aus. Die einzelnen Elemente werden im Verlauf durch den höher werdenden Druck auseinander gebrochen. 08 - 09 Ähnlich wie zuvor bei 05 - 06 sind autonome sich ausdehnende nCloths in Reihe aneinander befestigt. Die Extrusionen führen, ähnlich wie beim Popcorn (vgl. D - SYSTEMATIC PLAY) dazu, dass sich die Kette der einzelnen Objekte verformt. Gehalten wird die Kette an den beiden pyramidenförmigen Objekten an beiden Seiten

191

E - DIGITAL PLAY

01 - 02 nCloths stehen durch nConstraints in bestimmten Bereichen unter Zwang und können sich hier nicht ausdehnen. Diese Bereiche unterscheiden von Objekt zu Objekt, um unterschiedliche Konfigurationen testen zu können, bei denen die nConstraints extrem stark sind und keine Verformung zulassen. 03 - 04 - 05 Es befinden sich sieben, sich ausdehnende, nCloths in einer extrem flexiblen nCloth-Hülle, die allerdings in bestimmten Bereichen durch nConstraints nicht verformbar ist. Die nCloths stoßen sich durch die starke Volumenvergrößerung unregelmäßig von einander ab und verformen die flexible Hülle so in den zwanglosen Bereichen. Es entsteht eine interessante unvorhersehbare Gesamtform, die sowohl durch die Anordnung der nConstraints, als auch durch die Anzahl und Ausdehnung der inneren nCloths beeinflusst werden kann.

nConstraints ermöglichen es einzelne Punkte oder ganze Objekte einem Zwang auszusetzen (Zwang eng.= constraint). Dadurch kann Position, Größe und Orientierung fixiert, eingeschränkt oder an ein anderes Objekt gebunden werden. Zudem gibt es verschiedene Arten der nConstraints, die unterschiedlich stark funktionieren.

192

193

vertical adaption

01b

01 - 02 - 03 Eine Kette nCloths wird hier zwischen zwei unregelmäßig geformten Scheiben fallen gelassen. Ab einem bestimmten Punkt denen sich die miteinander verbundenen nCloths schlagartig aus und zwingen die Gesamtform der Kette, sich an die feste Form der Scheiben anzupassen. In diesem Prozess bedingen sich die einzelnen nCloths zudem noch gegenseitig, durch die starke Volumenvergrößerung. Dies führt dazu, dass sich die Kette an das ‚Gelände‘ anpasst und sich zwischen den beiden Scheiben festsetzt.

E - DIGITAL PLAY

(Die Abbildungen zeigen den gleichen versuch aus zwei Richtungen)

02b

03b

194

04b

04 - 05 - 06 Es handelt sich um den gleichen Versuchsaufbau wie zuvor. Nur der Parameter pessure wurde erhöht. Die nCloths denen sich im gleichen Moment wie zuvor aus, allerdings dehnen sie sich so stark aus, dass die oberen nCloths aus den Scheiben heraus gedrückt werden und so wesentlich größer werden, als die unteren. Zudem ergibt sich eine ganz andere Form, als vorher, da der größere pressure-Wert die nCloth dazu zwingt, sich in anderer Form an die Gegebenheiten anzupassen.

(Die Abbildungen zeigen erneut den gleichen versuch aus zwei Richtungen)

05b

06b

195

horizontal adaption

E - DIGITAL PLAY

01 - 02 - 03 - 04 Fünf nCloths, die an bestimmten Stellen durch nConstraints miteinander verbunden sind, befinden sich in einer flexiblen nCloth-Hülle. Die inneren nCloths dehnen sich unterschiedlich stark aus und verformen so die flexible Hülle zu den Seiten und nach oben. Die nCloths sind auch in ihrer Festigkeit unterschiedlich konfiguriert, was dazu führt, dass einige die Hülle und die anderen nCloths beeinflussen und einige nur die Hülle beeinflussen und bei jeden anderen Kontakt nachgeben. 05 - 06 - 07 - 08 Der Versuchsaufbau ist bis auf wenige Parameter der gleiche wie zuvor. Allerdings handelt es sich nun um sechs nCloths, die sich alle im gleichem Maße ausdehnen, allerdings unterscheiden sie sich in der Festigkeit, was vor Allem in 07 erkennbar ist.

196

09 - 10 - 11 Der Versuchsaufbau von zuvor wird hierbei in ein unregelmäßiges Gelände fallen gelassen, und extrudiert sich nach einer kurzen Anpassungsphase (vgl.10↓). Hier wurde getestet wie sich die extrudierte Form verändert, wenn sie sich an feste Gegebenheiten anpassen muss. Sie verändert sich allerdings so stark, dass kaum noch Analogien zum vorhergehenden Versuch erkennbar sind.

197

flexible adaption

E - DIGITAL PLAY

01 - 02 - 03 Bei diesen Tests wurden vor Allem die dynamischen Eigenschaften der flexiblen Hülle weiter angepasst, um die Kräfte der inneren spheres besser Abbilden zu können und weniger Widerstand zu bieten. Resistance, Restitution und Rigidity wurden verändert, um die Hülle dehnbarer und leichter zu machen und die Flexibilität so zu verändern, dass die Hülle nicht versucht zu ihrer ursprünglichen Form zurück zu kehren. 02 zeigt die angepasste Leichtigkeit und Dehnbarkeit, da die Hülle hier den Ausdehnungsimpuls abbildet, während 05 die gedehnte Hülle zeigt, deren Ausläufer sich durch die Bewegung der spheres überlagern und weiter verändern.

Resistance ermöglicht es in drei Kategorien (stretch - compression - bent) die Widerstandsfähigkeit des nCloth-Objektes gegen Verformungen jeglicher Art festzulegen. Restitution steuert mit Hilfe verschiedener Werte, wie stark das nCloth-Objekt versucht, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Rigidity

bestimmt die Starrheit eines nCloth-Objektes.

198

04 - 05 - 06 - 07 In diesem Test wurde die Zahl der spheres erheblich erhöht, die zudem mit unterschiedlichen pressure-Werten ausgestattet sind. Alle anderen Eigenschaften sind jedoch gleich. Die Abbildung der einzelnen Impulse ist hier deutlich weniger erkennbar, da sich Impulse teilweise aufheben und kleine gar nicht bis zur Hülle vordringen können. Es handelt sich um zu viele spheren, was das Ergebnis nicht nachvollziehbar und wenig aussagekräftig macht.

199

impulse deformation

E - DIGITAL PLAY

01 - 02 - 03 - 04 Zwei sich ausdehnende nCloths befinden sich in einer Hülle, die keinen Widerstand darstellt, sondern nur die freiwerdenden Kräfte abbilden soll, um so Bewegungen und Impulse sichtbar zu machen. Die Zahl der spheres wird nun von Versuch zu Versuch stetig erhöht, um nachvollziehen zu können, wie die Einzelnen Verformungen der Hülle entstehen und wie sie von der Zahl der aufeinander treffenden spheres abhängig ist. Erkennbar wird in 02, dass beiden spheres durch das Extrudieren Impulse nach oben und unten abgeben.

200

04 - 05 - 06 Hier sind Impulse noch deutlicher erkennbar und nachvollziehbarer. 05 zeigt, wie die unteren spheres die dritte nach oben abstoßen, was einen Impuls in gleicher Richtung hervorruft. Ist die Hülle zu Beginn nicht kugelförmig, sonder ellipsenförmig, so wird die obere sphere weniger stark abgestoßen und die Impulse bewegen sich in horizontaler Richtung, von den unteren spheres weg. Durch die extreme Dehnbarkeit der Hülle verstärken sich diese Effekte in 06 noch weiter.

201

202

E - DIGITAL PLAY

RAUMFINDUNG Die Versuche der digital play Phase haben einige neue und interessante Ergebnisse zu Tage gebracht, die mit analogen Versuchen kaum oder gar nicht möglich gewesen wären. Vor Allem Präzision und Beständigkeit des digitalen Versuchsaufbaus ist in der Realität nicht zu erreichen. Auf Basis der vorhergehenden theoretischen Analysen und der analogen Versuche mit Popcorn konnte so eine neue Ebene an Komplexität in den Research gebracht werden, der in den folgenden Versuchen zu ganz eigenen und besonderen Raumfindungsstrategien ausgebaut werden soll. Aspekte wie die Festigkeiten der Materialien, die Größe der Extrusionen und die Möglichkeit Impulse und Bewegungen mit Hilfe einer Hülle sichtbar zu machen und festhalten zu können, sollen in den folgenden Versuchen weiter ausgebaut und präzisiert werden. Um dies erreichen zu können sind die Versuche, wie schon im systematic play, gleich aufgebaut und nur einzelne Parameter werden verändert, um ihren Einfluss auf das Ergebnis untersuchen zu können. Wie können die Ergebnisse gesteuert werden und in wie weit sollen sie das überhaupt steuerbar sein? Wie schon beim Popcorn ist ein gewisses Maß an Unvorhersehbarkeit gefordert und ermöglicht erst neue Formfindungsstrategien. Eine anschließende genaue Analyse der Ergebnisse soll dann Aufschluss über den Zusammenhang der Extrusionen und der Gestalt der Figuren geben.

203

PHASE 08 DIGITAL SYSTEMS

E - DIGITAL SYSTEMS

DIGITAL SYSTEMS Der nun folgende Versuchsaufbau leitet sich aus den im digital play gewonnen Erkenntnissen ab und ist in gewisser eine Weiterentwicklung dieser, um die Ergebnisse vergleichbar und aussagekräftig zu machen. Bestimmte Elemente aus den vorherigen Versuchen werden übernommen und zu einem neuen Versuchsaufbau kombiniert. Dazu gehören die nCloth-Objekte, zum Einen in Verbindung mit pressure und zum Anderen als skin, um unsichtbare und vergängliche Ereignisse, wie Bewegung oder Impulse festhalten zu können. Die Zahl der spheres soll hierbei kein Parameter mehr sein, um die Komplexität der Versuche einzuschränken. Es wird somit immer die gleiche Zahl an spheres in gleicher Formation untersucht, wobei nur die pressure-Werte verändert werden. Dargestellt sind jeweils die einzelnen frames, die eine Momentaufnahme der Entwicklung der Extrusion vom unextrudierten Zustand, bis zu frame 50 zeigen. Es tauchen in den folgenden Versuchsbeschreibungen einige Bezeichnungen auf, die an dieser Stellen erklärt werden sollen. 1x1x1 - 6x6x6

- gibt das einheitslose Ausmaß der sphere in den drei Achsen des Koordinatensystems an

f_05 - f_10 - f_30

- abgebildeter frame

Abb.50 ← nCloth Properties des skins / #honey

50p - 100p - 150p - pressure-Werte der spheres

#burlap - #honey - unterschiedliche Materialkonfigurationen der nCloths, die viele unterschiedliche Werte bestimmen

Abb.51 → nCloth Properties der extrudierenden spheres / #burlap

Nach den systematischen Versuchen, sollen Versuche folgen, bei denen die pressureWerte vom Programm zufällig generiert werden. Um das zu erreichen wird ein script benötigt script editor:

for($o in `ls -typ „nCloth“`){setAttr ($o+“.pressure“) (rand(10,200));}

für alle nCloths in der Szene

207

Attribut „pressure“ auf

Zufall zw. 10 - 200p

10xsphere+skin_100p

10xsphere+skin_150p

10xsphere+skin_50-100-150p-rotated

10xsphere+skin_150-100-50p-rotated

208

10xsphere+skin_50-100-150p

10xsphere+skin_random.p-01

10xsphere+skin_150-100-50p

10xsphere+skin_random.p-02

209

10xsphere+skin_100p

↑ top front ↓

t_10 f_05

f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

t_05

Versuchsaufbau

Beobachtung

2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap - pressure_100

Auffällig ist, dass eine der spheres besonders stark nach oben abgestoßen wird, während sich die übrigen in der Mitte der Figur akkumulieren. Der Impuls der zwei nach unten gestoßenen spheres, der im Übergang zwischen f_10 und f_20 erkennbar ist, zeichnet sich deutlich in der Endfigur ab. Eine sphere löst sich in t_20 von der Akkumulation, was zu einer Verdrehung der Figur führt, die dann in t_50 deutlich erkennbar ist.

- 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

210

t_20

t_30 f_20

t_50 f_30

211

f_50

10xsphere+skin_150p

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau 2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap - pressure_150 - 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

Beobachtung Im Verlauf von t_10 bis t_50 ist deutlich erkennbar, wie die außenliegenden spheres erst abgestoßen werden und sich dann jedoch wieder zur Akkumulation in der Mitte bewegen. In den Ansichten zeigen sich erneut starke Impulse nach oben und unten, allerdings befinden sich im oberen Bereich zudem spheres, die sich mit dem Impuls bewegen. Die Akkumulation der restlichen spheres bewegt sich kaum, nur der obere Teil zeigt eine leichte Bewegung nach rechts (f_50), was zu einem Knick im mittleren Teil der Endfigur führt, die sich insgesamt vertikal sehr stark ausdehnt.

212

t_2

20 f_20

t_30 f_30

t_50 f_50

213

10xsphere+skin_50-100-150p

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau 2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap 2x - pressure_50 6x - pressure_100 2x - pressure_150 - 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

Beobachtung Bei dieser Konfiguration ist vor Allem die starke vertikale Ausdehnung auffällig (vgl. f_50). Die spheres mit 50p bewegen sich weit und schnell nach oben, während die 150p spheres einen starken Impuls nach unten geben, der zu einer schmalen und langen Ausdehnung des skins nach unten führt. Die einzelne 100p sphere die sich nach oben bewegt, verdreht die Figur im oberen Bereich. Außerdem fällt auf, dass sich die Figur von t_05 bis t_20 vor Allem vertikal ausdehnt, was sich allerdings bis t_50 wieder aufhebt und die spheres dicht an dicht zur Ruhe kommen.

214

t_20 f_20

t_30 f_30

215

t_50 f_50

10xsphere+skin_150-100-50p

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau

Beobachtung

2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap 2x - pressure_150 6x - pressure_100 2x - pressure_50

Die große Extrusion der spheres im oberen Bereich führt hier zu einem starken Impuls, erkennbar an der starken Ausdehnung des skins nach oben. Im unteren Bereich können die 50p spheres keine große Kraft aufbringen. Sie bleiben in der Nähe der 100p spheres und haben so kaum Einfluss auf die Endform.

- 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

216

t_20 f_20

t_30 f_30

217

t_50 f_50

10xsphere+skin_50-100-150p-rotated

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau 2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap 2x - pressure_50 6x - pressure_100 2x - pressure_150 - 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

218

t_20 f_20

t_30 f_30

t_50 f_50

219

10xsphere+skin_150-100-50p-rotated

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

t_05 f_05

Versuchsaufbau

Beobachtung

2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap 2x - pressure_150 6x - pressure_100 2x - pressure_50

Besonders ausfällig ist hier eine 50p sphere im unteren Bereich der Figur, welche großen Einfluss auf die Form nimmt. Sie wird weit weggestoßen und dehnt den skin folglich weit nach unten. Im oberen Bereich gibt es durch die größeren Extrusionen einen sichtbaren Impuls. Allerdings bewegen sich die spheres kaum aktiv. Von t_10 bis t_50 ist eine starke Akkumulation erkennbar, die am Ende zu einer sehr kompakten Form führt, die sich leicht verdreht.

- 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

220

t_20 f_20

t_30 f_30

221

t_50 f_50

10xsphere+skin_random.p-01

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau

Beobachtung

2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap - pressure_random - 10-200

Auffällig ist hier die besonders geschwungene und in einer extrem ausgebildeten Spitze endenden Form des skins am unteren, sowie am oberen Ende der Figur (vgl. f_50). Die spheres akkumulieren sich sehr unregelmäßig im mittleren Bereich, was zu einer spannenden Form des skins, mit interessanten Verdrehungen, Überlagerungen und Übergängen zwischen engen Bereichen und Void führt.

- 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

222

t_20 f_20

t_30 f_30

t_50 f_50

223

10xsphere+skin_random.p-02

front ↓

t_05 f_05

t_10 f_10

E - DIGITAL SYSTEMS

↑ top

Versuchsaufbau

Beobachtung

2x - 5 spheres - nCloth - 1x1x1 - #burlap - pressure_random - 10-200

Besonders auffällig ist bei diesem Versuch mit zufälligen pressure Werten, dass es keinen Impuls nach oben gibt. Allerdings dehnt sich die Figur in der Länge extrem nach unten aus. Am oberen Ende kommt es zu einer großen Akkumulation der spheres. Im Verlauf von t_05 bis t_30 ist eine starke Ausdehnung zu den Seiten zu erkennen.

- 1 sphere - nCloth - 6x6x6 - #honey

224

t_20 f_20

t_30 f_30

225

t_50 f_50

228

E - DIGITAL SYSTEMS

ANALYSEN Die verschiedenen Versuche in der digital systems - Phase fassen die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Research zusammen und ermöglichen anhand dieser die Bildung besonderer architektonischer Qualitäten und Szenarien, die ohne die entstehende eigene Intelligenz nicht denkbar wären. Außerdem zeigen die Figuren die Auswirkungen einzelner Parameteränderung auf das Ergebnis. Es entstehen große Akkumulationen, die extrem enge Bereiche von einander trennen, was auch im Innenraum sichtbar wird. Trotz der Tatsache, dass die einzelnen spheres nicht miteinander kommunizieren, bzw. in direkter Verbindung stehen, bedingen sie sich gegenseitig und treten in Kontakt. Der skin zeigt hier ein Konsensergebnis aller Einzelbewegungen der extrudierenden spheres. Das System verhält sich ähnlich wie die Staatsqualle, bei der die autonomen Organismen unabhängig von einander handeln, allerdings in Verbindung stehen, was sie auf der nächst höheren Ebene, wie ein größerer einzelner Organismus wirken lässt. Der Strang, der hier die Verbindung schafft, wird in den digitalen Versuchen durch den skin ersetzt, der die Extrusionen zu einer Gesamtform akkumuliert, die jeweils ganz eigene Qualitäten und Formsprachen aufweist. Im Folgenden werden nun drei der entstandenen Figuren anhand von Schnitten genauer analysiert, um so den entstandenen Innenraum betrachten zu können und besondere Qualitäten, vor Allem auch in architektonischer Hinsicht, zu extrahieren. Die Verteilung von weiten und engen Räumen, den Übergängen, sowie der Zusammenhang zwischen Innen- und Außenraum ist hierbei besonders interessant.

229

PHASE 09 DIGITAL ANALYSIS

object - 50-100-150p

05 02

E - DIGITAL SYSTEMS

232

01 Die Impulse entwickeln sich in schlanker Form vertikal von der Akkumulation weg. 02 Es entstehen Quetschungen, die extrem schlanke Übergänge zwischen den Freiräumen ausbilden. 03 Zwischen den Extrusionen bilden sich enge, einschneiden Bereiche, die den Innenraum optisch gliedern. 04 großer und klarer Akkumulationsbereich 05 Übergänge äußern sich hauptsächlich in weicher Form, allerdings kommt es in bestimmten Bereichen auch zu Faltungen und härteren Übergängen.

233

object - random.p-01

E - DIGITAL SYSTEMS

234

02 04

01 Die Impulse entwickeln sich in schlanker Form vertikal von der Akkumulation weg. 02 Extrem enge und flächige Bereiche entstehen. 03 Zudem entstehen Quetschungen, die extrem schlanke Übergänge zwischen Freiräumen ausbilden. 04 Vielfältige Wechselspiele zwischen Void und verengten gequetschten Bereichen äußern sich in komplexen Verschneidungen und Überlagerungen. 05 großer und klarer Akkumulationsbereich 06 Übergänge äußern sich hauptsächlich in weicher Form, allerdings kommt es in bestimmten Bereichen auch zu Faltungen und härteren Übergängen.

235

object - random.p-02

E - DIGITAL SYSTEMS

04 04

236

04 04 05

01 Der Impuls entwickelt sich in schlanker Form von der Akkumulation weg. 02 Übergang des Impulses in die Akkumulation 03 großer Akkumulationsbereich 04 Durch die zufälligen Extrusionen entstehen extreme Wechselspiele zwischen Void und verengten schachtähnlichen Bereichen. 05 Zudem entstehen Verschneidungen, Überlagerungen und Quetschungen, die extrem undurchschaubare Räume ausbilden. 06 Übergänge äußern sich hauptsächlich in weicher Form, allerdings kommt es in bestimmten Bereichen auch zu Faltungen und härteren Übergängen.

237

240

Die Abbildungen zeigen Bereiche, die genauer betrachtet die Gestalt der Figur ausmachen. Der einzigartige Verlauf der verformten Fläche zeigt an jeder Stelle andere Formen und Übergänge, was die Figur komplex und im positiven Sinne eigenartig macht. Die Figur zeigt teilweise, wo sich die einzelnen spheren im Moment des Entstehens befanden, allerdings gehen diese Bereiche so nahtlos in Faltungen, Überlagerungen und extrem gedehnte Bereiche über, dass sie die Gesamtgestalt nicht dominieren.

241

243

Die abgebildete Figur zeigt eine extreme Ausformulierung der äußeren Gestalt. Vor allem im oberen Bereich entwickelt sich eine ungerichtete Landschaft, die zeigt und festhält, wie viel Bewegung und Kontakt im Entwicklungsprozess dieser Figur steckt. Die große Ausdehnung nach unten ist das Gedächtnis der, durch die große Akkumulation, freigewordenen Kraft und äußert sich formsprachlich konträr zum oberen, horizontal extrudierten Teil der Figur.

244

245

A - THEORETISCHER HINTERGRUND

REFLEXION Das übergeordnete Ziel des Researches war es aus einer reinen Intuition heraus neue, anwendbare und vor Allem einzigartige Formbildungsstrategien zu entwickeln. Diese anfängliche Intuition zieht sich durch den gesamten Research und führte immer wieder zu neuen Aspekten und Phänomenen, was den Research stetig voran trieb. Aus den ersten Analysen theoretischer Ansätze, entwickelte sich über analoge Versuche und digitale Simulationen ein dynamisches System, welches einzigartige Formen erzeugt. Formgebend ist hierbei allerdings nicht die Software selber, die über Gestalt und Entwicklung der Formen bestimmt, sondern die Gesamtheit der eingespeisten Informationen und Erkenntnisse, die sich über den gesamten Researchprozess hinweg gesammelt und entwickelt haben. Die Software hilft lediglich die Informationen zu verknüpfen und zu akkumulieren. In gewisser Hinsicht ist die Raumstation die Basis des nun, am Ende des Researches, vorliegenden Systems. Doch dieser Themenbereich vertritt nur die Gesamtheit der theoretischen Ansätze die sich von hier aus entwickelt haben und verknüpft wurden. Sie bilden die ständige Basis, die sich auch in den analogen und digitalen Versuchen wiederfindet. Raumstationen zeigen in gewisser Hinsicht eine Architektur, die eine rein funktionale und dienende Rolle einnimmt. Sie ist ausschließlich durch äußere Einflüsse bestimmt, an die sie sich anpassen muss. Dieses Prinzip wurde weiter analysiert und führte über einige Stationen und in Verbindung mit Themen, wie Modularität und Optimierung schließlich zum Superorganismus. Diese Intuition warf ganz neue Interessensbereiche auf, welche schließlich zu Kevin Kelly und dem Hive Mind, sowie komplexen adaptiven Systemen führte. Auch die analogen Versuche entwickelten sich intuitiv und durch testen. Es wurden unterschiedliche Ansätze ausprobiert, um schließlich zu einem Versuchsaufbau zu finden, der ein großes Potential und erstmals einzigartige neue Formen entstehen lässt. Die Popcornreihen sind zwar konfiguriert, also bis zu einem gewissen Grad gesteuert, allerdings führt die Wahl des Materials zwangsläufig zu einer gewünschten Eigendynamik, die in die Ergebnisse einfließt. Somit entstehen keine absolut ungesteuerten Formen, sondern Prozesse in welchen Parameter, die vorher festgesetzt werden, das Ergebnis in eine steuerbare Richtung lenken, jedoch immer mit einem gewissen Anteil an Eigendynamik. Es entstehen Figuren, die komplett manuell nicht vorstellbar sind. Die Analyse der Versuchsreihe 3 umfasste mehrere Wege der Abstraktion, um gewisse Eigenschaften, Besonderheiten und Gemeinsamkeiten der Ergebnisse freizustellen und vergleichbar zu machen. Auf diese Weise konnten mögliche Potentiale deutlich gemacht werden und in digitale Systeme überführt werden, die die Möglichkeit bieten eine Formbildungsstrategie zu akkumulieren.

246

Die Figuren die entstanden sind, sind nicht das Ergebnis des Researches, sondern viel mehr Beispiele, die das Potential des eigentlichen Researchergebnisses zeigen, nämlich ein System. Ein System, welches dazu dienen kann, Formen zu entwickeln, die durch veränderbare Parameter an Probleme, Funktionen oder Orte angepasst werden können und dabei in ihrer Gestalt von einer Eigendynamik profitieren. Die Analyse der Figuren hat gezeigt, dass sie sich alle in ähnlicher Weise entwickeln und in gewissen Punkten Analogien aufweisen, was deutlich macht, dass sie nicht vollkommen eigendynamisch entstehen. Zudem ist der Entwicklungsprozess keiner, der ein fertiges Ergebnis hervorbringt. Er kann jederzeit gestoppt werden und eine Momentaufnahme zeigen. Allerdings haben die Figuren das Potential sich stetig weiter zu entwickeln, was durch die Parameter steuerbar wird. Der 'skin' spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Er hilft um die Bewegungen, Impulse und die Entwicklungen sichtbar und nachvollziehbar zu machen und sie festzuhalten. Übertragen auf den Schwarm oder den Superorganismus akkumuliert der 'skin' die Einzelbewegungen der autonomen Organismen. Er funktioniert also wie ein Gedächtnis, ähnlich wie Kevin Kelly es in Hive Mind beschreibt. Die Tatsache, dass die Versuche mit dem entwickelten Formbildungssystem jeweils mit dem gleichen Setup durchgeführt wurden und trotzdem zu einer interessanten Variation an Ergebnissen führte, verdeutlicht den Einfluss des einzelnen Parameters auf die Entwicklung der Form. Überträgt man dieses System auf die Architektur, ermöglichen die Parameter innerhalb des Systems eine extrem große Anpassbarkeit, während sie gleichzeitig das Potential zum Entwickeln immer neuer Formen bieten. Diese Formen entstehen zu dem in einem dynamischen Prozess, der jederzeit angehalten werden kann und ein fertiges Ergebnis liefern kann, welches maßstabslos ist und so eine Vielzahl an denkbaren Szenarien abdecken kann. Alles in Allem hat der Research ein komplexes System hervorgebracht, welches umfangreich an jede erdenkliche Aufgabe angepasst werden kann, um dann mit Hilfe eines gewissen steuerbaren Maßes an Eigendynamik Räume und Formen entstehen lässt, die spezifisch und doch eigen sind.

247

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251

Abbildungsverzeichnis

Abb.1

http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/space_station_over_ earth.jpg (28.07.2015)

Abb.2

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mir_-_core_module-de.svg (22.04.2015)

Abb.3

http://de.wikipedia.org/wiki/Internationale_Raumstation (22.04.2015)

Abb.4-14

http://www.studio5555.de/the-colonization-of-space-von-gerard-kitchen-oneill/ (02.08.2015)

Abb.15

https://lebbeuswoods.files.wordpress.com/2009/06/lwblog-fluid101.jpg (20.08.2015)

Abb.16

http://graphics8.nytimes.com/images/2008/08/25/arts/ (19.08.2015)

Abb.17

https://www.comnap.aq/Members/BAS/SiteAssets/SitePages/Home/BASpic_1.png (23.06.2015)

Abb.18

http://www.truckmuseum.org/wp-content/uploads/2012/07/5464778583_7aa982f4a 6_b.jpg (28.07.2015)

Abb.19

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/7/7d/Project_Ara_scattered_parts.png (28.07.2015)

Abb.20

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a16/AS16-113-18339HR.jpg (28.07.2015)

Abb.21

http://www.starobserver.org/image/1303/tardigrade_eyeofscience_1024.jpg (01.08.2015)

Abb.22

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Haeckel_Siphonophorae_77.jpg (28.04.2015)

Abb.23

http://www.mauricelacroix.com/Public/Files/page_head/mouvements_ced74e3022. jpg (22.08.2015)

Abb.24

https://dilandm.files.wordpress.com/2014/06/nakagin.jpg (28.07.2015)

Abb.25

https://ferrebeekeeper.files.wordpress.com/2010/05/prayid-siphonophore.jpg (28.04.2015)

Abb.26

http://akuaturk.com/wp-content/uploads/Marrus_orthocanna.jpg (28.04.2015)

Abb.27

http://www.wired.com/wp-content/uploads/2014/08/Apolemia_lanosa_close_up_ SSiebert-1024x676.jpg (31.07.2015)

Abb.28

https://amisstome.files.wordpress.com/2013/04/man-o-war.jpg (31.07.2015)

Abb.29

http://www.siphonophores.org/images/2729_600.jpg (31.07.2015)

Abb.30

http://www.theskepticsguide.org/wp-content/uploads/2014/07/siphophore-abyssal-665x365.jpg (02.08.2015)

252

Abb.31

https://fathomlessinnerspace.files.wordpress.com/2013/06/siphonophore-uk1.jpg (28.04.2015)

Abb.32

http://www.freedawn.co.uk/scientia/wp-content/uploads/2014/12/Underwater_ Wallpaper_48_1280x960-1024x7681.jpg (02.08.2015)

Abb.33

http://www.wired.com/wp-content/uploads/2014/08/galaxy-siph-v3571-2.jpg (28.04.2015)

Abb.34

http://voices.nationalgeographic.com/files/2013/12/apolemia.jpg (28.04.2015)

Abb.35

http://www.wrobelphoto.com/gallery/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_ itemId=4081&g2_serialNumber=3 (03.08.2015)

Abb.36

http://www.planktonchronicles.org/assets/uploads/original/Sipho_Nectophore_ Stephanomia_S_Haddock.jpg (28.04.2015)

Abb.37

https://calculatedmess.files.wordpress.com/2012/11/blue-bottle-or-man-of-war.jpg (02.08.2015)

Abb.38

http://2.bp.blogspot.com/-9IPLie6hBaw/U0U5LvhLG0I/AAAAAAAALXs/HdrQWoOROr0/s1600/rococo_siphonophore.jpg (02.08.2015)

Abb.39

http://www.vistano-portal.com/tierheilkunde/980208_original_clipdealer.de.jpg (23.06.2015)

Abb.40

http://images.forwallpaper.com/files/images/2/295f/295f85e3/632377/birds-flockswarm-the-vortex.jpg (28.07.2015)

Abb.41

http://de.academic.ru/pictures/dewiki/83/Safari_ants.jpg (01.08.2015)

Abb.42

http://bilder.4ever.eu/data/download/verkehr/autobahnkreuz-171093.jpg (29.07.2015)

Abb.43

https://jeffreyklyles.files.wordpress.com/2012/10/i-robot-3d-blu-ray-dvd-_will-smith. jpg (28.07.2015)

Abb.44

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/PopcornCobs2007.jpg (01.08.2015)

Abb.45-46

screenshots: https://www.youtube.com/watch?v=C4yZ-KvnEIw&ab_channel=TheFrenchies (01.08.2015)

Abb.47

https://img.washingtonpost.com/wp-apps/imrs.php?src=https://img.washingtonpost.com/news/morning-mix/wp-content/uploads/sites/21/2015/02/ (02.08.2015)

Abb.48

https://drscdn.500px.org/photo/8532808/m=900_k=1_a=1/af78aef824279d8008b182211c39e94c (05.05.2015)

Abb.49

http://www.varisys.com/vs2007/Images/MayaECSuite2016.jpg (02.08.2015)

Abb.50-51

screenshots aus Autodesk Maya 2016

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