generAl pAnel corporAtion
2.4 L’automazione della produzione
La realizzabilità delle architetture complesse (come e più del Guggenheim di Bilbao) sta all’ingegno dei progettisti ed è funzione delle evoluzioni tec- nologiche nel campo del disegno digitale e della produzione materiale, le cui trasformazioni sono strettamente correlate le une alle altre. Gli aspetti legati alla produzione materiale sono vari e, oltre alla lavorazione dei prodotti attraverso l’addizione e/o la sottrazione di materia, includono anche lo spostamento e l’as- semblaggio di elementi semplici e/o unità tecnologiche complesse. L’automa- zione per la produzione materiale, sebbene abbia un carattere più meccanico se confrontata con il disegno delle architetture, coinvolge numerosi saperi e com- petenze e ricalca lo schema procedurale descritto per la progettazione. La pro- duzione materiale fa ampio uso di sensori23: la precisione di una macchina o di un robot non può essere definita solamente in relazione alla qualità dell’utensile, ma è anche funzione delle possibilità e dell’efficacia di manovra. L’ingegnere Thomas Bock24, esperto di automazione nelle costruzioni, ritiene che l’automa- zione sia un processo capace di coinvolgere il settore edile tout court, dall’assem- blaggio alla modellazione e la sua esperienza in Giappone è volta allo sviluppo della robotica collaborativa: strumenti capaci di lavorare insieme all’uomo senza costituire un pericolo e sollevando la manodopera dallo svolgere operazioni pe- ricolose. La robotica collaborativa descritta da Thomas Bock è rivolta soprattut- to alla costruzione in cantiere25, che costituisce la fase più delicata del processo di realizzazione di un’architettura. I robot più impiegati, in questo specifico ambito, detti Single Task Construction Robot (STCR), sono in grado di svolgere un lavoro specifico e vengono impiegati in particolare per aiutare i lavoratori nella movimentazione di materiale pesante o in operazioni poco sicure (fig. 08). Gli STCR possono lavorare per livellare o rifinire calcestruzzo, per posizionare elementi pericolosi o per l’installazione di facciate; la progressione delle inno- vazioni e delle sperimentazioni consente di realizzare anche robot per la manu- tenzione e l’ispezione, o per il riciclaggio, e la tecnologia avanzata consente alle macchine di riconoscere le condizioni dell’ambiente al fine di operare in uno specifico edificio o sistema; in questo modo i robot possono essere impiegati anche per mantenere la pulizia in cantiere, che si traduce in maggiore sicurezza, migliore precisione nelle operazioni e qualità della costruzione. Lo sviluppo di sensori sempre più sofisticati permette ai robot di migliorare anche l’interazione con l’uomo, per garantirene l’incolumità: sono tecnologie sviluppate soprat- tutto per le operazioni in officina, ma che vengono poi trasferite in cantiere. E l’ambiente di cantiere, che si trasforma per accogliere tali innovazioni, appare sempre più strutturato: si realizzano telai temporanei, volti al supporto dei robot STCR e coperture per proteggere l’ambiente dalle intemperie e consentire di lavorare con continuità in un’area pulita e illuminata, più sicura per i lavoratori e i robot. Nei cantieri più complessi, esiste un’unità di controllo che coordina le macchine e solo pochi lavoratori operano sul posto26. Il crescente impiego di ro-
single tAsK construction roBot il termine Single Task construction robot (STCR) identifica quell’insieme di sistemi robotici che supportano i lavoratori in cantiere nell’esecuzione di una speci- fica attività di costruzione o assumono l’attività fisica dei lavoratori umani che sarebbe necessaria per eseguire questo compito (Bock, linner, 2016).
Gli STcr sono specializzati nelle lavora- zioni, quindi non sono strumenti inter- cambiabili: in qualità di robot di servizio, possono collaborare o sostituire la per- sona durante l’esecuzione della lavora- zione. Gli STcr in funzione dell’attività possono avere differenti morfologie. T. Bock e T. Linner definiscono 24 cate- gorie di lavorazione per gli STcr: moni- toraggio e misurazione della costruzio- ne; scavo di fondazione; costruzione di elementi; movimentazione di parti; rea- lizzazione di elementi tridimensionali in calcestruzzo; assemblaggio di elementi tridimensionali in acciaio; disposizione di mattoni; distribuzione del calcestruz- zo; livellamento del calcestruzzo; finitura della superficie di calcestruzzo; logistica del cantiere; spostamento aereo di parti per assemblaggio; posizionamento di elementi; saldatura; installazione ele- menti di facciata; posizionamento pia- strelle; stesura intonaco; esoscheletro per operaio; finiture interne; manuten- zione e ispezione; recupero materiali. La definizione STCR nasce nel contesto giapponese, il primo paese a impiegare la robotica per la costruzione in edilizia. Negli anni Ottanta infatti si costituisco- no gruppi di ricerca ed enti statali che favoriscono l’utilizzo della robotica nei diversi processi edili, tra cui si ricordano JArA Japan industrial robot Association (1978) e WAScOr Waseda construction robot group (1985); nel 1983 inoltre AiJ Architectural institute of Japan costituì il primo gruppo di ricerca per l’automazio- ne in cantiere.
bot nel montaggio determina anche una possibile riprogettazione dei prodotti e dei componenti oltre che una nuova definizione dei processi di assemblaggio, migliorati in considerazione di una nuova ergonomia non più esclusivamente umana ma riferita al rapporto tra i bracci sia umani che robotici operativi in cantiere. Il design orientato al robot27 mira “a ridurre la complessità del processo di assemblaggio mediante la diminuzione delle parti e la riprogettazione delle strutture dei componenti come prerequisito per l’applicazione dell’automazione e della robotica nel cantiere”(Bock, 1989)28.
Considerando che l’automazione è finalizzata a potenziare e ad estendere le capacità umane, nel caso specifico del montaggio essa è volta ad un un miglio- ramento della precisione e della velocità di esecuzione garantendo al contempo una certa capacità di adattamento alle variabili. Nel caso della realizzazione della facciata del Gantenbein Vineyard (2005) l’impiego del robot è stato fondamen- tale, vista la precisione richiesta nel posizionamento di mattoni di misura omo- genea secondo uno specifico disegno geometrico (Gramazio e Kohler, 2014, p. 185). In questo caso il materiale legante veniva depositato omogeneamente tramite un ugello sul mattone da installare: ma grazie alla possibilità di interfac- ciare sempre più facilmente i movimenti di un braccio robotico alle esigenze del progetto, anche i punti di collegamento vengono realizzati attraverso processi di automazione. Un altro caso interessante è Sequential Roof, probabilmente il primo esempio di robotica impiegata nell’intero processo di produzione e mon- taggio di una struttura di copertura. Questa architettura è stata realizzata per l’Arch-Tec- Lab dell’Istituto di tecnologia in architettura - ITA (Zurigo, 2016); è stata progettata e sviluppata attraverso la collaborazione di Gramazio Kohler Research all’ETH di Zurigo, Arch-Tec-Lab AG, Dr. Luechinger + Meyer Bau- ingenieure AG, ROB Technologies AG e prodotta da ERNE AG Holzbau. La copertura è composta da 168 capriate realizzate con doghe in legno, tagliate, posizionate e inchiodate tramite una grande macchina CNC installata su una gru a cavalletto: grazie ai 6 gradi di libertà del mandrino e alla configurazione dei software di calcolo e di lavorazione, è stata realizzata una copertura di oltre 2.300 mq con 48.624 doghe in legno.
L’automazione meccanica applicata alla modellazione dei materiali e alla pro- duzione dei componenti ha la possibilità di ridefinire la progettazione degli stessi e
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08. STcr per la saldatura del giunto tra due colonne, operazione in situ. Goyo/Penta Ocean, Thomas Bock