Generative Design & Fabrication
Indice degli argomenti
1.
Indagine Teorica.
1.1 Brain Hacking.
Potenzialità del design parametrico a partire dalla mappatura di onde celebrali. In collaborazione con il dipartimento di Ingegneria Biomedica della Columbia University. Progettazione tramite l’uso critico di object-oriented scripting software.
1.2 Living Architecture.
Studio di un prototipo funzionante di componente per architettura cinetica.
2.
Strumenti della speculazione.
2.1 Meshing.
Generative design in Grasshopper per la realizzazione di un componente di facciata.
2.2 Processing.
Scripting come strumento di progettazione architettonica, visualizzazione di database e ricerca.
2.3 Re-Thinking BIM.
Esplorazione delle potenzialità di Building Information Modeling oltre le tradizionali funzionalità di produzione architettonica. Progettazione di un modulo per installazioni temporanee.
3.
Progettazione parametrica e dettagli costruttivi.
3.1 Curtain Wall Design.Analisi e risoluzione di dettagli costruttivi standard e non dei sistemi di facciata continua di due progetti in fase di realizzazione. Produzione di pacchetti di fabbricazione in Catia per la realizzazione dei componenti tramite macchine CNC.
-Krishna P.Singh Center for Nanotechnology University of Pennsylvania -North Carolina State Employees Credit Union
3.2 Parametric Interior Design.
Analisi di fattibilità e produzione dei dettagli costruttivi per la sample visiva (Visual Mock Up) prima della realizzazione del progetto. Realizzazione del wireframe della struttura tramite Catia scripting per successiva collocazione dei singoli componenti. Modellazione delle prime unità.
4.
Indagine Tecnica, sistemi di progettazione parametrica a confronto.
4.1 Strumenti di progettazione generativaQuali sono i principali software cui oggi si fa riferimento per questo tipo di progettazione.
4.2 Sistemi di progettazione parametrica a confronto.
Raffronto di alcuni progetti analizzati in dettaglio nei precedenti paragrafi con altri emblematici dell`applicazione delle tecniche di progettazione generativa.
-Center for Nanotechnology, University of Pennsylvania -North Carolina State Employees Credit Union
-Barclays Arena -290 Mulberry 5.
Conclusioni.
5.1 Progettazione Parametrica 5.2 Progettazione Generativa 5.3 BIM1.1 Brain Hacking.
Potenzialità del design parametrico a partire dalla mappatura di onde celebrali. In collaborazione con il dipartimento di Ingegneria Biomedica della CU.
La selezione è una delle azioni principali della nostra disciplina. A un livello superficiale selezioniamo costantemente materiali, sistemi e configurazioni. Generiamo opzioni, creiamo ammassi di prove e residui. I progressi nel campo dell`intelligenza artificiale hanno suggerito modi in cui le nostre decisioni di design possano essere automatizzate, incrementate o rimpiazzate del tutto da processi razionali di ottimizzazione, portate Avanti da algoritmi genetici o altri simili sistemi di ricerca. La vera difficoltà in questi processi è la necessaria riduzione della scelta a determinanti geometrici riducendo fortemente gli ambiti in cui poter esprimere intenzionalità.
Si è quindi proceduto secondo uno “strange loop” come lo definirebbe Godel Escher Bach, nella difficoltà di definire un punto di partenza in sistemi complessi (il problema dell`uovo e della gallina in sostanza). Si è scelto di utilizzare BCI (Brain Computer Interfaces) una tecnologia per connettere le fantastiche potenzialità del cervello a processi computazionali di generazione e organizzazione. Utilizzando dati forniti da EEG (elettroencefalografia) si è esaminato lo spazio dalla vantaggiosa prospettiva delle onde celebrali e contribuito a una ricerca aperta sulla cognizione spaziale.
Si tratta di una ricerca per la comprensione dell`umano e delle sue capacità cognitive. C`è una forte continuità tra il nostro cervello, il nostro corpo e l`apparato tecnologico e culturale che abbiamo costruito attorno a noi stessi. Essi interagiscono ed evolvono insieme comportando continue sorprese, ricorsi e feedback. L`oggetto della ricerca è stato per l’appunto una di queste iterazioni, un dialogo interno tra il designer e la proprio intelletto riguardo alle modalità in cui il progetto e lo spazio condizionano la mente, resa ora misurabile e strumentale dalla nuova generazione di dispositivi BCI. In una tale cornice di ricerca si espande considerevolmente la definizione di fitness (integrazione) ed environment (ambiente) nello sviluppo genetico e nella definizione della modalità con cui vengono effettuate le scelte di progetto.
L’analisi in questione si è articolata in due fasi: Fase I
Utilizzo di BCI per la realizzazione di un ambiente sperimentale. Gli algoritmi genetici dipendono strettamente da funzioni di fitness, una misura coerente del successo che consente all`organismo più integrato (o meglio rispondente al contesto) di persistere
e proliferare. Nel contesto dell`evoluzione, il fitness nasce da una continua interazione con l`ambiente, premiando una moltitudine d’innovazioni individuali. Utilizzando sistemi BCI, si avrà accesso ai sistemi cognitivi e spaziali più potenti della nostra mente con lo scopo di creare un processo di selezione analogamente ricco in opposizione alla natura riduttiva dell`analisi geometrica.
Il progetto ha prodotto un sistema di feedback biologico, un sistema generativo in grado di ingaggiare un dialogo in tempo reale con le onde celebrali del designer, in continuo cambiamento. Nel formulare i parametri di ricerca e verificare la validità dei risultati il BCI fornisce realmente delle alternative di selezione che si differenziano dalle forme tradizionali dell`analisi geometrica o delle preferenze soggettive.
Si è proceduto a documentare la selezione di BCI e delle specifiche metodologie di misura, successivamente verificate in congiunzione col dipartimento di Neuroscienze della Columbia University.
Fase II
Lavorando con dati forniti dal dispositivo in tempo reale si sono elaborati delle interfacce software e degli schemi d’interazione in modo da consentire la stratificazione di nuovi livelli d’informazione. Si è poi trasferito il bagaglio conoscitivo maturato dallo studio dei BCI nella progettazione di una clinica di ringiovanimento, dove il concetto di ringiovanimento viene inteso in modo estremamente lato.
Brain Computer Interfaces
Tutte le tecnologie nascono come estensione del corpo umano. Questo non si è reso mai tanto evidente quanto nell’ultima generazione di sistemi d’input. Dal Microsoft Kinect (un sensore che in tempo reale converte il corpo in un meccanismo di controllo di puntatori o
videogiochi) ai touchscreen termo attivi di nuova generazione ormai integrati in quasi ogni dispositivo. I nuovi metodi d’interazione con le realtà multimediali stanno determinando una nuova cultura di applicazioni. Applicazioni oramai più consce dello spazio circostante e più radicate nelle specificità del corpo di quando sia mai stato possibile con i precedenti sistemi computazionali. I più promettenti di questi sistemi d’interazione uomo-computer sono infatti in grado di interagire direttamente con il cervello, in modo da raccogliere e trasmettere dati aprendo una finestra sulla conoscenza delle nostre attività mentali. Un`ampia gamma di BCI, impiegando quasi sempre EEG, sta recentemente cercando di fondere la neuroscienza con la quotidianità. Gli impieghi suggeriti riguardano solitamente meccanismi di selezione e classificazione, controllando sistemi prostetici, guidando macchine, sedie a rotelle, strumenti robotici e quant altro.
Il BCI si presenta in diverse modalità, differenziate primariamente dal grado di invasività. In casi estremi parti di circuito sono integrate nel cervello stesso che rapidamente si adatta alle sue potenzialità incrementate. Gli utilizzatori di questi sistemi possono controllare puntatori, bracci robotici e manifestare un notevole sviluppo funzionale. Si tratta di sistemi che richiedono un impianto diretto nella scatola cranica con I relativi rischi e costi associati con la chirurgia celebrale. Dall`altro lato dello spettro di possibilità si hanno BCI che si stanno sviluppando con finalità ludiche di controllo di videogiochi e si caratterizzano per un numero ridotto di elettrodi asciutti (dry) integrati in sistemi di cuffie dal design accattivante. Si tratta di apparati di sola lettura (read-only) non avendo questi la possibilità di determinare stimoli elettrici nel cervello. Il feedback deve avvenire tramite sistemi visivi o motori.
L`ultima generazione di BCI è priva di cavi di connessione. Basandosi sul successo e sull`ubiquità dei portatili (nella forma di telefoni di nuova generazione) questi sistemi funzionano in maniera analoga con protocolli wireless in modo da rendere le onde celebrali universalmente disponibili per un`ampia gamma di giochi, applicazioni e sistemi di monitoraggio della salute. È tuttavia vero che un’applicazione realmente vasta deve ancora
svilupparsi attraverso computazione e ricerca sulle cosiddette selezioni emotive (da preferenze musicali alla composizione di numeri telefonici quali campi prioritari in cui si prevede la larga diffusione del dispositivo).
Ci si è posti l`obiettivo di lavorare con esperti nel campo dei dispositivi BCI in modo da poter valutare le metodologie e incrementare la solidità dell`investigazione. Questo lavoro è il risultato di un approfondimento dello studio di progettazione condotto presso CU GSAPP in collaborazione con il EEBM E6099y, Topics in Computational Neuroscience and Neuroengineering: Brain Computer Interfaces.
Avvalendosi delle conoscenze di gruppi d’ingegneria per la realizzazione di sistemi BCI customizzati e applicazioni software, il Dott. Paul Sajda collaboratore e ingegnere biomedico presso la CU sta correntemente sviluppando sistemi BCI per DARPA (sistema di ricerca avanzata del pentagono) che si concentrano sulla quantificazione del riconoscimento di stimoli visivi.
Si sono impiegati BCI di diverse tipologie, da kit commerciali a DIY (Do It Yourself) kit: EEG BCI Hardware Providers
• NeuroSky Mindset, a single dry sensor + reference. The NeuroSky operates at 1000hz and can interface with PC/Mac/iPhone. Proprietary E-Sense measurements updated at 1 Hz. MSRP $199 http://www.neurosky.com/
• Emotiv Epoc, 14 sensor montage + reference. http://www.emotiv.com/ MSRP $500/$750 (Developer Kit)
• Open EEG, DIY EEG kit. $200 Estimated Cost. http://openeeg.sourceforge.net/
Processing è stato lo strumento principalmente impiegato per interfacciarsi in tempo reale con questa mole di dati informatici. Si tratta di un software di visualizzazione open source nonché design platform che consente al progettista la creazione di ridotti sketch computazionali. Si tratta di sketch che beneficiano della struttura object-oriented della programmazione (scripting) in grado di supportare interazioni e sviluppi dinamici.
Sito e Programma
Il programma assegnato per il progetto è di un centro di Ringiovanimento e feedback neurologico. Una clinica predisposta per una capacità di 400 pazienti. Lo studio va ad operare sul sito della torre Nakagin a Tokyo. Utilizzando sistemi soft (rilevamenti ambientali, strumenti e tecnologie informatiche, realtà virtuali) e sistemi hard (fabbricazione di nuovi moduli e nuove infrastrutture) si è proceduto nell’ipotizzare l’installazione di un centro di ricerca e trattamento.
Si è tentato di comprendere la realtà strutturale dell`edificio in modo da guidare contemporaneamente il processo di miglioramento “metabolico” e l’ampliamento dello stesso in modo da alloggiare le nuove esigenze di programma. La preservazione dell`esistente è stata valutata come un aspetto cruciale ed estremamente delicato dal punto di vista della storia dell’architettura moderna. Lo schema previsto con realizzazione nel 2016 dovrebbe considerare al contempo l`ubiquità` degli strumenti informatici e il livello di artefatti tecnologici per quell`epoca. Nella realizzazione degli intenti di programma è stato indispensabile valutare criticamente il cambiamento della natura della ricerca e delle tecnologie terapeutiche associate alla medicina.
Il progetto ha previsto una visita al sito e la partecipazione alla conferenza “Architecture and Cloud Computing” presso l`università` Sangyo di Osaka e al ALGODE 2011 Tokyo International symposium on Algorithmic Design for Architecture and Urban Design.
Metabolismo vs Preservazione. Localizzazione e scelte di programma.
Il Capsule hotel Nakagin è la realizzazione letterale della visione Metabolistica dell`architettura. Il metabolismo avrebbe potuto svilupparsi solo in un contesto come quello giapponese, dove l`alta densità e gli ideali culturali di assenza di permanenza convergono nella proposta di una struttura cellulare: sistemi di crescita iterativa per una città. Come un organismo biologico, la città metabolizza attraverso la crescita e la morte controllata delle sue cellule. Quello che era richiesto era un`adeguata infrastruttura in grado di infondere nuovi materiali (nuove cellule o capsule) e di orchestrare questo problema dimensionale di morte e sostituzione. Come in ogni organismo I cui cicli di crescita e morte sono stati destabilizzati, la torre Nakagin è in grave rischio di demolizione. I moduli che la compongono non sono mai stati “metabolizzati” nonostante gli oltre 30 anni d’impiego (per quanto Kurokawa avesse previsto una durata di vita di massimo 20 anni per ciascun modulo) ed ora si caratterizzano per tecnologie superate e degrado della costruzione. Nel corso della sua storia l`edificio si è trasformato da capsule hotel in appartamenti di proprietà. I proprietari di seconda generazione vorrebbero vederlo in vendita anche se allo stesso tempo il vicino distretto di Ginza è divenuto un hot spot per le attività commerciali portando alle stelle il valore del terreno su cui insiste la torre.
L`obiettivo di preservazione dell`edificio deve essere quindi inteso più in termini di preservazione del suo potenziale in qualità di struttura metabolista che in termini di rigoroso ormai utopistico recupero. Tra le ipotesi iniziali sono state vagliate il mantenimento intatto, il ripristino della sua condizione originale, la possibilità di rivelarne degli strati e infine il recupero del suo principio generatore e la conversione di questo in una nuova struttura (più o meno mediatica).
Onde celebrali e EEG (elettroencefalogrammi)
La mente è uno degli ambienti primari in cui lo spazio e il design interagiscono con la moltitudine delle spinte, dei desideri e delle intenzionalità che ci qualificano in quanto umani. I BCI consentono di vedere all`interno di questo processo, di vedere quali parti del cervello sono coinvolte nella comprensione dello spazio e, di conseguenza, il modo in cui la nostra mente elabora l`architettura. Visto che lo spazio è al contempo una risorsa potenziale e una realtà difficile da gestire, esso è presente nello spettro di funzionalità celebrale dai più bassi livelli del sistema motorio alle più elevate funzioni cognitive e pianificatorie. E` possibile individuare sistemi di cognizione spaziale ovunque s’indaghi all’interno della mente.
Le informazioni sulla nostra attività celebrale ci pervengono solitamente filtrate attraverso una delle due tecnologie attualmente disponibili CT scanning (Computer Tomograpy, essenzialmente consistente in sezioni consecutive di un oggetto, in parte non è altro che il
funzionamento della risonanza magnetica) oppure EEG (elettroencefalografia, ovvero la lettura di potenziali elettrici a partire da fonti puntuali e la cui accuratezza decresce in proporzione al quadrato della distanza dalla fonte di misurazione). CT scanning è preciso nella risoluzione spaziale (localizzazione dello stimolo) ma basso nella risoluzione temporale (istante di stimolo). Viceversa gli elettroencefalogrammi EEG sono poco precisi nella risoluzione spaziale (consentono di localizzare solo la porzione del cervello in cui si è manifestato lo stimolo) ma la risoluzione temporale risulta in genere molto accurata (1000 letture univoche per secondo è lo standard più frequente di questi dispositivi).
Il vantaggio determinante nella scelta dello strumento è il costo relativamente ridotto degli EEG in combinazione con il loro utilizzo piuttosto semplice. Una macchina per la risonanza magnetica costa approssimativamente $2,000,000 e richiede un sistema di costruzione complesso per la sua installazione. In confronto, è possibile personalizzare uno strumento di misura EEG portatile per circa $300-$500. Una serie di prodotti commerciali si è resa recentemente disponibile ad opera di compagnie come NeuroSky ed Emotiv. Si tratta di strumenti che contribuiscono ad affollare un mercato già ampio di distributori di strumenti a impiego medico.
Localizzazione del progetto
Storicamente la comprensione del cervello si basa sulla nostra capacità di localizzarne le funzioni in specifiche regioni. Un compito spesso frustrante o impossibile. Alla metà del diciannovesimo secolo Paul Broca ha localizzato le capacita’ linguistiche nell`emisfero sinistro insieme alla capacita’ di scrittura e disegno. Si trattò di un evento paradigmatico per la storia delle neuroscienze. Solitamente la comprensione delle varie localizzazioni andò infatti di pari passo con lo studio delle patologie. Traumi debilitanti localizzati poterono rivelare quali aree del cervello fossero necessarie per una specifica facoltà/capacita’ fosse essa linguistica ,di cognizione spaziale o controllo motorio.
La localizzazione è resa ancora più complessa dal sovrapporsi di altre teorie e fenomeni empirici. La neuroscienza fornisce un rinnovato apprezzamento per la plasticità del cervello e per le doti univoche di ciascun campione ed aggiunge, a complicare le cose, il fatto che molte delle funzioni cognitive paiono svilupparsi a cavallo di diverse regioni. Il fatto che tali regioni siano sollecitate simultaneamente rivela come Il cervello sia di per se la prima e più articolata architettura e rende estremamente complessa l`analisi di determinati comportamenti anche ricorrendo alla tecnica dei traumi localizzati.
Si è partiti dal presupposto di estensione delle facoltà mentali e fisiche dell’individuo ad opera della tecnologia e sulla base di questo si è andati a considerare quali comportamenti la tecnologia abbia introdotto negli individui e nella loro capacità di percezione dello spazio.
Dopo un’attenta analisi dei sistemi aggregativi metabolistici e dei presupposti dello sviluppo urbanistico giapponese, si è incentrata la ricerca sullo studio delle fobie. Le fobie sono infatti manifestazioni patologiche intimamente legate all’ingresso dell’individuo in società e nella nascita di strutture aggregative organizzate. Ho essenzialmente concentrato l’analisi su quattro fobie dipendenti dalla percezione soggettiva dello spazio per le quali fosse possibile l’elaborazione di sistemi di verifica dello stimolo nella corteccia celebrale.
Agorafobia, Claustrofobia, Acrofobia, Agyrofobia : fobie legate alla percezione dello spazio e fortemente dipendenti dalla collocazione degli individui nella società contemporanea.
Fase I
Ho proceduto nell’elaborazione di un esperimento su soggetti reali. Il soggetto viene sottoposto ad una sequenza di immagini calme con delle affinità cromatiche intervallate in maniera casuale da immagini evocative di una delle quattro fobie sopra elencate. Al soggetto viene richiesto di premere un tasto per ogni sensazione visiva sgradevole percepita. La temporizzazione della pressione del tasto è sincronizzata con la sequenza di immagini ed è dettata dalla frequenza individuale delle onde rilevate in tempo reale tramite BCI.
L’esperimento è stato condotto più volte nel laboratorio della facoltà di ingegneria biomedica tarandolo opportunamente in modo da ottenere la conferma della responsività del soggetto ad una specifica natura di stimoli. Si sono elaborate mappature dello scalpo per la locazione dello stimolo.
Fase II
Le onde celebrali
rilevate tramite
EEG sono state
utilizzate come
fonte di dati per
generativo. Dovendo caratterizzare il concetto metabolistico di modularità in combinazione con un possibile approccio terapeutico delle fobie si scelto di adottare una logica di deformazione di una minimal surface, superficie a minima curvatura. Le deformazioni indotte tramite vettori nello script sono state finalizzate al conseguimento di una sequenza curativa degli spazi. Buona parte delle fobie di natura spaziale vengono infatti curate tramite esposizione graduale, ovvero il soggetto viene gradualmente esposto alla sorgente della sua paura fino al superamento della stessa.
Sulla base di questo principio fondatore la dimensione e l’interconnessione degli spazi all’interno della superficie continua segue uno schema dettato dalla cura terapeutica della specifica fobia. È possibile osservare il risultato nelle sezioni prospettiche.
Una delle manifestazioni di questo del bio feedback ovvero della risposta misurata tramite EEG sono le modificazioni inaspettate dello spazio progettato indipendenti dalla volontà dell`architetto. Il cambiamento della distribuzione degli arredi, la collocazione di nuovi impianti prima non presenti, fa sì che l`ambiente circostante sia lentamente trasformato tramite una serie di graduali cambiamenti valutati in relazione alla nostra sensazione di confort interno. La comprensione della differenza tra un`esperienza di spazio e la cognizione spaziale che ne deriva è alla base della possibilità d’impiego del neuro-feedback per la realizzazione dell`architettura.
Architecture
Studio di un prototipo funzionante di componente per architettura cinetica.
Il contesto politico e culturale cambia continuamente: che accadrebbe se pareti e finestre si modificassero in risposta? La qualità dell’aria e dell’acqua è soggetta a costanti fluttuazioni, e se le nuvole sul fiume modulassero la propria intensità a manifestazione pubblica della contaminazione? La domanda di occupazione di abitazioni si modifica attraverso giorni, stagioni ed anni. Cosa accadrebbe se i materiali tradizionalmente inerti dell’architettura apparissero e scomparissero di conseguenza?
Una realtà dinamica in continuo cambiamento richiede responsività. Responsività in architettura richiede l’introduzione di nuovi sistemi. Questi ultimi a loro volta innovativi e non precedentemente sperimentati richiedono inevitabilmente prototipizzazione su scala reale. Si è sviluppata la sperimentazione secondo nuovi sistemi e tecnologie adattative. Si è scelto di impiegare un sistema totalmente open source, collaborativo e di messa in pratica diretta delle idee di design. Interamente incentrato sull’attività di laboratorio il progetto mira a sollevare l’attenzione sugli aspetti e sulle forze invisibili da cui dipende la struttura della realtà in cui viviamo, esplorando le possibilità dell’architettura di mutare in tempo diretto sulla base di queste forze.
Il progetto si sviluppa secondo la logica tripartite di input, elaborazione ed output. I componenti sono stati più volte aggiornati e cambiati tra loro nel corso della prototipizzazione e variano da prodotti di immediata disponibilità in commercio a prodotti realizzati ex-novo. L’obiettivo è stato quello di integrare i componenti in un prototipo funzionante in scala reale e di applicare nuove tecnologie e nuove forme di responsività a problematiche culturali e sociali. Il progetto, per quanto completo, deve essere considerato come un punto di inizio per le possibili sperimentazioni successive. In questo senso il sistema open source consente la stratificazione di futuri apporti a partire dalle conoscenze maturate nella messa a punto del prototipo in questione. Avendo in mente gli sviluppi futuri il progetto provvede a fornire tutte le informazioni di scripting, diagrammi di circuiti e istruzioni di assemblaggio necessarie per chiunque volesse continuare a edificare sullo stesso terreno sperimentale.
Prototipizzazione
Il team si è concentrato da subito sul suono quale elemento invisibile ma fortemente caratterizzante la realtà urbana, riflettendo sulle possibilità di espressione visiva dei livelli di rumorosità ambientale ed interna.
Le iterazioni sono state molteplici. Impiegando Arduino come piattaforma nell’elaborazione dei dati di input e la loro conversione in impulsi elettrici per il funzionamento di sensori acustici o semplici motori Servo. Il prototipo è stato ideato e realizzato interamente dal team: dalla progettazione del circuito, alla sperimentazione delle potenzialità della motherboard Arduino nell’elaborazione del suono per finire con la produzione del componente stesso. Nel diagramma che segue si esprimono le successive iterazioni indispensabili a causa della difficoltà di amplificazione del segnale rilevato con i microfoni in commercio (Electrect for Arduino). Le fasi di filtratura ed analisi del segnale hanno richiesto particolare approfondimento e la collaborazione di tecnici del dipartimento di ingegneria dell’informazione.
La prima fase si è caratterizzata per l’utilizzo del microfono integrato nel portatile e nella verifica della possibilità di conversione del segnale acustico opportunamente filtrato in segnale luminoso.
La seconda fase è stata incentrata sulla modulazione della sensibilità della risposta. La scala di grigi in figura non è altro che una simulazione di input acustici. Le coordinate del puntatore forniscono valori entro una determinata scala di decibel. Lo script in Processing (su piattaforma Arduino) consente la traduzione di queste informazioni in impulsi consentendo di calibrare l’amplificazione necessaria.
La terza fase si è basata sulla verifica delle potenzialità di amplificazione nel controllare un motore servo. Essenzialmente l’entità del suono rilevato (in questa fase ancora simulato come mole di dati legati allo spostamento del cursore) induce la velocità ed il senso di rotazione.
Infine si è eliminata la mediazione del computer implementando il codice in Arduino e sostituendo lo spostamento del cursore su una visualizzazione in scala di grigi con l’effettivo input acustico da microfono.
Prime sperimentazioni della portata del motore Servo. In sostanza si è cercato di sfruttare al massimo le potenzialità del motorino provando diverse configurazioni di sistemi cinetici e fabbricando i singoli componenti in laboratorio mediante taglio laser (solitamente legno o materiali plastici appostiti).
La scelta di incentrare la prototipizzazione su un sistema cinetico di facciata ha orientato la sperimentazione verso componenti rotanti. L’entità del suono induce la rotazione delle lamelle portandole da una configurazione chiusa alla progressiva apertura in sequenza. L’entità del suono determina la velocità di rotazione e suoni impattivi inducono l’inversione del senso di rotazione ed il ripristino della configurazione chiusa.
Iterazioni della sequenza di lamelle per lo schermo. Diverse forme e baricentri comportano diverse possibilità di arrangiamento e rotazione.
L’idea alla base del modulo è duplice. Da un lato si prevede la collocazione dei sensori acustici all’interno in modo da avere la visualizzazione in facciata della diversità di programma interna all’edificio (le aree con maggiore interazione sociale e maggiore rumorosità saranno in
continuo mutamento); dall’altro si può avere la collocazione dei rilevatori acustici all’esterno in modo da regolare l’apertura della facciata in funzione della rumorosità esterna (ipotizzando in tal caso lamelle di materiale fonoassorbente e giunti sigillati). Di seguito una serie di
immagini dell’evoluzione dell’hardware impiegato :dal semplice circuito iniziale al più complesso sistema finale (comprensivo di amplificatore tramite resistenze in serie).
Segue il codice in scripting con il dettaglio della funzione di ciascuno dei comandi. Come è possibile notare si hanno due parti: una parte di codice è implementata in Arduino in modo da rendere il prototipo funzionante autonomamente, la seconda parte è in processing ed è finalizzata alla visualizzazione in tempo reale dell’intensità acustica rilevata dal sensore e alla modulazione del delay di risposta della macchina.
ARDUINO CODE
// include the servo library #include <Servo.h>
// creates an instance of the servo object to control a servo Servo servoMotor; Servo servoMotor2; int servoPin = 2; int servoPin2 = 4; int analogValue = 0; int val; int minPulse = 500; int maxPulse = 2500; int pulse = 0; float sensorValueSpeed; float sensorValueSpeed2; void setup() { //pinMode(servoPin,OUTPUT); //pulse = minPulse;
// attaches the servo on pin 2 to the servo object servoMotor.attach(servoPin);
servoMotor2.attach(servoPin2); // start serial port at 9600 bps: Serial.begin(9600);
}
void loop() {
byte move; // read analog input
analogValue = analogRead(1); // send values to processing Serial.println(analogValue, DEC);
// check if data has been sent from the computer: if (Serial.available()) {
// read the most recent byte (which will be from 0 to 255): move = Serial.read();
// if the sound level is below 87 both servos move slowly if (analogValue <= 87)
{
servoMotor.write(79); servoMotor2.write(107); }
//if the sound level is greater than 87 both servos move increasingly faster if (analogValue > 87 && analogValue <= 1024)
{
// map the values to speed
sensorValueSpeed = map(analogValue, 51, 600, 91, 180); servoMotor.write(sensorValueSpeed); sensorValueSpeed2 = map(analogValue, 51, 600, 108, 180); servoMotor2.write(sensorValueSpeed2); } // optional // delay(15); } } PROCESSING CODE
// import the Processing serial library import processing.serial.*;
// declare a font variable PFont font48;
int linefeed = 10; // Linefeed in ASCII Serial myPort; // The serial port
// value recieved from the serialport / arduino float sensorValue; // mapped value float sensorValueMap; //display value float sensorValueDisplay; void setup() {
myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600);
// read bytes into a buffer until you get a linefeed (ASCII 10): myPort.bufferUntil(linefeed); size (1024, 768); background (0); smooth(); font48 = loadFont("Calibri-48.vlw"); textFont(font48); } // Serial Event
void serialEvent(Serial myPort) { // read the serial buffer:
String myString = myPort.readStringUntil(linefeed); // if you have any bytes other than the linefeed: if (myString != null) {
myString = trim(myString); // split the string at the commas
// and convert the sections into integers: int sensors[] = int(split(myString, ",")); // print out the values you got:
for (int sensorNum = 0; sensorNum < sensors.length; sensorNum++) { sensorValue = sensors[0]; } }else { println("NO DATA"); } } //Draw void draw() {
// set the black background background(0);
// run the displayText() function displayText();
// map the recieved values
sensorValueMap = map(sensorValue, 0, 1024, 0, 1024); sensorValueDisplay = map(sensorValue, 0, 1024, 0, height); // draw a rectangle based on the variable sensorValueMap rect (0, 100, width, sensorValueMap);
myPort.write('O'); } //Display Text void displayText() { text("Sensor Value", 20, 80); text(sensorValueDisplay, 450, 80); }
Molti filmati open source e vari altri codici (corrispondenti alle varie iterazioni) si possono trovare sulla pagina web del prototipo: http://www.arch.columbia.edu/work/courses/visual-studies/sp11-living-architecture/group4
Le rinnovate esigenze di gestione nel contesto della cosiddetta architettura parametrica va di pari passo con lo sviluppo di software che, a vario livello e con diversi gradi di precisione, consentono all’architetto di gestire simultaneamente aggregazioni di componenti. Tre sono gli strumenti che attualmente trovano più ampia applicazione: Grasshopper, Revit e Catia. La sperimentazione di tali strumenti va oltre i singoli software e le rispettive case produttrici ma deve essere intesa a in termini di analisi delle potenzialità fornite da una specifica piattaforma. I tre software in questione sono esempi di tre diverse strutture di gestioni di sistemi parametrici dal primo (Grasshopper) nato come plug-in per Rhinoceros e open source all’ultimo Catia nato nel contesto dell’industria aerospaziale per la sperimentazione ed ottimizzazione di prototipi per veicoli aerei.
2.1 Meshing
Generative design in Grasshopper per la realizzazione di un componente di facciata.
In questo caso la cosiddetta progettazione generativa si concretizza nel design di un modulo metallico per la realizzazione di un sistema di facciata. La complessità della definizione in Grasshopper risiede nell’esigenza di rendere la suddivisione dei pannelli e la ripetizione del modulo:
-indipendente dalla specifica forma della superficie su cui viene applicata
-rapidamente modificabile alterando la tassellazione della superficie da più a meno densa -rispondente a più fulcri di attrazione. In maniera tale da ottenere transizioni progressive e morbide senza dover ricorrere a curvature nei pannelli utilizzati. Si tratta in sostanza di un processo di approssimazione di una superficie a doppia curvatura conservando la planarità dei singoli pannelli componenti e agevolandone quindi la fabbricabilità.
Seguono screenshots dei moduli applicati ad una superficie a doppia curvatura. Si osservi come l’apertura dei singoli moduli vari in relazione alla distanza del centro del modulo stesso dal fulcro di attrazione (Attractor Point)
La perforazione della parte interna dei pannelli è determinata a partire da una bump map ovvero un immagine raster di gradiente di grigio secondo cui viene modulata l’apertura dei fori. In corrispondenza del bianco (l’esterno) i cerchi risultano più piccoli aumentando progressivamente di dimensione verso l’interno. Seguono alcune immagini della definizione con la spiegazione del funzionamento di ciascun componente.
Localizzazione delle coordinate del fulcro di attrazione e ripartizione della superficie in unità.
Fase di surfacing e perforazione delle parte interna dei pannelli. Le operazioni computazionalmente più faticose vengono collocate alla fine della definizione in modo da poterle agevolmente disabilitare in caso si richiedano studi iterativi in tempo reale.
2.2 Processing
Scripting come strumento di visualizzazione di database e di ricerca.
L’obiettivo di questo progetto è l’applicazione di un tipico schema di CA (Cellular Automata) ad una topografia tridimensionale. Trasponendo un algoritmo di Cellular Automata in un contesto tridimensionale nuove condizione di vicinato vengono introdotte. Si richiedono specifici cambiamenti del codice per consentire il funzionamento dell’algoritmo di crescita. Si cerca inoltre di rendere il sistema quanto più versatile possibile. Lasciando aperta la possibilità di iterazione di cellule su qualsiasi tipo di superficie.
L’introduzione delle cellule in un ambiente tridimensionale, come accennato, richiede l’introduzione di regole per la crescita secondo la direzione Z. Il tradizionale algoritmo di CA si basa sulla colorazione di pixel. Bianco = vivo , Nero = morto un sistema di regole determina il cambiamento dello stato di ciascun pixel in funzione dello stato dei pixel limitrofi.
Nel set up del sistema i punti che definiscono la griglia di sviluppo della CA sono importati come pointcloud da programmi di modellazione tridimensionale del tipo di Rhino.
La spaziatura variabile rappresenta la griglia, righe e colonne della suddivisione del pointcloud in Grasshopper. Il Cellular Automata distribuito sulla superficie generica è realizzato sotto forma di cubi che rimpiazzano i tradizionali pixel del cosiddetto Game of Life. Lo stato di vita o morte delle cellule è definito nella classe “boxes” all’interno dell’algoritmo in termini di colore (ancora una volta bianco o nero, on o off). I cubi sono distribuiti sulla superficie in viola (morti) e la nuova generazione di cellule arancioni (vive) viene creata in modo random all’interno della griglia.
La condizione di prossimità viene determinata per ciascuna cellula nella fase di setup in modo da minimizzare i tempi di compilazione dello script. Gli indici di ciascuna cellula sono associati ad un array come attributo di ciascun cubo.
Il primo sistema di regole si basa sulla condizione di prossimità tridimensionale. Viene definita una soglia di trasparenza che consente il mantenimento della storia di evoluzione del sistema. Quando nuove cellule vengono generate la trasparenza diminuisce. Viceversa la morte della cellula comporta una riduzione della visibilità del cubo. Le pieghe della superficie vengono interpretate come fonti di nuova alterazione del sistema. Dalla piega si sviluppa una nuova generazione di cellule. Le regole tradizionali di morte per isolamento o sovrappopolamento e di generazione secondo random seed vengono assorbite dal tradizionale Game of Life. Le condizioni di alterazione del sistema operano sul valore di verde del colore RGB delle cellule stesse.
Una funzione di controllo dello stato (di vita o morte) delle cellule vicine è integrata nella classe “Box” riducendo i tempi di computazione e consentendo l’applicazione del sistema su qualsiasi tipo di superficie.
Conclusioni
Il risultato più importante di questa esplorazione è stato di rivelare le possibilità contemporanee di alterazione della logica rigida della CA. La condizione di prossimità tridimensionale che viene definita per le pieghe della superficie esprime soltanto una delle molteplici possibilità di superamento della logica rigorosamente auto-organizzativa del sistema. La cosa più rilevante di questo sistema risiede nel suo configurarsi come una premessa per nuove e più complesse investigazioni in questo ambito recentemente riportato in voga dalle tecniche di pianificazione urbanistica applicate nelle aree della Cina a grosso sviluppo demografico.
Segue il codice in processing con le specifiche del funzionamento di ciascuna porzione: 1. /* --- 2. ---Folded CA--- 3. ---*/ 4. 5. 6. 7. import processing.dxf.*; 8. 9. PVector allPoints[]; 10. PVector center; 11. int spacingX=9,proxiCount; 12. int spacingY=51; 13. Boxes [] myBox; 14. PFont font; 15. 16. 17.
18. boolean record, shift; 19. float threshold=3, distance; 20. Boxes [] closeZ= new Boxes [0]; 21.
22. void setup() {
23. int [] index2= new int [0]; 24. 25. 26. size(1280,720,P3D); 27. frameRate(8); 28. 29.
30. String [] points= loadStrings("fsd1.txt"); //the other sample surface is fsd2.txt 31.
32.
33. allPoints= new PVector[points.length]; 34. center= new PVector();
35.
36. for (int i=0; i<points.length; i++) {
37. float [] onePointData = float(split(points[i], ","));
38. allPoints[i] = new PVector(onePointData[0]*4, onePointData[1]*4, onePointData[2]*4); 39. center.add(allPoints[i]);//cam
40. 41. }
42. //println (allPoints.length);
43. myBox= new Boxes[allPoints.length]; 44. float density = 0.4* spacingX * spacingY; 45.
46. for (int i=0; i<allPoints.length; i++) {
47. myBox[i]= new Boxes(4, 160.0,0.0,160,255, allPoints[i],index2); 48.
49. } 50.
51. for (int i=0; i<density; i++) {
52. int randomPointIndex=round(random(allPoints.length-1));
53. PVector RandomPos=new PVector ( allPoints[randomPointIndex].x, allPoints[randomPointIndex].y, al lPoints[randomPointIndex].z); 54. myBox[randomPointIndex].clrR=255.0; 55. myBox[randomPointIndex].clrG=255.0; 56. myBox[randomPointIndex].clrB=255.0; 57. } 58. 59. 60. //GENERIC PROXIMITY
61. for (int i=0; i<myBox.length; i++) { 62. Boxes Box1= myBox[i];
63. for (int j=0; j<myBox.length; j++) { 64. if (j!=i){
65. Boxes Box2=myBox[j]; 66.
67. distance =dist(Box1.pos.x, Box1.pos.y, Box1.pos.z, Box2.pos.x, Box2.pos.y, Box2.pos.z); 68.
69. if (distance<threshold) { 70.
71. Box1.index = (int []) append(Box1.index,j); 72. 73. } 74. } 75. } 76. } 77. 78. 79. 80. center.div(allPoints.length);//cam 81. 82. } 83. 84. 85. void draw() { 86. //reload();
87. int neighborCount=0, write=0; 88. 89. 90. background(255); 91. lights(); 92. float zm =150; 93. camera (center.x+zm*cos(frameCount*0.07),center.y+zm*sin(frameCount*0.07),center.z+zm*0.2,0,0,0, 0,0,-1); 94. 95. 96. if (record) {
97. beginRaw(DXF, "output_"+ "frameCount" +".dxf"); 98. }
99. 100. 101.
103. Boxes Box1= myBox[i];
104. for (int j=0; j<Box1.index.length; j++){ 105. Boxes Box2= myBox[j];
106. if (Box2.clrG==255){ 107. neighborCount++; 108. println (neighborCount); 109. if (neighborCount>40 ){ 110. Box1.clrR=255.0;
111. Box1.clrG=0.0; //a new generation happens 112. Box1.clrB=0.0;
113. Box1.trn-=150; 114. proxiCount++; 115.
116. float col= map(neighborCount/3, 0,60,0,255); 117. } 118. } 119. } 120. noStroke(); 121. 122. } 123. float sc = 50; 124.
125. for (int i=0; i<closeZ.length; i++){ 126. Boxes box1= closeZ[i];
127. for (int j=0; j<closeZ.length; j++){ 128. Boxes box2= closeZ[j];
129. if (i!=j && box1.clrG==255.0){ 130. box2.clrR=255; 131. box2.clrG=255; 132. box2.clrB=255; 133. } 134. } 135. } 136. 137. 138.
139. for( int i = 0; i < myBox.length; i++) { 140.
141.
142. int whiteCount = neighbors(i); 143.
144.
145. if ((myBox[i].clrG == 255.0) && (whiteCount < 2)) {//death for isolation 146. myBox[i].clrR=160.0;
147. myBox[i].clrG=0.0; 148. myBox[i].clrB=160.0; 149.
150. }
151. else if ((myBox[i].clrG == 255.0) && (whiteCount > 3)) {//death for overpopulation 152. myBox[i].clrR=160.0;
153. myBox[i].clrG=0.0; 154. myBox[i].clrB=160.0; 155.
157. else if ((myBox[i].clrG == 0.0) && (whiteCount == 3)) {//birth 158. myBox[i].clrR=255.0; 159. myBox[i].clrG=255.0; 160. myBox[i].clrB=255.0; 161. 162. } 163. 164. myBox[i].plot(); 165. 166. 167. } 168.
169. for (int j=0; j<myBox.length; j++){ 170. Boxes Box= myBox[j];
171. if (Box.clrG==255){ 172. write++; 173. } 174. } 175. 176. 177. fill(160, 0, 160); 178. textMode(SCREEN); 179. font = loadFont("AgencyFB-Reg-20.vlw"); 180. textFont(font);
181. text("CA topology alive "+ write, 50, height-20);
182. text("3D topology affected "+ proxiCount, 50, height-40); 183.
184. 185.
186. //////////////record drawing int dxf format/////////// 187. if (record) {
188. endRaw(); 189. record = false;
190. exit();// exit the processing sketch 191. } 192. 193. 194. 195. } 196.
197. //count the number of adjacent cells on the matrix 198. int neighbors (int index)
199. {
200. int whiteCount = 0; 201.
202. //checking edge conditions 203.
204. if(index < spacingX || 205. index % spacingX == 0 ||
206. index % spacingX == spacingX - 1 || 207. index > spacingX * (spacingY - 1)) { 208. /*
209. in order to highlight the edges that are valued as limit conditions 210.
211. //println("found the edge"); 212. stroke(255, 0, 0);
213. strokeWeight(15);
214. point(myBox[index].pos.x, myBox[index].pos.y, myBox[index].pos.z); 215. //noStroke(); 216. */ 217. } 218. else { 219. 220. if(myBox[index+1].clrG==255.0) {//north 221. whiteCount++; 222. } 223. if(myBox[index-1].clrG==255.0) {//south 224. whiteCount++; 225. } 226. if(myBox[index+spacingX].clrG==255.0) {//east 227. whiteCount++; 228. } 229. if(myBox[index-spacingX].clrG==255.0) {//west 230. whiteCount++; 231. } 232. if(myBox[index+spacingX+1].clrG==255.0) {//ne 233. whiteCount++; 234. } 235. if(myBox[index+spacingX-1].clrG==255.0) {//se 236. whiteCount++; 237. } 238. if(myBox[index-spacingX+1].clrG==255.0) {//nw 239. whiteCount++; 240. } 241. if(myBox[index-spacingX-1].clrG==255.0) { 242. whiteCount++; 243. } 244. 245. } 246. 247. return whiteCount; 248. } 249. 250. --- 251. 252. class Boxes{ 253. 254. float sz; 255. float clrR; 256. float clrG; 257. float clrB; 258. float trn; 259. PVector pos; 260. float distance; 261. Boxes Box; 262. int[] index; 263.
265. 266. sz=_sz; 267. clrR=_clrR; 268. clrG=_clrG; 269. clrB=_clrB; 270. pos=_pos; 271. trn=_trn; 272. 273. index=_index; 274. } 275. 276. //method 277. void plot(){ 278. 279. 280. 281. fill(clrR, clrG, clrB,trn); 282. pushMatrix(); 283. translate(pos.x,pos.y,pos.z); 284. box(sz); 285. popMatrix(); 286. } 287. 288. }
Segue una serie di riferimenti bibliografici consultati nella stesura di questa analisi.
Software impiegato: Processing. Nato come open source e sviluppato originariamente nei laboratory di MIT.
Ben Fry and Casey Reas
“Processingisaprogramminglanguage, developmentenvironment, and onlinecommunity that since2001has promoted software literacywithin the visual arts.”
http://processing.org/about/
riferimenti bibliografici generali:
1. A.W.Burks, Computation, Behavior, and Structure in Fixed and Growing Automata. Behavioral Science, Vol. 6, pp. 5-22, 1961.
2. Stephen Wolfram; A New Kind of Science. Wolfram Media; 1 edition 2002. 3. Markus Persson: Minecraft Game. Developed: May 10, 2009
4.Andrew Adamatzky; Game of Life Cellular Automata. Springer; 1st Edition. edition (July 8, 2010)
5. Reas, Casey, and Ben Fry. Processing: A Programming Handbook for Visual Designers and Artists. The MIT Press, 2007.
2.3 Re-thinking BIM
Esplorazione delle potenzialità di BIM oltre le tradizionali funzionalità di produzione. Progettazione di un modulo per installazioni temporanee.
Nell’investigare la funzione del Building Information Modeling in architettura è necessario domandarsi se esso sia destinato esclusivamente alla produzione o se sia possibile che la progettazione tragga vantaggio dal feedback fornito in tempo reale da tali modelli tridimensionali. Indubbiamente i Building Information Models possono, ed in parte già è successo, cambiare la nostra professione ed è la generazione di progettisti di adesso ad essere responsabile nel determinarne l’impatto. Estraniandosi per un attimo dagli schemi rigidi della domanda professionale è possibile esplorare strategie di BIM difficilmente applicabili in contesti lavorativi. Approfondire aspetti della modellazione difficilmente sperimentabili in ambito professionale e che richiedono maggiore consapevolezza da parte dell’architetto di tutti gli aspetti del design.
L’obiettivo di questa analisi è lo sviluppo di una profonda comprensione del BIM e soprattutto di come sia possibile intervenire in un processo non integralmente dettato da parametri di efficienza produttiva.
Si va ad interrogare la possibilità di reimpiego del tempo guadagnato tramite l’utilizzo di questi strumenti, valutando l’introduzione di concetti di modellazione parametrica nel processo di progettazione. Queste ed altre sono le ragioni per cui si è fatto ricorso ad un software pensato esclusivamente per la produttività seriale, Autodesk Revit Architecture 2010. A prescindere dalle specificità del software questo è stato selezionato essenzialmente in funzione della logica restrittiva e rigorosa che lo caratterizza. Si è cercato di impiegare Revit per la realizzazione di sistemi architettonici di tipo parametrico con intrinseca variabilità. Una volta terminata la fase di progetto il software BIM è stato impiegato per l’output di modelli o disegni di fabbricazione. Un contatto diretto con la casa produttrice del software ha consentito di sperimentare ed implementare in parallelo agli sviluppatori del programma le funzioni necessarie all’ulteriore progresso delle possibilità offerte dalla piattaforma.
Il progetto
Il progetto originale consiste in un’installazione luminosa interattiva. I componenti parametrici derivano dall’intersezione di due cilindri i cui assi sono disposti mutualmente ortogonali. Le unità modulari si bloccano agganciandosi l’un l’altra formando una trama tridimensionale con possibilità di continua ripetitività. Il modo in cui il componente è stato progettato prevede la variabilità in altezza, larghezza e profondità. Non solo le tre dimensioni possono essere alterate ma lo spazio vuoto compreso tra le due superfici per l’eventuale alloggiamento di una luce può essere espanso o compresso in funzione di ulteriori parametri.
Nell’esempio che segue si è deciso di applicare il componente a costituire una trama a scacchiera per un padiglione temporaneo. La variazione nella profondità e nella curvatura degli elementi rendono la struttura estremamente interessante nel meccanismo di interazione con fonti luminose, naturali e non.
Parametri del sistema
Il componente può variare nelle tre dimensioni, nell’ampiezza di apertura e nella profondità dello spazio residuo tra le due selle di intersezione.
L’unità può essere applicata su griglie regolari o irregolari a seconda delle variazioni richieste. La densità e la struttura cambiano in funzione della posizione all’interno della griglia. La flessibilità nell’ambito della famiglia consente letture multiple di un singolo sistema. In questo modo si incrementa il potenziale del componente ampliando la sua gamma di applicazione.
Iterazione del componente su una superficie planare con griglia irregolare o a doppia curvatura.
3. Progettazione parametrica
e dettagli costruttivi.
In questa fase ho spostato l’attenzione della ricerca sulle tecniche di fabbricazione. Concentrandomi in particolare sui sistemi di facciata continua. L’architettura contemporanea, in particolare negli Stati Uniti, ricorre a questi sistemi costruttivi ormai come quasi univoco veicolo per la realizzazione delle facciate degli edifici.
Collaborando con diversi gruppi di architetti, tutti con forti legami accademici e col mondo della ricerca, ho partecipato attivamente alla risoluzione delle problematiche costruttive dei sistemi di facciata continua per due edifici di architettura contemporanea: Il centro di nanotecnologie Krishna P.Singh disegnato da Weiss Manfredi Architects e North Carolina State Employees Credit Union disegnato da O'Brien Atkins & Associates. Nel primo caso ho collaborato alla fase di revisione di dettagli costruttivi standard e non per il sistema di facciata continuo, nella redazione di tutti i disegni di cantiere a partire dai sistemi di ancoraggio, di assemblaggio delle unità fino alla modellazione delle singole unità in Catia con la relativa produzione dei documenti di fabbricazione. Nel secondo caso, ho partecipato esclusivamente alla realizzazione dei documenti di fabbricazione per unità più complesse dove la modellazione ha richiesto la collaborazione costante con un team di esperti messo a disposizione dal fabbricatore.
3.1 Curtain Wall Design
Center for Nanotechnology University of Pennsylvania
Collocato all’estremità est del campus dell’università della Pennsylvania si tratta del primo edificio accademico che denuncia la presenza del campus nell’ambito del quartiere di Philadelphia West. Trattandosi del primo edificio interdisciplinare dell’università, le nuove strutture di ricerca per le nanotecnologie incoraggeranno la collaborazione, lo scambio e l’integrazione di conoscenze che caratterizzano lo studio di questa disciplina emergente.
L’obiettivo è di consentire l’integrazione delle risorse della School of Engineering and Applied Sciences e della School of Arts and Sciences. Nuovo fulcro verde del campus l’edificio si configura come una spirale di ricerca raggiungendo la sua massima altezza in corrispondenza del forum, punto di incontro e sale riunioni che aggetta sul cortile ed apre sulla vista di campus e città.
La collocazione dell’edificio, il lato nord del quartiere 3200 di Walnut street, definisce un riferimento urbano nell’ingresso al campus e vuole rappresentare il ruolo di Penn come leader globale nella ricerca e formazione scientifica. L’edificio e la sua integrazione con la topografia del luogo determinano una transizione graduale verso l’ambiente accademico e celebrano l’attenzione dell’università di Penn nell’inserimento nel quartiere di West Philadelphia.
E’ nella tradizione costruttiva dell’università e di Philadelphia la realizzazione di edifici attorno a corti aperte. Le strutture destinate ai laboratori sono tipicamente organizzate attorno ad un corridoio centrale limitando gli spazi di interazione. Al contrario il design dell’edificio e la modalità di transizione con la topografia del campus sono in questo caso studiati appositamente in modo da preservare questo nuovo tipo di comunicazione interno esterno e da facilitare di conseguenza il flusso di persone ed idee all’interno dell’edificio.
Il centro di nanotecnologie Krishna P.Singh è un passo significativo nel definire il ruolo di primo piano dell’università nel campo delle emergenti nanotecnologie. I nuovi 7300 metri quadri di servizi sono dotati di aree di ricerca d’avanguardia comprendenti 1200 metri quadri dedicati ai laboratori.
Costruzione e fabbricazione
Si è proceduto a diretto contatto con i fabbricatori esaminando le possibilità di realizzazione dei sistemi di ancoraggio, delle giunzioni delle singole unità, dei dettagli di transizione tra il sistema a facciata continua e l’esistente struttura dell’edificio. Il sistema costruttivo adottato è a pressioni equalizzate si caratterizza quindi per la separazione degli elementi di impermeabilizzazione dall’acqua e di quelli di impermeabilizzazione dall’aria
Sono stati elaborati dettagli costruttivi che specificassero ancoraggi in acciaio o alluminio a seconda delle condizioni di carico e le sollecitazioni valutate per le singole unità. Ciascuno dei verticali è stato modellato e studiato separatamente in modo da rispondere alla variazione interna delle superfici cui è possibile ancorarsi e alla contemporanea variabilità dei piani di facciata. In particolare il lato sud dell’edificio si caratterizza per una serie di piani volutamente non allineati secondo la sequenza a spirale dei locali per la ricerca culminante nell’aggetto. Riguardo a quest’ultimo, l’angolo più complesso dell’intero progetto è stato proprio quello di distacco dello sbalzo dalla facciata interna ovest (WP5). Per la risoluzione delle problematiche di allineamento e per garantire la continuità del sistema costruttivo nei singoli piani e in prospetto sono stati elaborati modelli in Rhino per la collocazione esatta delle estrusioni e il relativo posizionamento rispetto agli elementi strutturali della scala.
Nelle immagini che seguono è possibile osservare dei rendering di progetto della struttura associati ai dettagli costruttivi di più complessa realizzazione.
La fase conclusiva è stata la modellazione in Catia di ciascuna delle unità componenti la facciata. La modellazione è interamente finalizzata alla produzione di pacchetti di fabbricazione per i singoli pezzi e i relativi assemblaggi.
La tipica struttura gerarchica dei pacchetti di fabbricazione prevede:
Bill Of Materials (BOM)
Specificazione dei componenti necessari per il pacchetto, una sorta di ricapitolazione di tutte le parti necessarie per la realizzazione di quell’insieme di componenti. Si tratta di una tabella che viene fornita al fabbricatore anche sotto forma di foglio di calcolo e che riflette le esigenze di nomenclatura specifiche dell’officina di fabbricazione dei pezzi.
Elaborati 2D
-unit assembly drawings, con il dettaglio delle parti assemblate in officina
-sub-assembly drawings, comprendenti le modalità di connessione delle singole parti (prep drawings)
-part drawings, comprendenti le dimensioni e posizionamento di fori e intagli.
Elaborati 3D
Il modello in Catia viene esportato con la collocazione dell’origine del sistema in relazione alle esigenze specificate dal fabbricatore sulla base della particolare macchina impiegata nella produzione dei vari pezzi. (CNC a quattro assi o macchine per l’estrusione di profilati in alluminio).
North Carolina State Employees Credit Union
The State Employees' Credit Union (SECU) Salisbury Street Office è collocato nel cuore del distretto governativo di Raleigh. Il principio alla base del design è una forma dinamica di vetro e pietra che dovrebbe riproporre le caratteristiche vernacolari del contesto storico della città fornendo al contempo un’interpretazione progressiva del futuro della stessa. Questo edificio per uffici di dodici piani include una filiale degli uffici SECU, area di parcheggio per 165 posti auto, un centro congressi, un tetto attrezzato e un atrio a quattro piani. Quest’ultimo determina una nuova piazza per la città parte integrante del Centro di Ricerca Naturale dello Stato. Il progetto è attualmente in fase di costruzione. Il completamento dei lavori è previsto per 2012 con il conferimento della certificazione Gold LEED®
In questo caso si è intervenuti a progettazione e fabbricazione avanzata fornendo consulenza nella realizzazione dei pacchetti di fabbricazione più complessi. Un team messo a disposizione dai fabbricatori ha consentito la risoluzione piuttosto rapida di alcune problematiche tecniche intervenute nella fase di modellazione dei singoli moduli in Catia. In allegato alcune immagini di progetto ed alcuni esempi di pacchetti di fabbricazione.
3.2 Parametric Interior Design.
NYU Bobst Library Atrium.
Negli ultimi anni uno degli edifici più rappresentativi della New York University (NYU), la Biblioteca Bobst, è stato inaspettatamente la scenografia di ripetuti episodi di cronaca nera. Senza un particolare motivo l’edificio, originariamente disegnato da Philip Johnson è divenuto la meta preferita per il suicidio di numerosi studenti. La delicatezza mediatica della situazione e il grosso peso che un qualsiasi intervento sull’edificio possa avere sull’opinione pubblica hanno indotto il comitato dell’edilizia di NYU a proporre un concorso per la ridefinizione dell’atrio interno alla biblioteca. Joel Sanders Associates è il gruppo di architetti che si è aggiudicato la vincita del concorso e con i quali si è collaborato in questa prima fase di verifica della fattibilità del progetto.
Si tratta di un sistema di pannelli in alluminio, ancorati tramite clip ad L ad una struttura di montanti cui si conferisce la funzione di trasferimento del carico alla struttura preesistente. Il sistema di pannelli è stato studiato in modo da impedire la rimozione da parte degli studenti e fornire un impatto estetico sull’edificio esistente che fosse coerente con l’approccio di progetto originale di Philip Johnson. L’atrio quadrato viene trattato analogamente al progetto originale preservando la sola differenza nella facciata sud, valorizzando la presenza della scala e del coronamento della composizione con la balconata del dodicesimo piano. Dal punto di vista costruttivo, si è fornita particolare cura nella risoluzione dei sistemi di ancoraggio soprattutto sulla scala, valutando l’eccentricità di carico sugli elementi portanti e la possibilità di riduzione del peso dei pannelli incrementando la percentuale di foratura derivante dalla trama in Grasshopper. Catia è stato impiegato nella preparazione del wireframe su cui andare a distribuire i pannelli modellati di volta in volta.
Seguono i rendering ed il modello del progetto nonché alcune immagini dei particolari costruttivi inviati al fabbricatore per l’installazione della Visual Mockup prevista per lunedì 20 Febbraio.
Le rinnovate esigenze di gestione nel contesto della cosiddetta architettura parametrica vanno di pari passo con lo sviluppo di software che, a vario livello e con diversi gradi di precisione, consentono all’architetto di gestire simultaneamente aggregazioni di componenti, implementarne la complessità ed affinare al contempo i dettagli tecnici di progetto.
4.1 Strumenti di progettazione generativa
Tre sono gli strumenti di progettazione generativa che attualmente trovano più ampia applicazione: Grasshopper, Revit e Catia. La sperimentazione di tali strumenti va oltre i singoli software e le rispettive case produttrici e deve essere intesa in termini di analisi delle potenzialità fornite da una specifica piattaforma. Comunemente la scelta dell`uno o dell`altro dipende dalla fase di progetto e dal livello di complessità del sistema di cui si richiede la gestione.
Grasshopper viene impiegato quasi esclusivamente nelle fasi di studio della geometria del sistema. Pur essendo uno strumento di progettazione procedurale esso non consente il dettaglio dei sistemi tecnici e non dispone delle potenzialità di aggiornamento che invece caratterizzano Revit o Catia. Riguardo a questi ultimi due il discriminante della scelta e` spesso quasi esclusivamente la complessità geometrica della costruzione.
I vantaggi dell`impiego delle componenti generative possono essere riassunti in quanto segue:
-rapidità di realizzazione del modello tridimensionale del fabbricato e facile implementazione dello stesso da parte di soggetti diversi in diverse fasi della progettazione.
-facilità di coordinamento di molteplici professionisti provenienti da ambiti disciplinari diversi che operano sullo stesso modello.
-possibilità di fabbricazione diretta dal modello tridimensionale. Macchine a controllo numerico CNC consentono la produzione diretta del componente costruttivo modellato. L`output dell`ultima fase di progettazione non sono solo disegni esecutivi bensì pacchetti di fabbricazione che specificano le “istruzioni di assemblaggio” dei componenti singolarmente prodotti per estrusione o laminazione.
