Hvordan selvsamlende granulære materialer ændrer arkitekturens fremtid

Arkitektur er en konservativ disciplin, ikke mindst på grund af de krævende standarder for stabilitet og sikkerhed, som alle menneskeskabte konstruktioner skal overholde. De kræfter, der virker på og inden for enhver struktur, skal beregnes omhyggeligt, og designet skal ændres i overensstemmelse hermed. Lidt kan overlades til tilfældighederne.

Det er i hvert fald den traditionelle opfattelse. Men nogle designere leger med en anden idé - at der er en anden måde at bygge på, der udnytter tilfældigheder i stedet for at undgå det. Denne form for bygning vil være afhængig af nye slags granulære materialer, der, når de vippes på plads, binder sammen på måder, der giver strukturel stabilitet. På denne måde kunne vægge, søjler og endda kupler hældes på plads og danne komplekse, men stabile strukturer.

Det lyder måske som science fiction, men i dag forklarer Sean Keller ved Illinois Institute of Technology i Chicago og Heinrich Jaeger ved University of Chicago, hvordan denne form for aleatorisk arkitektur endelig bliver mulig. Disse fyre siger, at de første aleatoriske strukturer allerede er ved at blive bygget, og at tilgangen introducerer nye måder at tænke arkitektur og design generelt på.

Først lidt baggrund. Mennesker har brugt granulerede materialer som sten, sand eller jord til at bygge strukturer i tusinder af år. Selv i dag er teknikken almindelig til at bygge dæmninger, havnemoler og grusbede til jernbaner.

Disse strukturer nyder godt af de særlige egenskaber ved granulære materialer - deres porøse natur, der tillader hurtig dræning, og det faktum, at de kan hældes på plads hurtigt og til lave omkostninger.

Mere interessant er den måde, de bærer byrder på. Konventionelle strukturer kræver specialdesignede søjler eller buer. Men granulære materialer er afhængige af kraftkæder mellem tilstødende partikler inde i materialerne, der sættes op, når materialet sætter sig fast. Samtidig kan materialet flyde, når marmeladen slippes.

Der er dog ulemper. Formen af ​​disse strukturer er stærkt begrænset af materialets naturlige hvilevinkel. Og det begrænser også ansøgningerne.

Mange af egenskaberne ved granulerede materialer bestemmes af formen på de partikler, de er lavet af. Dette er nogenlunde sfærisk i mange tilfælde.

Men i de senere år er materialeforskere begyndt at eksperimentere med partikler med mere eksotiske former, såsom 3-D stjerneformer, X-former, krogeformer og andre. Når de hældes, sidder disse lettere fast og danner stabile strukturer.

Det har ført til en helt ny måde at tænke design på. Traditionelt har arkitekter startet med de mindste strukturelle komponenter såsom søjler, buer, vægge og så videre og sat dem sammen for at danne større strukturer såsom broer, huse og skyskrabere.

Men egenskaberne ved disse nye granulerede materialer vender denne tilgang på hovedet. Med disse ting kan arkitekter tænke over den overordnede form og derefter finde ud af, hvordan det kan opnås ved at hælde det granulerede materiale på plads.

En fremgangsmåde er at hælde materialet i en lufttæt stofbeholder, der kan vakuumpakkes. Dette genererer det tryk, der får materialet til at sætte sig fast i mere eller mindre enhver ønsket form. For et par år siden byggede ingeniører ved Technical University of Delft en bro ved hjælp af denne deflaterbare idé (nedenfor).

Et mere ambitiøst mål er at komme med den overordnede struktur og derefter arbejde baglæns for at bestemme formen på de partikler, der ville producere det, når det hældes. Disse granuler kunne derefter 3-D-printes og hældes på plads, hvor de kunne samles selv eller samles ved hjælp af en robot.

Det vil have en dybtgående effekt på designprocessen. Som et resultat er forplanlægning frigjort fra at overveje de lokale strukturelle detaljer, siger Keller og Jaeger. I stedet bliver hovedopgaven nu at generere de korrekte partikelformer samt de overordnede grænse- og behandlingsbetingelser for at garantere, at den ønskede målstruktur vil være mekanisk stabil, når den realiseres.

De første foreløbige skridt mod denne form for konstruktion er allerede ved at blive taget med fascinerende resultater. Kan det være, at det næste hus, du flytter ind i, er blevet støbt frem for at være bygget? Sandsynligvis ikke, men udelukk ikke den efter det.

Ref: arxiv.org/abs/1510.05721 : Aleatory Architectures

skjule