機器人會蓋房子了! 談先進建築及創新材料

在現在的生活中已經有很多產品是完全由機器所製造的,小至原子筆大至汽車都有全自動化的機器生產線,在科技的日新月異下,我們不禁會想問說:那房子呢?由機器所建造的房子聽起來或許很科幻但實際上已經有科學家們在嘗試進行了,透過一系列的電腦程式設計以及建築材料的創新使的完全由機器所建造的建築物變得離我們越來越近。

在多年的創新實驗中,德國斯圖亞特大學電腦設計學院(ICD)、建築結構與設計學院(ITKE)與學生共同設計建造了一系列研究涼亭,探索先進的建造方式。這些建築融合了電腦設計及機器輔助建造的過程,並在材料和技術相互作用之下,創造了全新的空間和體驗。

電腦設計學院(ICD)旨在培養學生對於透過電腦處理在建築領域的持續創新的認知,為設計、工程、規劃和建築等多個領域的相互融合做好準備。通過參數化和演算法設計,不同領域的議題在技術和概念層面建立起了內在關聯,為深入探索電腦處理在建築中的綜合運用提供了平台。研究側重於以全面的資訊為基礎,以性能為導向的模型的生成、模擬和評估。

電腦設計學院(ICD)的兩個重點研究方向分別是:生成式電腦設計過程的理論和實踐發展,及機器輔助建造,尤其是機器人建造的整體運用。這些議題將先進技術融入工業制造,創造了更進步的材料和建築體系。

同樣地,建築結構與結構設計學院(ITKE)側重於結構的創新,致力於開拓工程設計和材料科學的新領域,從而在建築領域實現新的運用。該學院重點研究了涉及高性能材料的生產及運用的材料科學和涉及創新結構系統的形態學這兩個領域。

下列涼亭設計回顧了ITKE 和 ICD 對材料和先進建造方式的創新研究實驗,通過工業技術建造和全比例模型的搭建檢視材料和結構的性能和空間價值。

2011 ICD-ITKE 研究涼亭

2011年夏天,斯圖亞特大學電腦設計學院(ICD)和建築結構與結構設計學院(ITKE)將教學與研究相結合,與學生共同實現了一個木制臨時仿生研究涼亭。項目運用了以電腦為基礎的設計和模擬方法,並由電腦控制實施建造,將海膽骨板形態學的原理運用到了建築結構當中。這一實踐開創性地拓展了人們熟知的仿生學原理的應用領域,並基於其特性通過電腦發展出了不同的幾何形態,最終成型的涼亭覆雜的形態學僅用超薄(6.5mm)的膠合板就得以實現。

2012 ICD-ITKE 研究涼亭

2012年11月,他們採用了碳纖維和玻璃纖維的複合材料實現了一座完全由機器人建造的實驗涼亭。這個跨專業項目由來自兩個學院的建築和工程學科的研究人員和學生,與德國圖賓根大學(University of Tübingen)的生物學家共同實施,研究了仿生設計和創新機器人建造過程的內在聯系。材料由節肢動物外骨骼的形態學原理為起點,探索了一種建築領域新的複合建造模式。

2014 ICD-ITKE 研究涼亭

研究涼亭2014-15 展示了創新建造方法在建築領域的潛力。靈感來自於水蜘蛛的水下巢穴。通過新型機器人生產建造過程,前期靈活的充氣模板到後期逐漸被碳纖維複合材料從內部加固。最終形成的輕質纖維複合殼體,在實現了材料的高效應用的同時,塑造了一個獨特的空間。

BUGA 纖維材料涼亭

德國聯邦園藝博覽會中,BUGA 纖維材料涼亭嵌入周圍起伏的地勢,為展區參觀者帶來了前所未有的建築體驗,一窺未來建造的無限可能性。該設計基於德國斯圖亞特大學電腦設計學院(ICD)與建築結構與結構設計學院(ITKE)多年的仿生建築研究成果。涼亭的設計理念將前沿的電腦技術與大自然的建造原理相結合,孕育出真正具有創新性且完全數字化的建築體系。

涼亭僅用合成纖維作為承重結構,每一個纖維單體能承受最高250千牛頓的壓力,相當於25噸,也就是15輛汽車的重量,並且十分輕巧,重量只有7~6公斤/平方米,大約只有傳統鋼材結構的五分之一,並由機器人實現建造。

 

Source | Archdaily

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