Nova Morfologija Arhitekture. Zakaj Zgradbe Potrebujejo Gene?

2024 Avtor: David Durham | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 02:44

Arhitektura skuša odražati ideje o okoliškem svetu. V zadnjih 20 letih so se arhitekti osredotočali na računalniško tehnologijo, fizikalne in biološke procese. Znanost o naravi in računalniške tehnologije preoblikujejo naše razumevanje bivanja, za tem pa ideja, kako lahko in moramo delati z arhitekturno obliko in prostorom. To vključuje nastanek in razvoj novih orodij, metod in metod, kar bistveno spremeni idejo o tem, kakšna je morfologija arhitekture, tj. znanost, ki preučuje zgradbo arhitekturne oblike. Če je na primer biološka morfologija struktura oblike organizma in značilnosti njegove zgradbe, v matematiki pa teorija in tehnika analize in obdelave geometrijskih struktur, ki temeljijo na teoriji množic in topologiji, potem načela sodobnega arhitekturna morfologija je nekje med tistimi v biologiji in matematiki. Če bi lahko arhitekturne oblike iz preteklosti obravnavali kot končno strukturo, jih je zdaj treba razmisliti z razvojem oblike - morfogeneze.

Procesi

Skozi večino svoje zgodovine je bila arhitektura navdušena nad končnim in statičnim rezultatom. A s pojavom postmodernizma se je pojavil še en interes: arhitektura se vedno bolj odnaša s postopkom ustvarjanja projekta. Sprva so bili to kolaži aluzij na velike zgodovinske sloge, starodavni sistem urejanja itd., Nato se preseli na igrišče z bolj abstraktnimi procesi: silami, energijami, čisto geometrijo, ki je oblikovala podobo dekonstruktivizma. Nadalje je ta igra, ki vstopa v prostranost modernosti, utelešena v diagramskem razmišljanju, ko so predstavitve arhitektov vedno bolj podobne navodilom za sestavljanje in razvoj arhitekturnega objekta.

Tak poskus prenosa arhitekture iz ravnine subjektivnih idej ustvarjalca na racionalno raven objektivnih odločitev in nalog odraža zahteve novega časa. Verige diagramov, grafov, razlag odražajo, zakaj in kako se je arhitekturni objekt pojavil. Toda v nasprotju s prakso postmodernizma, ki odraža iracionalno subjektiviteto arhitekta, se to dogaja na podlagi analitike prostornine, uporabnih površin, površine stavbe, usmerjenosti proti soncu, razporeditve višine, stališč, količine zelenja in parkirnih mest, prevoza poti za pešce in številni drugi objektivni dejavniki. Za primer se lahko sklicujete na kateri koli projekt slavnih BIG, MVRDV ali OMA.

To zelo dobro sovpada s tem, kako so se spremenile naše predstave o naravi našega sveta. Znanstvena slika sveta je pokazala, da so zapleteni predmeti žive in nežive narave derivati procesov. V njih skozi zaporedje postopkov preoblikovanja - združevanja, delitve in preoblikovanja - nastajajo nove entitete.

Od dela do razmnoževanja

Imeli smo srečo, da smo bili navzoči v neverjetnem času globalnega prestrukturiranja »delajočega človeka« v »generirajočega človeka«. Kakšna je razlika med prvim in drugim? Prva temelji na tradicionalnem načinu ustvarjanja umetnega artefakta. Takrat obstaja končna podoba, načrt, odločitev in oseba z določenimi dejanji doseže želeni rezultat. Predstavljajte si, da ustvarite superjunaka. Potem si predstavljajte kiparja, ki je tipa "delavec". Najprej nariše ali oblikuje skico bodoče skulpture, s pomočjo varuška, da dojame pravilno človeško plastičnost. Nato vzame dleto in obdela košček kamna. Rezultat ni nujni superheroj, ampak njegov neživi odsev, ki komajda zmore.

To velja tudi pri ustvarjanju arhitekture. Na primer, arhitekt prve vrste najprej pripravi podobo stavbe, ki temelji na subjektivnem zaznavanju in izkušnjah. To je ideal, za katerega arhitekt meni, da bi moral spremeniti življenje ljudi na bolje, zato bi ga morali graditi povsod. Nato vzame standardno mrežo stebrov 6x6 metrov, standardna tla, opeke itd. in sestavlja ta konstruktor, da bi se približal prvotnemu idealu. Na izhodu je stavba malo prilagojena življenju, ne samo zato, ker se je v tem procesu oddaljila od ideala, ampak tudi zato, ker je bil sam ideal izum arhitekta, le posredno povezan z dejanskim stanjem. Takšno zgradbo lahko ponovimo takšno, kakršna je, ali ročno naredimo manjše spremembe, vendar v vsakem primeru težko izpolni začetni impulz za izboljšanje življenja ljudi.

Kako pa delujejo divje živali? In kako se oseba drugega tipa - »generativna oseba« - obnaša kot ona? Predmeti narave nastajajo iz medsebojnih povezav njenih elementov, ki delujejo na podlagi zakonov, pravil in omejitev. Živi organizmi torej nimajo končne podobe, h kateri stremijo, imajo pa kombinacijo učinkov iz delovanja genotipa, celote vseh genov določenega organizma in ontogeneze, individualnega razvoja organizma od začetka do smrti, večino časa, preživetega v boju za preživetje. To vodi do nastanka posameznega organizma s svojim fenotipom, tj. celota vseh notranjih in zunanjih znakov in lastnosti organizma. Tako lahko vidimo, da so naloge, procesi in razvoj tisto, na kar je založila narava v boju za preživetje. Na neki točki je postalo ljudem očitno.

Za razjasnitev te izjave se vrnimo k našemu superjunaku. Da bi ustvarili pravega superjunaka, moramo razviti njegov genotip, ki bo vseboval super lastnosti. Nato ga bomo razvili v boju za njegov obstoj, pod pogojem, da bo njegovo preživetje neposredno odvisno od našega preživetja. Tako dobimo potrebnega in delujočega, ne idealnega superheroja.

V prizadevanju, da bi ustvaril zgradbo, ki bo izboljšala življenje ljudi, bo "generativni arhitekt" ustvaril genotip za svojo zgradbo, tako da se bo ta zgradba razvijala v pogojih, ki so blizu realnosti, v skladu z načeli, določenimi v genotipu. Na izhodu dobimo stavbo, ki se je prilagodila okoliškim razmeram in učinkovito opravlja naloge, za katere je bila namenjena. Takšno stavbo je mogoče reproducirati kot organizme, ne s kopiranjem, temveč z ustvarjanjem novih stavb z uporabo istega ali nekoliko spremenjenega genotipa, s čimer se zagotovi stabilna populacija.

Performativnost

Vse bolj se širi praksa, v kateri so akcije, ki same po sebi izražajo zasnovan proces, tisto, kar vnaprej določa končno bistvo artefakta. Tako penjenje določa osnovne lastnosti pene. Pravzaprav je samo penjenje hkrati dejanje in tudi rezultat dejanja, kar imenujemo "pena", pa le določi končno stanje dogajanja. Ta izvedbeni pristop, ko je izdelava neločljiva od končnega rezultata, je postal pomembna značilnost sodobne umetnosti in arhitekture. V tem primeru se performativni pristop izvaja z dejanji, ki se izvajajo tako v resnici kot v računalniških programih, ki posnemajo dejanja v realnem času.

Primer performativnega pristopa, ustvarjenega v resnici, je umetniška instalacija Tape hrvaško-avstrijske skupine Numen / For, razstavljena po vsem svetu. Ne gre za končni projekt, ki bi se prevažal z mesta na mesto ali ustvaril iz risb mesta, ampak postopek, ki uporablja velike trakove z lepilnimi trakovi in preproste postopke, pravila in lokalne rešitve, ki bi jih lahko razumeli kot mutacije v osnovnem genomu. V njem se material z dejanji, izvedenimi v novem okolju, materializira v okolje, vsakič edinstveno, vendar ima skupne prostorske značilnosti z drugimi inkarnacijami "Teipa".

Okolje se uporablja kot podpora za postopno gojenje s postopkom lepljenja najprej vzdolžnih trakov in nato prečnih zateznih trakov lepilnega traku. Škotski trak torej ni le ena izmed možnosti materiala, ki jo po želji lahko nadomestimo s katero koli drugo, temveč sestavni del postopka. Škotski trak je material, ki vnaprej določa izvedena dejanja, lastnosti konstrukcije in oblikovanega okolja. To ni nič drugega kot postopek embriološke ontogeneze, ko se iz ene celice razvije cel organizem! Poleg tega pogoji, pod katerimi se organizem razvija, vplivajo na njegovo obliko (fenotip). Z istim genotipom lahko različni pogoji dajo organizmu različne značilnosti do različnih spolov. Pri napravah "Teip" ista pravila, ki delujejo v različnih pogojih urbanega okolja, povzročajo drugačno obliko naprav. Da bi cenili kombinacijo skupnosti in edinstvenosti, je dovolj primerjati instalacije v Beogradu, Berlinu, Melbournu in na Dunaju.

Postopek videza "Traku" lahko opazimo na primeru ustvarjanja instalacije v Moskvi:

Da bi razumeli, kako lahko performativni pristop k arhitekturi uporabimo v računalniških programih, bi si morali ogledati izkušnje Daniela Pikerja, ki je letos sodeloval na delavnici Branching Points na Strelki (glej video njegovega predavanja). V svojem predavanju na delavnici je spregovoril o orodju, ki ga razvija za arhitekte, kjer je mogoče na podlagi fizičnih interakcij ustvariti obliko, na katero se uporabljajo sile, podobne fizičnim silam. V tem primeru je končna oblika izpeljana iz procesa uravnoteženja vseh sil v sistemu.

Algoritmi

Že vrsto let, zlasti v zadnjem desetletju, se vodilni arhitekti osredotočajo na to, kako uporabiti računalniško tehnologijo za razvoj algoritmov, iz katerih nastane arhitekturna oblika. Samo seznam izobraževalnih centrov, ki se ukvarjajo s temi vprašanji, govori sam zase: AA (Arhitekturno združenje), IAAC (Instiute for Advanced Architect of Catalonia), SCI-Arc (Arhitekturni inštitut Južne Kalifornije), Univerza za uporabno umetnost na Dunaju, Univerza RMIT, Univerza Columbia GSAPP, Tehnična univerza Delft s svojim laboratorijem Hyperbody. Razviti algoritmi odražajo vizijo, kako bi moral biti predmet ustvarjen, kakšna razmerja, pravila in omejitve delujejo v njihovem sistemu. Tak postopek, izražen v algoritmu in zapečaten v računalniški kodi, lahko predstavimo kot genom predmeta, ki daje različne rezultate, odvisno od zunanjih pogojev, ki v algoritmih predstavljajo začetne podatke. Rezultat izvedbe algoritma je zahtevana arhitekturna oblika. To načelo oblikovanja arhitekturne oblike razkriva cel kup možnosti: procese samoregulacije, prilagajanje oblike danim pogojem, možnost ustvarjanja populacij objektov z različnimi značilnostmi in še veliko več. Ta pristop v veliki meri določa koncept parametrično oblikovanje, kar je postalo glavni trend moderne arhitekture.

Morfogeneza

Izvedba algoritma pod različnimi pogoji lahko povzroči celotne populacije sorodnih predmetov. Poleg tega lahko prebivalstvo sestavljajo tako zgradbe kot strukturni elementi zgradbe, kot so populacije živih organizmov in celic, ki tvorijo živa tkiva telesa.

V procesu takšnega razmnoževanja se lahko pokaže še ena pomembna lastnost takega naravnega dejanja, kot je polimorfizem - sposobnost nekaterih organizmov, da obstajajo v državah z različnimi notranjimi strukturami ali v različnih zunanjih oblikah. V arhitekturnih algoritmih bo to videti kot možnost izbire načina obdelave podatkov na podlagi lastnosti vhodnih informacij in glede na okoliščine tudi izbira poti generiranja vsakega določenega predmeta znotraj ene vrste več zmogljivosti v arhitekturi. Tehnike in

Tehnologije v morfogenetskem oblikovanju, Arhitekturno oblikovanje Vol.76 No.2, str.8 ">^[1].

Primer manifestacije polimorfizma je video, ki prikazuje, kako se postavitev bistveno spremeni, ko se spremeni geometrija gradbenega načrta.

V določenem smislu algoritem v tem projektu deluje kot vklop in izklop vseh genov, odvisno od pogojev, ki vodijo v različna stanja organizma.

Lupina strukture, ustvarjena na delavnici Branching Points na festivalu White Tower 2011 v Jekaterinburgu, je bila sestavljena iz homogenih elementov. Vsak element je bil zložen iz ene pločevine, da je podoben piramidi. Pregibi elementov v vzorcu šahovnice so bili usmerjeni bodisi v eno smer bodisi v nasprotno smer od površine lupine. Tako se polimorfizem ni kazal v obliki, temveč v usmerjenosti elementov. To načelo je omogočilo ustvarjanje toge samonosilne konstrukcije, pri kateri elementi s svojo velikostjo in veliko ukrivljenostjo lupine poljubne oblike niso motili drug drugega.

Инсталляция на воркшопе «Точки ветвления» в рамках фестиваля «Белая Башня 2011», Екатеринбург

V urbanističnem načrtovanju načelo morfogeneze omogoča prilagodljivo načrtovanje ozemelj. Primer je projekt inštituta Berlage (Rotterdam, Nizozemska), kjer so preučevali mesto Phoenix. Napovedni model območja je bil razvit na podlagi sevalne karte puščavskih tal, na mestu katere naj bi se pojavilo novo stanovanjsko območje. Glede na stopnjo sevanja se oblikujejo obrisi stanovanjskih enot, tako da so emisije za vsako enoto minimalne. Tako se pojavljajo različne lastnosti stanovanj. Izkaže se, da se vsak stanovanjski kompleks ne razlikuje le po velikosti in obliki, ampak vključuje tudi različne programe dejavnosti in različne oblike organizacije. ^[2].

Da bi razumeli, kako se nova morfogeneza kaže v razvoju arhitekturnih struktur, se ne moremo sklicevati na izkušnje programa Emergent Technologies and Design Arhitekturnega združenja v Londonu. Raziskovali so, kako lahko računalniška koda, matematika, fizikalni zakoni, material in napredne proizvodne tehnologije skupaj ustvarijo nove, prej nepredstavljive zapletene materialne strukture.

Primer tega, kako je morfogeneza celotnega predmeta odvisna od morfogeneze njegovih delov, je projekt strešne terase AA ComponentMembrane, ki je bil zasnovan, izračunan, izdelan in nameščen v samo 7 tednih. Nadstrešek je moral biti dovolj dobro zaščiten pred vetrom in dežjem, hkrati pa je bilo treba zaradi šibke nosilne konstrukcije zmanjšati vodoravno obremenitev vetra in ne ovirati pogledov s strehe^[3]… V tem primeru je morala krošnja imeti možnost, da se na različne načine zasenči v različnih letnih časih ob različnih urah dneva. Oblika vsakega elementa nadstreška je bila določena s soglasjem o vseh teh merilih.

Struktura satja nadstreška je sestavljena iz nabora elementov. Za vsako vrsto elementa nadstreška je bil izbran najboljši material, ki izpolnjuje svojo vlogo: odpornost proti vetru, gravitacijske obremenitve, senčenje. Za to je bil izdelan parametrični model, ki je omogočil izvedbo evolucijskega procesa iskanja optimalne rešitve. Na koncu je ta digitalna morfogeneza povzročila nadstrešek, sestavljen iz 600 različnih strukturnih elementov in 150 različnih oblik membrane.

Njihov drugi projekt, Porous Cast, je preučeval diatomeje in radiolarije. Diatomeji so enocelične ali kolonialne alge. Celica je zapakirana v značilne in zelo različne celične stene, ki so impregnirane s kremenom. Radiolarni skelet je sestavljen iz hitina in silicijevega oksida, ki tvorita porozno površino. Porozna masa teh dveh vrst celic ponuja zanimiv model za diferencirano oblikovanje sten, ki daje nove specifične arhitekturne možnosti, kot so prepustnost zraka, svetlobe, temperature itd. Prvo fazo eksperimenta je sestavljalo vlivanje sadre med napihnjenimi blazinami, ki je dosegla obliko, naravno v mineraliziranem okostju celic. Nato so izvedli fizikalne poskuse in digitalno analizo pretoka zraka in osvetlitve, da bi razkrili spremembe lastnosti glede na različne značilnosti oblike, kot so velikost celic in njihova prepustnost. Končni cilj projekta je bil ustvariti proizvodni sistem, ki se lahko samoorganizira in ustvari zid z različnimi značilnostmi v različnih njegovih delih.^[4]… Ta pristop omogoča tudi razmnoževanje - razmnoževanje telesnega tkiva z razmnoževanjem celic, izraženo v tem primeru v zmožnosti rasti stene z različnimi značilnostmi skozi en postopek.

V prototipih lupine, ustvarjenih na delavnici Branching Point: Interaction avgusta 2011, se parametrična morfogeneza ni pokazala v obliki elementov, temveč v geometriji povezav. Koncept oblikovanja sta razvila Daniel Piker, ustvarjalec vtičnika Kangaroo za Grassopper, in Dimitri Demin. V modelu se s simulacijo fizičnih interakcij točke porazdelijo po površini dvojne ukrivljenosti, tako da vse enakomerno zapolnijo in tvorijo trikotnike z največjo možno enakostjo stranic. Že v fizičnem modelu se enaki enakokraki trikotniki prepletajo z majhnimi elastičnimi vezmi in, ko je minimalna površina napeta, tvorijo dano površino z minimalno režo med elementi.

Воркшоп «Точка ветвления: Взаимодействие», мокап оболочки

Spremenljivost

Ti primeri kažejo, kako lahko z morfogenetskim pristopom ustvarimo obliko, ki je gojena v okolju, vendar končna in statična. Hkrati lahko eno od osnovnih načel živega organizma, ko se celica deformira in s tem spremeni obliko celotnega organizma, uporabimo v arhitekturi, v tem primeru prilagoditev preide s projekta na resnično življenje stavbe.

Prototip deformabilne zgradbe, katere oblika se odziva na spremembe pogojev, je lahko projekt Muscle NSA (NonStandardArchitectures), ki ga je ustvarila raziskovalna skupina Hyperbody.^[5] pod vodstvom Kasa Osterhuisa na Tehnični univerzi v Delftu (TUDelft, Nizozemska). Leta 2003 je bil v Centru Pompidou razstavljen prototip stavbe, kjer pnevmatska membrana sloni na mreži industrijskih industrijskih "mišic", ki tvorijo trikotne celice. Mišice se samostojno krčijo in sproščajo ter se v realnem času usklajujejo s splošnim nadzornim programom in s tem deformirajo celoten volumen paviljona. Paviljon se odzove s senzorji, nameščenimi okoli njega, ki se na gibanje ljudi odzivajo na različne načine^[6]… Leta 2005 je Hyperbody ustvaril naslednjo različico, imenovano Muscle Body, kjer je bil izboljšan sistem usklajenega dela vseh mišic, zaradi česar je bilo mogoče ohraniti obliko raztegnjene lycra membrane, podobno tisti, ki se uporablja v športnih oblačilih. Mišice spremenijo geometrijo tende, stisnejo in raztegnejo različne dele tkanine ter s tem spremenijo njihovo debelino in prosojnost. Paviljon reagira na to, kako ljudje vstopijo noter: spremeni osvetlitev in ustvarjeni zvok, v skladu z gibanjem obiskovalcev^[7]… Tako lastnosti okolja postanejo dinamične in neločljivo povezane z naravo same stavbe.

V tej smeri je mogoče ustvariti morfogenetske strukture, kjer lahko vsak element samostojno, vendar v dogovoru s sosedi spremeni svojo obliko, tako da lastnosti okolja, kot so osvetljenost, temperatura, pretok zraka, barva, tekstura in veliko več, se bo spremenilo. In če je to povezano z naravnim načelom prožnosti in elastičnosti v živi snovi, potem gremo na drugačno stopnjo oblikovanja habitata.

Primer takšne nemehanske deformacije je projekt Shape Shift, kjer so zasnovani elementi lupine, ki se deformirajo pod vplivom električne energije. Oddelek za arhitekturno avtomatizacijo pri ETHZ in švicarski zvezni laboratorij za znanost in tehnologijo materialov pri EMPA eksperimentirata z elektroaktivnim polimerom (EAP), ki se krči in širi, odvisno od napetosti, ki mu je priložena. Njihova membrana je sendvič iz več plasti materiala. Ko se površina plasti EPA zmanjša, se celotna membrana deformira zaradi razlike v območjih med spodnjo in zgornjo membransko plastjo.^[8].

Video o projektu ShapeShift:

Druga, a zelo pomembna vrsta deformacije je neposredna reakcija elementov na spremembe v okolju z lastnimi lastnostmi materialov in strukture. Gre za avtonomen in samoorganizirajoč se proces. Omogoča vam ustvarjanje lupin, ki delujejo kot koža, pri čemer je vsaka celica bolj občutljiva na spremembe v okolju kot visokotehnološki inženirski konstrukt, sestavljen iz številnih različnih delov.

Po tem principu deluje instalacija "HygroScope - Meteosensitive Morphology", ki jo je Achim Menges ustvaril v sodelovanju s Stefanom Richertom. Raziskovali so lastnosti storža iglavcev, da se odpira in zapira ob spremembi vlažnosti. Higroskopske lastnosti lesnih vlaken jim omogočajo, da absorbirajo tekočino in se posušijo, pri čemer skozi ta cikel večkrat brez poškodb. Po tem je bila iz tankih plasti ustvarjena struktura, katere anizotropne lastnosti omogočajo, da se plošča hitro zasuka v eno smer. Tako je reakcija lupine na spremembe lastnosti okolja fizično programirana. ^[9].

Video HygroScope - Center Pompidou Pariz:

Najnovejši primer je namestitev BLOOM, ki jo je ustvaril arhitekturni studio dO | Su. Površina je sestavljena iz istovrstnih elementov, ki so bimetalne plošče. Ko se bimetal segreje od neposredne sončne svetlobe, se začne upogibati in s tem odpira pore v lupini, kar omogoča prodiranje svežega zraka pod strukturo.

BLOOM Surface Video:

V tem in prejšnjem projektu hkrati deluje načelo digitalne morfogeneze, pri katerem se vsak element nekoliko razlikuje od sosedov, saj se pri njegovem nastanku uporabljajo podatki, ki se nekoliko razlikujejo od tistih, ki tvorijo sosednje. Toda ta element spremeni svojo obliko tudi pod vplivom ne podatkov, temveč energij ali lastnosti okolja. To načelo omogoča, da se arhitekturni objekt naravno vključi v ekološki sistem.

Če so bile prej arhitekture navdihnjene z naravnimi oblikami, zdaj narava arhitekte oskrbuje s svojimi metodami in tehnologijami za delo s formo in snovjo. Zdaj je morfogeneza tako sestavna tako za arhitekturno morfologijo kot za biologijo. Procesi polimorfizma, širjenja, evolucije, samoorganizacije so že pravo orodje za arhitekta, katerega uporaba omogoča pravilnejše grajenje odnosov med človekom, umetnim okoljem in naravo. In morda, če spremenimo zorni kot, potem bomo videli, da smo v resnici napredovali v gradnji živih bitij precej dlje, kot si mislimo. Samo živa bitja se ne pojavljajo v genskem inženiringu, temveč v arhitekturi.

Opombe

^[1] Hensel, Michael, Proti samoorganizacijski in večzmogljivi zmogljivosti v arhitekturi. Tehnike in tehnologije v morfogenetskem oblikovanju, Arhitekturno oblikovanje letnik 76 št. 2, str.

^[2] Wiley, John Morfogenetski urbanizem. Arhitekturno oblikovanje: Digitalna mesta, str

^[3] Hensel, Michael, Menges, Achim, Weinstock, Michael. Računalniška morfogeneza, emergentne tehnologije in oblikovanje, 2009, str. 51-52.

^[4] Porozna litina, URL:

^[5] MuscleBody - KasOosterhuis, 2005, URL:

^[6] Mišična nestandardna arhitektura, Center Pompidou Pariz, URL: https://protospace.bk.tudelft.nl/over-faculteit/afdelingen/hyperbody/publicity-and-publications/works-commissions/muscle-non-standard-architecture- center-pompidou-paris /

^[7] MuscleBody, 2005

^[8] ShapeShift, dokument PDF, URL:

[9] Menges, Achim, Reichert, Steffen Kapaciteta materiala: vgrajena odzivnost, arhitekturno oblikovanje: izračun materiala: višja integracija v morfogenetskem oblikovanju. Letnik 82, številka 2, str. 52–59, 2012