Nova Morfologija Arhitekture. Zašto Su Zgradama Potrebni Geni?

2024 Autor: David Durham | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 02:29

Arhitektura nastoji odražavati ideje o okolnom svijetu. U posljednjih 20 godina arhitekti su se usredotočili na računarsku tehnologiju, fizičke i biološke procese. Znanost o prirodi i računske tehnologije preoblikuju naše razumijevanje bića, a iza toga, ideja kako možemo i trebamo raditi s arhitektonskom formom i prostorom. To podrazumijeva pojavu i razvoj novih alata, metoda i metoda, što značajno mijenja ideju o tome kakva je morfologija arhitekture, tj. nauka koja proučava strukturu arhitektonskog oblika. Ako je, na primjer, biološka morfologija struktura oblika organizma i značajke njegove građe, a u matematici je to teorija i tehnika analize i obrade geometrijskih struktura zasnovanih na teoriji skupova i topologiji, tada su principi moderne arhitektonska morfologija je negdje između onih u biologiji i matematici. Ako su se arhitektonski oblici iz prošlosti mogli smatrati konačnom strukturom, sada se to mora razmotriti razvojem forme - morfogeneze.

Procesi

Kroz veći dio svoje povijesti, arhitektura je bila fascinirana konačnim i statičkim rezultatom. No s pojavom postmodernizma pojavio se još jedan interes: arhitektura se sve više odnosi procesom stvaranja projekta. Isprva su to bili kolaži aluzija na velike istorijske stilove, drevni sistem poretka itd., A zatim prelazi u polje igre sa apstraktnijim procesima: silama, energijama, čistom geometrijom, što je formiralo sliku dekonstruktivizma. Dalje, ova igra, ulazeći u prostranstvo modernosti, utjelovljena je u shematskom razmišljanju, kada prezentacije arhitekata sve više podsjećaju na upute za sastavljanje i razvoj arhitektonskog objekta.

Takav pokušaj prenošenja arhitekture iz ravni subjektivnih ideja stvaraoca u racionalnu ravan objektivnih odluka i zadataka odražava zahtjeve novog vremena. Lanci dijagrama, grafikona, objašnjenja odražavaju zašto i kako se arhitektonski objekt pojavio. Ali za razliku od prakse postmodernizma, koja odražava iracionalni subjektivitet arhitekta, to se događa na osnovu analitike volumena, korisnih površina, površine zgrade, orijentacije prema suncu, raspodjele visine, vidikovaca, količine zelenila i parkirnih mjesta, prijevoza i pješačke rute i mnogi drugi objektivni faktori … Na primjer, možete se pozvati na bilo koji projekt čuvenog BIG, MVRDV ili OMA.

Ovo vrlo dobro korelira s time kako su se promijenile naše ideje o prirodi našeg svijeta. Naučna slika svijeta pokazala je da su složeni objekti žive i nežive prirode derivati procesa. U njima se nizom postupaka transformacije - spajanjem, dijeljenjem i transformacijom - generiraju novi entiteti.

Od činjenja do razmnožavanja

Imali smo sreću da budemo prisutni u neverovatnom vremenu globalnog restrukturiranja „čoveka koji radi“u „čoveka koji generiše“. Koja je razlika između prvog i drugog? Prva se temelji na tradicionalnom načinu stvaranja umjetnog artefakta. Tada postoji konačna slika, plan, odluka i osoba, određenim akcijama, postiže željeni rezultat. Zamislite da kreirate superheroja. Zatim zamislite skulptora koji je tipa "radnik". Prvo crta ili skicira skicu buduće skulpture, koristeći sitaru da shvati ispravnu ljudsku plastičnost. Zatim uzima dlijeto i obrađuje komad kamena. Rezultat nije nužni superheroj, već njegov neživi odraz, teško sposoban za podvige.

To je tačno i prilikom kreiranja arhitekture. Na primjer, arhitekta prvog tipa prvo osmisli sliku zgrade zasnovanu na subjektivnoj percepciji i iskustvu. To je ideal za koji arhitekta misli da bi trebao promijeniti život ljudi na bolje, pa ga stoga treba graditi posvuda. Zatim uzima standardnu rešetku stupa 6x6 metara, standardne podove, cigle itd. i sastavlja ovaj konstruktor, nastojeći da se približi izvornom idealu. Na izlazu, zgrada je malo prilagođena životu, ne samo zato što se u tom procesu udaljavala od ideala, već i zato što je sam ideal bio izum arhitekte, samo posredno povezan sa stvarnom situacijom. Takva se zgrada može replicirati takva kakva jest ili ručno napraviti male promjene, ali u svakom slučaju teško može ispuniti početni impuls da život ljudi učini boljim.

Ali kako funkcioniraju divlje životinje? A kako se osoba druge vrste - „generativna osoba“- ponaša poput nje? Predmeti prirode nastaju međusobnim povezivanjem njenih elemenata koji djeluju na osnovu zakona, pravila i ograničenja. Dakle, živi organizmi nemaju konačnu sliku kojoj teže, ali imaju kombinaciju učinaka djelovanja genotipa, ukupnosti svih gena datog organizma i ontogeneze, individualnog razvoja organizma od nastanka do smrti, većinu vremena provedenog u borbi za opstanak. To dovodi do stvaranja pojedinačnog organizma sa svojim fenotipom, tj. ukupnost svih unutrašnjih i spoljašnjih znakova i svojstava organizma. Stoga se može vidjeti da su akcije, procesi i razvoj ono na što je priroda stavila u borbi za opstanak. U jednom trenutku to je ljudima postalo očito.

Da pojasnimo ovu izjavu, vratimo se našem superheroju. Da bismo stvorili pravog superheroja, moramo razviti njegov genotip, koji će sadržavati super svojstva. Tada ćemo ga razviti u borbi za njegovo postojanje, pod uvjetom da će njegov opstanak izravno ovisiti o našem opstanku. Tako dobivamo potrebnog i glumačkog, a ne idealnog superheroja.

Nastojeći stvoriti zgradu koja će poboljšati život ljudi, "generativni arhitekta" će stvoriti genotip za svoju zgradu tako da se ova zgrada razvija u uvjetima bliskim stvarnosti, u skladu s principima postavljenim u genotipu. Na izlazu dobivamo zgradu koja se prilagodila okolnim uvjetima i učinkovito izvršava zadatke kojima je bila namijenjena. Takva se zgrada može reproducirati poput organizama, ne kopiranjem, već stvaranjem novih zgrada, koristeći isti ili malo modificirani genotip, pružajući tako stabilnu populaciju.

Performativnost

Sve se više širi praksa u kojoj su akcije koje izražavaju zamišljeni proces same po sebi ono što unaprijed određuje konačnu suštinu artefakta. Tako pjenjenje određuje osnovne kvalitete pjene. U stvari, samo pjenjenje istovremeno je i čin i rezultat djela, a ono što nazivamo "pjenom" samo popravlja konačno stanje radnje koja se odvija. Ovaj performativni pristup, kada je izrada neodvojiv od konačnog rezultata, postao je važna karakteristika savremene umjetnosti i arhitekture. U ovom slučaju, performativni pristup provodi se kroz radnje izvedene kako u stvarnosti, tako i u računarskim programima koji imitiraju akcije u stvarnom vremenu.

Primjer performativnog pristupa proizvedenog u stvarnosti je umjetnička instalacija Tape hrvatsko-austrijske grupe Numen / For, izložena u cijelom svijetu. Nije konačni projekt koji se prevozi s mjesta na mjesto ili stvara prema crtežima, već postupak koji koristi velike selotejp trake i jednostavne procedure, pravila i lokalna rješenja koja se mogu smatrati mutacijama u osnovnom genomu. U njemu se materijal radnjama izvedenim u novom okruženju materijalizuje u sredinu svaki put jedinstvenu, ali koja ima zajedničke prostorne karakteristike sa ostalim inkarnacijama "Teipa".

Okruženje se koristi kao potpora za postepeno uzgajanje kroz postupak lijepljenja prvo uzdužnih traka, a zatim poprečnih steznih traka selotejpa. Dakle, selotejp nije samo jedna od opcija materijala koja se po želji može zamijeniti bilo kojom drugom, već sastavni dio procesa. Škotska traka je materijal koji unaprijed određuje izvršene radnje, svojstva strukture i okoliša koji nastaje. To nije ništa drugo do proces embriološke ontogeneze, kada se čitav organizam razvija iz jedne ćelije! Štaviše, uvjeti pod kojima se organizam razvija utječu na njegov oblik (fenotip). Sa istim genotipom, različiti uslovi mogu dati različite karakteristike organizmu, do različitih spolova. U instalacijama "Teip" ista pravila koja djeluju u različitim uvjetima urbanog okruženja dovode do različitog oblika instalacija. Da bismo uvideli kombinaciju zajedništva i jedinstvenosti, dovoljno je uporediti instalacije u Beogradu, Berlinu, Melbourneu i Beču.

Proces pojavljivanja "Trake" možemo uočiti na primjeru stvaranja instalacije u Moskvi:

Da bismo razumjeli kako se performativni pristup arhitekturi može implementirati u računarske programe, treba pogledati iskustvo Daniela Pikera, koji je ove godine sudjelovao u radionici Branching Points na Strelki (pogledajte video njegovog predavanja). U svom predavanju na radionici govorio je o alatu koji razvija za arhitekte, gdje je moguće stvoriti oblik zasnovan na fizičkim interakcijama, na koji se primjenjuju sile slične fizičkim silama. U ovom slučaju, konačni oblik je izvedenica iz procesa uravnoteženja svih sila u sistemu.

Algoritmi

Dugi niz godina, a posebno u posljednjoj deceniji, vodeći se arhitekti koncentriraju na to kako pomoću računalne tehnologije razviti algoritme iz kojih se izrađuje arhitektonski oblik. Samo popis obrazovnih centara koji istražuju ovu problematiku govori sam za sebe: AA (Arhitektonsko udruženje), IAAC (Instiute for Advanced Architect of Catalonia), SCI-Arc (Arhitektonski institut Južne Kalifornije), Univerzitet primenjenih umetnosti Beč, Univerzitet RMIT, Univerzitet Columbia GSAPP, Tehnološki univerzitet Delft sa laboratorijom Hyperbody. Razvijeni algoritmi odražavaju viziju kako objekt treba generirati, koji odnosi, pravila i ograničenja djeluju u njihovom sistemu. Takav proces, izražen u algoritmu i zapečaćen u računarski kod, može se predstaviti kao genom objekta koji daje različite rezultate ovisno o vanjskim uvjetima, koji u algoritmima predstavljaju početne podatke. A rezultat izvođenja algoritma je traženi arhitektonski oblik. Ovaj princip dizajniranja arhitektonskog oblika otkriva čitav niz mogućnosti: procesi samoregulacije, prilagođavanje oblika datim uslovima, mogućnost stvaranja populacija objekata različitih karakteristika i još mnogo toga. Ovaj pristup u velikoj mjeri određuje koncept parametarski dizajn, što je postalo glavni trend moderne arhitekture.

Morfogeneza

Izvršenje algoritma pod različitim uslovima može stvoriti čitave populacije povezanih objekata. Štaviše, populaciju mogu činiti i zgrade i strukturni elementi zgrade, poput populacija živih organizama i ćelija koje čine živa tkiva tijela.

U procesu takvog razmnožavanja može se ispoljiti još jedno važno svojstvo takvog prirodnog čina kao što je polimorfizam - sposobnost nekih organizama da postoje u državama sa različitim unutrašnjim strukturama ili u različitim spoljnim oblicima. U arhitektonskim algoritmima to će izgledati kao mogućnost odabira načina obrade podataka na osnovu svojstava dolaznih informacija, a također, ovisno o okolnostima, odabrati put generiranja svakog određenog objekta u okviru jedne vrste Višestrukih performansi u arhitekturi. Tehnike i

Tehnologije u morfogenetskom dizajnu, Arhitektonski dizajn Vol.76 No.2, str.8 ">^[1].

Primjer manifestacije polimorfizma je video koji pokazuje kako se raspored značajno mijenja kada se promijeni geometrija plana zgrade.

U određenom smislu, algoritam u ovom projektu djeluje kao uključivanje i isključivanje bilo kojih gena, ovisno o uvjetima koji vode do različitih stanja organizma.

Ljuska strukture stvorene na radionici Branching Points na festivalu White Tower 2011 u Jekaterinburgu sastojala se od homogenih elemenata. Svaki je element presavijen iz jednog čeličnog lima da liči na piramidu. Nabori elemenata u obliku šaha bili su usmjereni u jednom smjeru ili u suprotnom smjeru od površine školjke. Dakle, polimorfizam se nije očitovao u obliku, već u orijentaciji elemenata. Ovaj princip omogućio je stvaranje krute samonoseće strukture, gdje elementi, sa svojom masom i velikom zakrivljenošću ljuske proizvoljnog oblika, nisu ometali jedni druge.

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

U urbanističkom planiranju, princip morfogeneze omogućava fleksibilno planiranje teritorija. Primjer je projekt instituta Berlage (Rotterdam, Holandija), gdje je proučavan grad Feniks. Prediktivni model područja razvijen je na osnovu karte zračenja pustinjskog tla, na čijem bi mjestu trebalo da se pojavi novo naselje. Ovisno o nivou zračenja, oblikuju se obrisi stambenih jedinica tako da su emisije minimalne za svaku jedinicu. Tako se pojavljuju različita svojstva stanova. Pokazalo se da se svaki stambeni kompleks razlikuje ne samo po veličini i obliku, već uključuje i različite programe aktivnosti i razne oblike organizacije. ^[2].

Da bi se shvatilo kako se nova morfogeneza očituje u razvoju arhitektonskih struktura, ne možemo se ne osvrnuti na iskustvo programa Emergent Technologies and Design Arhitektonskog udruženja u Londonu. Istražili su kako zajedno, računarski kod, matematika, fizički zakoni, materijal i napredne proizvodne tehnologije mogu stvoriti nove, do tada nezamislive složene materijalne strukture.

Primjer kako morfogeneza cijelog objekta ovisi o morfogenezi njegovih dijelova je projekt krovne terase AA ComponentMembrane, koji je dizajniran, izračunat, proizveden i instaliran za samo 7 tjedana. Nadstrešnica je morala biti dovoljno dobro zaštićena od vjetra i kiše, istovremeno je bilo potrebno smanjiti horizontalno opterećenje vjetrom zbog slabe noseće konstrukcije i ne ometati poglede s krova^[3]… U ovom slučaju, nadstrešnica je morala imati sposobnost zasjenjivanja na različite načine u različito doba godine u različito doba dana. Oblik svakog elementa nadstrešnice određen je dogovorom o svim tim kriterijima.

Saćasta struktura nadstrešnice sastoji se od niza elemenata. Za svaku vrstu elementa nadstrešnice izabran je najbolji materijal koji ispunjava svoju ulogu: otpornost na vjetar, gravitaciono opterećenje, zasjenjenje. Za to je napravljen parametarski model koji je omogućio provođenje evolucijskog procesa pronalaska optimalnog rješenja. U konačnici, ova digitalna morfogeneza rezultirala je nadstrešnicom koja se sastojala od 600 različitih strukturnih elemenata i 150 različitih oblika membrane.

Njihov drugi projekat, Porous Cast, ispitivao je dijatomeje i radiolarije. Dijatomeji su jednoćelijske ili kolonijalne alge. Ćelija je upakovana u karakteristične i vrlo različite ćelijske zidove koji su impregnirani kvarcom. Radiolarijalni kostur se sastoji od hitina i silicijum-oksida koji čine poroznu površinu. Porozna masa ove dvije vrste ćelija nudi zanimljiv model za diferencirano oblikovanje zida, koji daje nove specifične arhitektonske mogućnosti, poput propusnosti zraka, svjetlosti, temperature i još mnogo toga. Prva faza eksperimenta sastojala se od lijevanja gipsa između napuhanih jastuka, čime se postigao oblik svojstven prirodnom mineraliziranom kosturu ćelija. Zatim su izvedeni fizički eksperimenti i digitalna analiza protoka i osvjetljenja zraka kako bi se otkrile promjene svojstava ovisno o raznim karakteristikama oblika, poput veličine ćelija i njihove propusnosti. Krajnji cilj projekta bio je stvoriti proizvodni sistem koji se može samoorganizirati i stvoriti zid s različitim karakteristikama u različitim dijelovima istog.^[4]… Takođe, ovaj pristup omogućava proliferaciju - proliferaciju tjelesnog tkiva umnožavanjem ćelija, izraženu u ovom slučaju u sposobnosti da kroz jedan proces izraste zid s različitim karakteristikama.

U prototipovima ljuske stvorenim u radionici Branching Point: Interakcija u kolovozu 2011., parametarska morfogeneza se nije manifestirala u obliku elemenata, već u geometriji veza. Dizajn koncepta razvili su Daniel Piker, tvorac dodatka Kangaroo za Grassopper i Dimitri Demin. U modelu, simulirajući fizičke interakcije, tačke se raspoređuju po površini dvostruke zakrivljenosti tako da se sve jednoliko ispunjava i formiraju trokuti sa maksimalno mogućom jednakošću stranica. Već u fizičkom modelu identični jednakokraki trokuti spajaju se malim elastičnim vezama i, kada je minimalna površina napeta, tvore zadanu površinu s minimalnim razmakom između elemenata.

Воркшоп «Точка ветвления: Взаимодействие», мокап оболочки

Varijabilnost

Ovi primjeri pokazuju kako se morfogenetski pristup može koristiti za stvaranje oblika koji se uzgaja u okruženju, a opet konačan i statičan. Istodobno, jedan od osnovnih principa živog organizma, kada se stanica deformiše i time mijenja oblik cijelog organizma, može se koristiti u arhitekturi, u tom slučaju prilagodba prelazi s projekta na stvarni život organizma. zgrada.

Prototip deformabilne zgrade, čiji oblik reaguje na promjene uvjeta, može biti projekt Muscle NSA (NonStandardArchitectures) koji je kreirala istraživačka grupa Hyperbody.^[5] pod vodstvom Kaša Osterhuisa na Tehničkom univerzitetu u Delftu (TUDelft, Holandija). 2003. godine prototip zgrade izložen je u Centru Pompidou, gdje pneumatska membrana leži na mreži industrijskih industrijskih "mišića" formirajući trokutaste ćelije. Mišići se neovisno skupljaju i opuštaju, koordinirajući se u stvarnom vremenu sa opštim programom kontrole, deformišući tako čitav volumen paviljona. Paviljon reaguje pomoću senzora postavljenih oko njega, reagujući na kretanje ljudi na različite načine^[6]… 2005. Hyperbody je stvorio sljedeću verziju, nazvanu Muscle Body, gdje je poboljšan sistem koordiniranog rada svih mišića, što je omogućilo održavanje oblika rastegnute lycra membrane, sličnog onom koji se koristi u sportskoj odjeći. Mišići mijenjaju geometriju tende, komprimiraju i istežu različite dijelove tkanine, mijenjajući pritom njihovu debljinu i prozirnost. Paviljon reagira na način na koji ljudi ulaze unutra: mijenja osvjetljenje i generirani zvuk, u skladu s kretanjem posjetitelja^[7]… Dakle, karakteristike okoline postaju dinamične i neodvojive od prirode same zgrade.

Krećući se u ovom smjeru, moguće je stvoriti morfogenetske strukture, gdje svaki element može samostalno, ali u dogovoru sa susjedima, promijeniti svoj oblik tako da svojstva okoline, kao što su osvjetljenje, temperatura, protok zraka, boja, tekstura i još mnogo toga više, promijenit će se. A ako je to povezano s prirodnim principom fleksibilnosti i elastičnosti žive materije, tada idemo na drugačiji nivo formiranja staništa.

Primjer takve nemehaničke deformacije je projekt Shipe Shift, gdje su projektirani elementi ljuske koji se deformiraju pod utjecajem električne energije. Zajedno, Odjel za arhitektonsku automatizaciju na ETHZ i Švicarska savezna laboratorija za znanost i tehnologiju materijala na EMPA eksperimentiraju s elektroaktivnim polimerom (EAP) koji se skuplja i širi ovisno o naponu koji se na njega primjenjuje. Njihova membrana je sendvič od nekoliko slojeva materijala. Kada se površina EPA sloja smanji, cijela membrana se deformira zbog razlike u površinama između donjeg i gornjeg sloja membrane.^[8].

Videozapis projekta ShapeShift:

Druga, ali vrlo važna vrsta deformacije je izravna reakcija elemenata na promjene u okolini kroz svojstvena svojstva materijala i strukture. To je samostalan i samoorganizirajući proces. Omogućava vam stvaranje školjki koje djeluju poput kože, gdje je svaka ćelija osjetljivija na promjene u okolini bolje od visokotehnološkog inženjerskog konstrukta, koji se sastoji od mnogih različitih dijelova.

Instalacija "HygroScope - meteosenzitivna morfologija", koju je stvorio Achim Menges u saradnji sa Stefanom Richertom, djeluje po ovom principu. Istražili su svojstva četinjača četinjača da se otvara i zatvara kada se promijeni vlaga. Higroskopska svojstva drvenih vlakana omogućavaju im upijanje tečnosti i sušenje, prolazeći kroz ovaj ciklus mnogo puta bez oštećenja. Nakon toga od tankih slojeva stvorena je struktura čija anizotropna svojstva omogućavaju brzo zavijanje ploče u jednom smjeru. Dakle, reakcija ljuske na promjene svojstava okoline je fizički programirana. ^[9].

HygroScope video - Centar Pompidou Pariz:

Najnoviji primjer je instalacija BLOOM koju je kreirao arhitektonski studio dO | Su. Površina se sastoji od elemenata istog tipa, a to su bimetalne ploče. Kada se zagrije od direktne sunčeve svjetlosti, bimetal se počinje savijati, otvarajući tako pore u ljusci, omogućujući prodiranje svježeg zraka ispod strukture.

BLOOM površinski video:

U ovom i prethodnom projektu istovremeno funkcionira princip digitalne morfogeneze, u kojem se svaki element malo razlikuje od svojih susjeda, budući da se za njegovu formaciju koriste podaci koji se malo razlikuju od onih koji čine susjedne. Ali ovaj element također mijenja svoj oblik pod utjecajem ne podataka, već energija ili svojstava okoline. Ovaj princip omogućava da se arhitektonski objekt prirodno integrira u ekološki sistem.

Ako je ranije arhitektura bila inspirisana prirodnim oblicima, sada priroda opskrbljuje arhitekte svojim metodama i tehnologijama za rad s formom i materijom. Sada je morfogeneza jednako bitna za arhitektonsku morfologiju kao i za biologiju. Procesi polimorfizma, širenja, evolucije, samoorganizacije već su pravi alat za arhitektu čija upotreba omogućava pravilnije građenje odnosa između čovjeka, umjetnog okoliša i prirode. I, možda, ako promijenimo kut gledanja, vidjet ćemo da smo u stvari napredovali mnogo dalje u izgradnji živih bića nego što mislimo. Samo se živa bića pojavljuju ne u genetskom inženjerstvu, već u arhitekturi.

Fusnote

^[1] Hensel, Michael, Prema samoorganizacijskim i višestrukim performansama u arhitekturi. Tehnike i tehnologije u morfogenetskom dizajnu, arhitektonski dizajn Tom 76 br.2, str.

^[2] Wiley, John Morphogenetic Urbanism. Arhitektonski dizajn: Digitalni gradovi, str. 65

^[3] Hensel, Michael, Menges, Achim, Weinstock, Michael. Računarska morfogeneza, emergentne tehnologije i dizajn, 2009, str. 51-52.

^[4] Porozna uloga, URL:

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

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

^[7] MuscleBody, 2005.

^[8] ShapeShift, PDF dokument, URL:

[9] Menges, Achim, Reichert, Steffen Kapacitet materijala: Ugrađena reaktivnost, Arhitektonski dizajn: Izračun materijala: Veća integracija u morfogenetski dizajn. Svezak 82, br. 2, str. 52–59, 2012