Минијатурни аутоматизовани градитељи

Примена малих робота у процесу пројектовања и извођења архитектонских структура.


Пројекат ”Arthropoda” на студију М01АК 2019/20 Исидоре Зимовић. Технологија изградње опне. (аутор илустрације: Исидора Зимовић)


Дигитални обрт и аутоматизација у архитектури

У последње три деценије, архитектонска пракса значајно је доживела промену која је резултат имплементације рачунарских технологија. Почетак овог феномена, који одређени теоретичари називају дигитални обрт, карактерише употреба софтвера пре свега за моделовање и контролу саме архитектонске форме (Nan, 2015). Помоћу дигиталних алата, форме су постајале комплексније, и не само да су коначно могле да се визуализују, већ и да се изврше потребне анализе како у геометријском, тако и у технолошком смислу. Тема извођења, односно дигиталне фабрикације постаје фокус архитеката нешто касније. Може се рећи да су пројектанти користили алате само за моделовање и приказивање сопствених визија, иако су ове технологије у старту омогућиле и извођење комплекснијих структура. Код уобичајеног модела рада у архитектонској дисциплини, процеси пројектовања и процеси изградње односно саме реализације били су практично одвојени једни од других (тема пројектовања је увек била старија од теме извођења). Многе гране индустрије покушавају да постојећу производњу оптимизују и унапреде кроз аутоматизацију стандардних процеса, али у пољу архитектуре многа истраживања су усмерена ка следећим иновацијама: материјали, нове технологије изградње, као и пројектовање нових типова простора. Појавом рачунарских технологија, покренуте су бројне полемике о утицају на процес производње, али и промени саме методологије. Кључна промена у архитектонској пракси на почетку 21. века не огледа се у креирања нових филозофских и естетских концепата или у разумевању односа архитектура - град - друштво. Заправо, најрелевантнија новина десила се у промени саме парадигме процеса и методологије пројектовања (Gramazio et al, 2014). Незамисливо је причати о роботици у архитектури без реферисања на Gramazio Kohler Research групу на ETH Универзитету у Цириху која представља пионирски истраживачки кластер у овој области. Они сматрају да ће се границе између дизајна, који се сматра интелектуалним радом, и извођења обрисати употребом робота у архитектури, тако што би исти омогућили архитектима да буду укључени у сваки део процеса (Gramazio et al, 2014).

 

Питање роботике

Првобитно намењена за машинску односно авио и аутомобилску индустрију, роботска шака имплементирана је релативно скоро у архитектонско-грађевинску делатност омогућавајући нове технике изградње и варијабилност дизајн решења. Одређени истраживачки центри широм света представљају авангарду који својим експериментима померају границе могућег у архитектури. Модификовање роботских машина помоћу специјализованих делова и софтвера резултирало је израдом архитектонских структура у свим материјалима: блокови опеке, дрво, влакна итд.

Метафора аутоматизације у индустрији, па и самој архитектури је постала управо таква техничка иновација. Међутим, поставља се следеће питање: да ли је роботска рука довољна за производњу архитектонских структура? Овакве машине дизајниране су за обављање одређених репетитивних операција у строго контролисаним условима, а архитектура је заправо решавање одређених проблема јединственим решењима у датом контексту (Yablonina, 2019).

Већина примера роботизоване изградње базирана је на облику префабрикације са стационираним типичним роботским рукама које се не могу транспортовати на лице места. Заправо, иако је концепт роботике у архитектури и даље прилично у почетној фази примене, и даље влада један конвенцијалан приступ у грађевинској индустрији. Конференција Rob|Arch одржана 2014. јасно је дефинисала фокус искључиво на индустријским рукама. Таква технологија постоји већ неколико деценија, а полако нестаје из машинске индустрије уступајући место новим софистицираним алатима. Примери у нашој пракси показују да је она свакако веома корисна, али проблем настаје што се не решава питање масовне прилагодљивости. Аналогно томе што не можемо на исти начин пројектовати стамбене и јавне просторе и користити истоветне конструкције за њих, тако ни потенцијалне нове произвођаче не можемо применити једнако.

 

Нови приступи: дискретни хетерогени системи

Долазимо до јасног закључка да се у другим индустријама процес аутоматизације може одвијати у затвореним халама за производњу, с условима који ми контролишемо, али у контексту грађевинарства лимитиран је број операција који се могу тако одвијати. Како би потпуна аутоматизација процеса изградње била могућа, потребно је приступити радикалније - и пренети такве операције директно на градилиште.

Сама грађевинска индустрија, поприлично скупоцена и успоренијег развоја због своје размере деловања, још увек не пружа довољно ресурса. С тога, нови приступи траже инспирацију и у природи, као и претходно небројено пута када је развој архитектуре, односно инжењерства у питању. Очигледни примери јесу птице ткаље, даброви и термити који једноставним поступцима граде структуре далеко већих димензија од себе (Melenbrick et al, 2017).

Аутоматизација на самом градилишту пружиће нове потенцијале у нашој делатности, али и решавају одређене проблеме оптимизације као нпр. реакцију система на атмосферске промене и друге неконтролисане утицаје. За разлику од централизованог система, у којем је ограничен број машина и операција, децентрализовани системи омогућавају непрекидан процес изградње, који се прилагођавају променама, а колапс једне јединице неће изазвати колапс целог система. Укратко, то ће омогућити брже и сигурније извођење.


Поједини архитекти, инжењери и истраживачи испитују нову логику аутоматизације. Важни актери у том процесу јесу IaAC (Institute for Advanced Architecture) у Барселони, Wyss институт на Харварду и Институт за компјутеризовани дизајн (ICD) на Универзитету у Штутгарту. Њихови експерименти усмерени су на системе који укључују дискретно позициониране кластере мањих машина у којој свака има свој специфичан задатак. Постоје неколико различитих типова машина који се користе:

  • летећи роботи, односно дронови, су тренутно у главном фокусу;

  • други склопови с кабловима и ужадима;

  • роботи који се каче на површинама;

  • роботи који користе градивне елементе за реконфигурацију итд.

Тренутна истраживања на ICD у Штутгарту конципирана су на следећем приступу: роботизована фабрикација састоји се од од делова процеса које су сведене на крајње једноставне и основне компоненте, односно мобилне јединице које се крећу по једној или две осе, који у целом систему у простору кроз понављање кратких операција граде комплексне структуре. Оваква концепција заправо помера фокус дизајна са самих сингуларних робота на узајамни однос између процеса, објекта и машина.

Систем роботизоване градње конструкција од дрвета представља мастер завршни пројекат нa овој школи, из 2018. године, аутора Семјуела Ледера и Рејмона Вебера. Пројекат истражује могућност примене аутоматизације на лицу места за комплексне дрвене објекте. Систем је заснован на више једноосних малих роботских јединица, замишљен тако да типизиране дрвене греде користи и као градивни елемент и као ”шину” по којој ће се кретати. На тај начин, градивни материјал није само део финалног објекта, већ и интегрални сегмент роботског система. Акценат је, као што је поменуто у претходном делу, на вези између аутоматизованог система и пројектованог објекта, што има за последицу једноставније дизајнирање робота којем неће бити потребан додатни елемент за кретање. Минимална комплексност система, одсуство тежине и масивности и мањи трошкови чине да оваква логика постане алтернатива стандардној префабрико

ваној производњи дрвених кућа.

 

Затегнуте структуре

Марија Јаблонина, докторанд на Универзитету у Штутгарту, бави се у својој пракси и истраживањима темом малих робота у архитектури. Као свршени студент основних студија архитектуре, Јаблонина улази у ову сферу без претходних знања, али са жељом да истражује и повеже две области. Још један авангардни пројекат је и експеримент са затегнутим структурама од филамената, у којем хетерогени системи учествују у узајамном процесу пројектовања и извођења. Полазећи од чињенице да су материјали попут филамената изузетно отпорни и јаки, а веома лагани, ауторка конципира машине као једноставне, нискобуџетне и лако склопиве механизме. Фабрикација оваквим материјалима састојала би се из итеративног процеса анкерисања струна на фиксне ослонце. Две операције које то врше су просте - анкерисање и пренос материјала између ослоначких тачака.

У оквиру Logotel изложбе, изведена је просторна структура помоћу две роботске јединице "Wall Climber" и робота типа "ThreadWalker". Распон конструкције износи 7.5 метара и ослања се у анкерима на зидовима изложбеног простора. Након што на једној страни роботска јединица изврши анкерисање, помоћу ThreadWalker-а се филаменти транспортују до друге површине где друга машина преузима контролу и поново врши процес везивања. Сами роботи су у потпуности контролисани екстерним системом који користе камере за снимање површина и обележавање робота. Током самог трајања изложбе, посетиоци су имали прилику да виде у један на један извођење структуре.

 

Закључак

Утисак је да ће промене тек уследити. Шта је наредни корак? Димензије елемената архитектонског склопа лимитиране су димензијама постојећих машина, а конструкција огромне роботске шаке која би могла изводити целе објекте не представља рационално решење. С тога, овакав нови приступ третирању дигиталне фабрикације открива бројне потенцијале. Пребацивање процеса директно на лице места заправо је важна за грађевинску праксу где постоји аутентична ситуација у којој је стварање објеката видљиво свима, као перформанс, за разлику од других индустрија у којима се процеси одигравају унутар затворених, нетранспарентних хала.

Дронови и аутоматизоване микро-машине (пример роботски усисивач) јесу све приступачнији на тржишту јер је производња истих једноставнија, самим тим и јефтинија. Поменути системи омогућавају да се оствари већи степен аутоматизације у градитељској пракси. Позитивни кључни аспекти тога јесу смањење времена и трошкова изградње и ефективније извођење мањег ризика. Грађевинска индустрија једна је од најважнијих акцелератора економије, која запошљава велики број људи. У исто време је и јако ризичан посао, те се незгоде учестало дешавају. Имплементацијом машина на градилишту, смањује се ризик од повреда и несрећа, што ће омогућити извођење у екстремнијим условима. Ипак, поставља се питање које открива могуће недостатке и опасности: шта ће се десити са квалификованом људском радном снагом? Ако је архитектура веома диверзификована људска делатност која производи објекте и структуре различитих типова, величина, облика и намена, онда и врсте машина морају бити у великом броју. Да ли је и колико то исплативо, ако већ постоји одређени број квалификованих људи?

Иако још увек на нивоу академских истраживања, хетерогени системи малих робота добијају пажњу архитеката, градитеља и извођачких фирми. Аутор сматра да ће у блиској будућности сигурно доћи до великих промена. Пре тоталне аутоматизације, један од могућих сценарија јесте колаборативни процес извођења у којем учествује постојећа радна снага и нови, роботизовани градитељи. Међусобна сарадња значиће брже извођење објеката, већу детаљност коју људска рука негује и ефикасност коју машине омогућавају.

Не треба се чудити да ћемо потенцијално у наредном периоду, у светлу Четврте индустријске револуције, постати аутори не сингуларних објеката, већ система за производњу архитектуре. Тако ће улога архитекте бити значајнија, на нивоу историјске позиције мастер градитеља.


 

Референце

Gramazio, F., Kohler, M., & Willmann, J. (2014). Authoring Robotic Processes. In F. Gramazio and M. Kohler (Eds.), Many by Robots: Challenging Architecture at a Large Scale. Architectural Design. Wiley. Melenbrink, N., Kassabian, P., Menges, A., & Werfel, J. (2017). Towards Force-aware Robot Collectives for On-site Construction. In DISCIPLINES + DISRUPTION (pp. 382-391). ACADIA. Melenbrink, N., & Werfel, J. (2019). A swarm robot ecosystem for autonomous construction, 2017. In G. Retsin, M. Jimenez, M. Claypool, and V. Soler (Eds.), Robotic Building (pp. 88-90). Detail. https://doi.org/10.11129/9783955534257-018 Nan, C. (2015). A new machinecraft. Architectural robots. In Past, Present and Future of Digital Architecture, Proceedings of the 20th International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research (pp. 745-754). CAADRIA. University of Stuttgart - Institute for Computational Design and Construction. (2017). MORFES_01: Mobile robotic fabrication eco-system. https://www.icd.uni-stuttgart.de/projects/morfes_01-mobile-robotic-fabrication-eco-system

University of Stuttgart - Institute for Computational Design and Construction. (2018). Distributed robotic assembly system for in-situ timber construction. https://www.icd.uni-stuttgart.de/teaching/master-theses/itech-m-sc-2018-distributed-robotic-assembly-system-for-in-situ-timber-construction/


Yablonina, M., & Menges, A. (2019). Distributed Fabrication: Cooperative Making with Larger Groups of Smaller Machines. In G. Retsin (Ed.), Discrete Architecture in the Age of Automation. Architectural Design, 89(2). Wiley. https://doi.org/10.1002/ad.2406

8 views0 comments

Recent Posts

See All

,,Паук плете мали универзум. Саграђене од комплексних мрежа које висе у ваздуху, хибридне структуре и јединствена архитектура паукове мреже потичу од специфичних унурашњих релација између осамљених,