перевод
ТЕКСТ №1
http://www.archdaily.com/869450/icd-itke-research-pavilion-2016-17-icd-itke-university-of-stuttgart
From the architect. The Institute for Computational Design and Construction (ICD) and the Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE) at the University of Stuttgart have completed a new research pavilion exploring building-scale fabrication of glass and carbon fibre-reinforced composites. The novel process is based on the unique affordances and characteristics of fibre construction. Because these materials are lightweight and have high tensile strength, a radically different approach to fabrication becomes possible, which combines low-payload yet long-range machines, such as unmanned aerial vehicles (UAV), with strong, precise, yet limited reach, industrial robots. This collaborative concept enables a scalable fabrication setup for long span fibre composite construction. The research builds on a series of successful pavilions, which investigate integrative computational design, engineering and fabrication, and explores their spatial ramifications and construction possibilities. The project was designed and fabricated by students and researchers within an interdisciplinary team of architects, engineers and biologists.
Институт Вычислительного проектирования (ICD) и Институт строительной конструкции и конструктивного проектирования (ITKE) в Штутгартском университете завершили строительство нового экспериментального павильона, выполненного из стекловолокна и волоконного композита - при помощи цифрового производства. Возможность использования новых технологий обусловлена уникальными свойствами волоконного материала. С использованием легкого, хорошо работающего на растяжение материала, возможен радикально иной подход к строительству, которое совмещает пока еще мало эффективную, но радиоуправляемую работу беспилотников, таких как дроны (UAV), с точной и надежной работой промышленных машин, ограниченных радиусом производственного охвата. Такой коллаборативный метод позволил создать условия для возведения конструкции из волокнистого композиционного материала. Исследования основаны на успешном создании серии павильонов, которые наглядно демонстрируют возможности интегративного вычислительного дизайна, технологий и производства, а также конструктивные возможности и перспективы. Проект был спроектирован и создан силами студентов и исследователей совместно с междисциплинарной командой архитекторов, инженеров и биологов.
Lightweight, Long Span Fibrous Construction
Большепролетная волокнистая конструкция (?)
Fibre composite materials have tremendous potential in architectural applications. Due to performative material characteristics, they are readily used in highly engineered applications, such as in the automotive and aerospace industries. The potentials within architecture, however, remain still largely unexplored. Within architectural scale production, where material self-weight is of high concern for larger span structures, lightweight fibre composites provide unparalleled performance. However, we currently lack adequate fibre composite fabrication processes to produce at this scale without compromising the design freedom and system adaptability required for the architecture and design industries. Traditional methods of fabrication require full-scale surface moulds and often restrict the process to serialized production of identical parts. Previous research at the ICD and ITKE has explored fibre composite construction without the need for surface moulds or costly formwork. These novel manufacturing processes have been utilized to create highly differentiated multi-layered structures, functionally integrated building systems and large element assemblies. They have freed the relatively formable material from the limitations of traditional fibre composite fabrication processes.
Волокнистые композиционные материалы имеют огромный потенциал для применения в архитектуре. Благодаря своим (performative?) физическим свойствам этот материал активно используется для решения сложных инженерных задач, например в аэро- и автомобилестроении. Потенциал в решении архитектурных задач, однако, остается в значительной степени не исследованным. В рамках архитектурного масштаба производства, когда собственный вес материала имеет большое значения для строительства большепролетных конструкций, легкие волокнистые композиционные материалы выигрывают с очевидным преимуществом. Однако на данный момент мы не имеем рациональных технологий для масштабного производства такого композитного материала, не ставящие под угрозу как свободу творчества, так и адаптивность системы, необходимую в области архитектурного проектирования. Традиционные методы производства подразумевают создание крупномасштабных литых поверхностей, зачастую пренебрегая изготовлением идентичных элементов. Предыдущее исследование в университетах ICD и ITKE было направлено на изучение волокнистого композиционного материала без необходимости использования крупных поверхностей и дорогостоящей опалубки. Этот новый производственный процесс был применен для для создания высокодифференцированной многослойной конструкции, функционально интегрированной строительной системы и больших узловых элементов. Однако, масштаб этих ранних исследований был ограничен возможностями промышленных роботов, которые были использованы в разработках. Цель проекта ICD/ITKE Research Pavilion 2016-17 в том чтобы определить масштабы производственного процесса и протестировать альтернативный сценарий решения архитектурной задачи путем развития технологий производства в области большепролетных волокнистых структур.
The focus of the project is a parallel bottom-up design strategy for the biomimetic investigation of natural construction processes of long span fibre composite structures and the development of novel robotic fabrication methods for fibre reinforced polymer structures. The aim was to develop a fibre winding technique over a longer span, which reduces the required formwork to a minimum whilst taking advantage of the structural performance of continuous filament. Therefore, functional principles and construction logics of natural lightweight structures were analysed and abstracted in cooperation with the Institute of Evolution and Ecology and the department for Paleobiology of the University of Tübingen. Two species of leaf miner moths, the Lyonetia clerkella and the Leucoptera erythrinella, whose larvae spin silk “hammocks” stretching between connection points on a bent leaf, were identified as particularly promising for the transfer of morphological and procedural principles for long span fibrous construction. Several concepts were abstracted from the biological role models and transferred into fabrication and structural concepts, including: the combination of a bending-active substructure and coreless wound fibre reinforcement to create an integrated composite winding frame, fibre orientation and hierarchy over a long span structure and multi-stage volumetric fibre laying processes for the generation of complex three dimensional geometries.
Основное внимание в проекте уделяется выработке параллельной стратегии проектирования “снизу вверх” для биомиметического исследования естественных процессов строительства многослойных волокнистых композитных структур с одной стороны, и разработки новых робототехнических методов изготовления армированных волокном полимерных структур - с другой. Цель проекта - развитие техники “наматывания” волокна для строительства большепролетных конструкций, которая сводит требуемое использование опалубки к минимуму за счет структурных характеристик непрерывной нити. Поэтому, в сотрудничестве с Институтом эволюции и экологии и кафедрой палеобиологии Тюбингенского университета были проанализированы и абстрагированы функциональные принципы и логика построения природных легких конструкций.
Multi-Machine Cyber-Physical Fabrication
Мульти-машинная кибер-физическая сборка (?)
Creating a long span structure, beyond the working space of standard industrial fabrication equipment, required a collaborative setup where multiple robotic systems could interface and communicate to create a seamless fibre laying process. A fibre could be passed between multiple machines to ensure a continuous material structure. The concept of the fabrication process is based on the collaboration between strong and precise, yet stationary machines with limited reach and mobile, long-range machines with limited precision. In the specific experimental set-up, two stationary industrial robotic arms with the strength and precision necessary for fibre winding work are placed at the extremities of the structure, while an autonomous, long range but less precise fibre transportation system is utilized to pass the fibre from one side to the other, in this case a custom-built UAV. Combining the untethered freedom and adaptability of the UAV with the robots, opened up the possibilities for laying fibres on, around or through a structure, creating the potential for material arrangements and structural performance not feasible with the robot or UAV alone.
Возведение большепролетной конструкции подразумевает не только работу на стандартном промышленном оборудовании, но и работу на сложном устройстве со множеством роботизированных систем, которые могли бы взаимодействовать и сообщаться друг с другом для того, чтобы воспроизвести непрерывную укладку волокон. Волокно “пропускается” между элементами системы для обеспечения непрерывной структуры материала. Идея производственного процесса основана на совместной работе точных и мощных, однако довольно статичных машин с ограниченным радиусом досягаемости, и хоть и не таких точных, но мобильных, работающих удаленно дронов. В специальной экспериментальной установке, две стационарные промышленные роборуки с силой и точностью, необходимой для “вязания” были установлены на противоположных сторонах будущей конструкции, пока автономная, работающая удаленно, но менее точная система транспортировки волокон перемещала материал от одного конца конструкции к другому (в данном случае это делали БПЛА). Свобода передвижения и адаптивность БПЛА, совмещенная с работой роботов, позволила укладывать волокна на, вокруг или через конструкцию, создавая потенциал для материальных механизмов и структурных характеристик, которых невозможно достичь только с помощью робота или БПЛА.
An adaptive control and communication system was developed to allow multiple industrial robots and a UAV to interact throughout the winding and fibre laying processes. An integrated sensor interface enabled the robots and UAV to adapt their behaviours, in real time, to the changing conditions during fabrication. The UAV could fly and land autonomously without the need of human pilots, the tension of the fibre was actively and adaptively controlled in response to both the UAV and robot behaviours. A localization system was utilized to create a digital and physical “handshake” between the robot and the UAV in order to pass the fibre back and forth throughout the winding process. The series of adaptive behaviours and integrated sensors lay the foundation for developing novel multi-machine, cyber-physical fabrication processes for large scale fibre composite production.
Адаптивный контроль и система связи была разработана для того, чтобы позволить нескольким промышленным роботам и БПЛА действовать сообща во всех процессах намотки и прокладки волокон. Интегрированный сенсорный интерфейс позволил роботам и БПЛА адаптировать свое поведение в реальном времени к изменяющимся условиям во время изготовления. БПЛА мог летать и приземляться автономно без необходимости пилота, напряжение волокна активно и адаптивно контролировалось в ответ на поведение и БПЛА, и роботов. Локализация системы была использована для цифрового и физического “рукопожатия” между роботом и дроном, с той целью, чтобы пропустить волокно взад и вперед на протяжении всего процесса намотки. Серии адаптивных моделей поведения и интегрированных датчиков закладывает основу для разработки новых многопроцессорных, киберфизических процессов изготовления крупноформатных композитных материалов.
Integrative Demonstrator (?)
The ICD/ITKE Research Pavilion 2016-17 was created by laying a combined total of 184 km of resin-impregnated glass and carbon fibre. The lightweight material system was employed to create and test a single long spanning cantilever with an overall length of 12 m as an extreme structural scenario. The surface covers an area of about 40 m² and weighs roughly 1000 Kg. The realized structure was manufactured offsite and thus the size was constrained to fit within an allowable transport volume. However, variations of the setup were found suitable for on-site or in situ fabrication, which could be utilized for much longer span and larger fibre composite structures.
Экспериментальный Павильон от университетов ICD/ITKE был создан путем укладки в общей сложности 184 км пропитанного смолой стекловолокна и углеродных нитей. Легкая конструктивная система использовалась для создания и тестирования консоли с общей длиной пролета 12 м - рискованного с конструктивной точки зрения проекта. Вся поверхность объекта покрывает около 40 квадратных метров площади и весит приблизительно 1000 кг. Конструкция была возведена за пределами площадки экспозиции, и, таким образом, размер объекта был ограничен, чтобы соответствовать допустимому размеру для транспортировки. Однако способы установки оказались вполне подходящими для строительство на месте, а также там, где могли бы потребоваться гораздо большие пролеты и более крупные волокнистые композитные структуры.
The pavilion’s overall geometry demonstrates the possibilities for fabricating structural morphologies through multi-stage volumetric fibre winding, reducing unnecessary formwork through an integrated bending-active composite frame, and increasing the possible scale and span of construction through integrating robotic and autonomous lightweight UAV fabrication processes. It explores how future construction scenarios may evolve to included distributed, collaborative and adaptive systems. This research showcases the potential of computational design and construction through the incorporation of structural capacities, material behaviour, fabrication logics, biological principles and architectural design constraints into integrative computational design and construction. The prototypical pavilion is a proof-of-concept for a scalable fabrication processes of long-span, fibre composite structural elements, suitable for architectural applications.
Общая геометрия павильона демонстрирует возможности производства морфологической структуры через многоуровневое объемное сплетение, сокращая при этом расходы материала на опалубку за счет интегрированного, работающего на изгиб композитного каркаса, и увеличивая размеры пролета конструкции до максимально возможного при помощи интегрированной, роботизированной и автономной легковесной системы с использованием БПЛА. Это иллюстрирует будущий сценарий развития производственного процесса, включающего распределенные, совместные и адаптивные системы. Данное исследование демонстрирует потенциал вычислительного проектирования и строительства, выполненного с учетом структурных возможностей, особенностей материала, логики изготовления, биологических принципов и ограничений в области архитектурного проектирования. Данный прототип - доказательство концепции в пользу масштабного производства большепролетных, волокнистых композиционных структурных элементов, подходящих для целей архитектурного проектирования.
ТЕКСТ №2
From the architect. The podium, on which the object is located, is surrounded with flowers and ornamental grasses. There is a сauldron inside with living plants. This composition symbolizes the proximity of our ancestors to nature. And the drop-shaped openwork construction of the installation is a reference to early Slavonic aesthetics.
От Архитектора. Подиум, на котором стоит объект, окружен цветами и декоративным газоном. Внутри же - кокон с живыми растениями. Эта композиция символизирует близость наших предков к природе. А ажурная конструкция каплевидной инсталляции - отсылка к раннеславянской эстетике.