Projekt Cyber Physical Macro Materials

Agile Architektur

Agile Architektur: Eine dynamische Dachstruktur, die aus autonomen, unbemannten Fluggeräten besteht, die den Umbauprozess ausführen – das ist keine spinnerne Zukunftsvision, sondern ein Projekt der Universität Stuttgart. Es basiert auf innovativen Leichtbau-Prototypen des ICD/ITKE.

Ein Dach, das sich durch den öffentlichen Raum bewegt? Variabel in der Geschwindigkeit, in Intervallen und ohne zusätzliche Ausrüstung oder Aufwand? Das gibt es, zumindest als Prototyp und ist ein Forschungsergebnis des Integrative Technologies and Architectural Design Research (ITECH) Masterprogramms der Universität Stuttgart.

Das Projekt ‚Cyber Physical Macro Material‘ untersucht eine agile Architektur für den öffentlichen Raum, in der sowohl computerbasierte Strategien als auch künstliche Intelligenz auf ein anpassungsfähiges, konstruktives System angewandt werden. Der Prototyp der Dachstruktur im Maßstab 1:1 mit einer Gesamthöhe von 2,50 m wurde im Stadtgarten der Universität in Stuttgart getestet.

Zwanzig voll funktionsfähige Bauelemente aus Carbon-Fasern mit integrierter Elektronik für Kommunikation und Sensorik sowie zwei unbemannte Fluggeräte wurden hierfür gebaut. Sowohl die Anzahl der Makro-Materie als auch der unbemannten Fluggeräte ist skalierbar, wodurch größere und schnellere Konfigurationen mit ähnlichem Verhalten erreichbar sind.

Hauptziel des Projekts ist die Rekonfiguierbarkeit; die Moduleinheiten müssen jedoch auch Aspekte wie architektonische Performanz, Transportfähigkeit, Tragfähigkeit, Kosten, Gewicht, Stromverbrauch und Ästhetik berücksichtigen.

Agile Architektur

In dem vorgeschlagenen System manipuliert der Flugroboter das System von oben und nimmt dadurch nur einen Raum außerhalb der Reichweite der Nutzer ein.
Foto: © ICD/ITKE University of Stuttgart, M. Aflalo, J. Chen, B. Tahanzadeh

Eine Moduleinheit besteht aus einer CFRP-Skelettstruktur (Carbon Fiber Reinforced Plastic = Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff), die einen dreidimensionalen Polyeder-Rahmen (6 Seiten). An den Oberseiten der vier Eckflächen ist jeweils eine Polykarbonplatte angebracht, die einen geschlossenen Bereich bildet, an denen die Anbindungspunkte zwischen den Moduleinheiten angebracht sind. Die Verwendung von CRFP reduziert das Gewicht der Einheit erheblich und ermöglicht gleichzeitig eine Elementgröße und konstruktive Stabilität, die für eine architektonische Anwendung nötig ist. Zur Verbindung der Moduleinheiten werden Magnete verwendet.

Damit das System funktioniert, interagieren Makro-Material, unbemannter Flugroboter und Nutzer über die Hardware und Software.

Durch seine Fähigkeit, sich kontinuierlich zu rekonstruieren stellt das System etablierte Ideen der digitalen robotischen (Vor-)Fertigung in der Architektur in Frage. Man kann sich eine agile und dynamische Dachstruktur vorstellen, die sich autonom im öffentlichen Raum bewegt, die auf den Nutzer reagiert, sich aktiv umbaut, oder sich zeitweise auf nahegelegene Dächer zurückzieht.

Agile Architektur

Das Rendering verdeutlicht die Skalierbarkeit des Systems.
Foto: © ICD/ITKE University of Stuttgart, M. Aflalo, J. Chen, B. Tahanzadeh

Im Gegensatz zu den üblichen, lethargischen Bauprozessen erschließt die physische Flexibilität und integrierte Intelligenz neue architektonische Möglichkeiten für die Anpassungsfähigkeit und Aktivierung öffentlicher Außenräume und führt zu neuartigen Verhaltensmuster und Interaktionen.

Die Struktur kann so irgendwann in der Lage sein, nicht nur durch ihre Nutzer zu lernen, sondern auch im Raum nach Informationen und Einflüssen zu suchen. Das System bildet die Grundlage für eine räumliche und architektonische Anwendung maschinellen Lernens und künstlicher Intelligenz.

Hier geht’s zu einen Kurzfilm über das Projekt

Was ist agile Architektur?

  • Ein scheinbarer Widerspruch: Architektur ist statisch, an einen Ort gebunden. Agil bedeutet aber gewandt, flexibel.
  • Agile Architektur ist dynamisch und anpassungsfähig
  • Agile Architektur ist das Zusammenspiel mit Nutzern und Umgebung

Projektbeteiligte

Cyber Physical Macro Material ist ein Forschungsergebnis des Integrative Technologies and Architectural Design Research (ITECH) Masterprogramms der Universität Stuttgart.

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, ICD (Prof. Menges)

Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen, ITKE (Prof. Jan Knippers)

ITECH M.Sc. These: Miguel Aflalo, Jingcheng Chen, Behrooz Tahanzadeh

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