A inovadora técnica de “concha de madeira costurada” investiga o uso de robótica e mecanismos de detecção em combinação com o design de roupas e técnicas de costura industrial para explorar uma nova maneira de fabricar estruturas de madeira personalizadas e se envolver novamente com artesanato tradicional.
A pesquisa relacionada estuda as técnicas tradicionais de padronização e conexão de roupas ainda hoje usadas na moda e as interpreta novamente em um novo contexto material. O tecido é substituído por finas folhas de compensado flexível, que estabelecem uma relação alterada entre flexibilidade e rigidez do material e, portanto, introduz capacidade de carga no novo sistema de materiais.
A costura desempenha um papel semelhante ao do design da peça, pois as costuras permitem adaptar formas curvas tridimensionais de um material de folha plana que envolve o corpo. Se aplicadas em uma escala arquitetônica, as costuras tornam-se conexões que moldam o material com base na dobra elástica da madeira, o que cria capacidade estrutural espacial.
Um processo de fabricação robótica com máquina de costura industrial, permite a expansão necessária e o manuseio de inter-relações complexas entre as formas de padronização e o comportamento do material. Ao contrário dos processos de fabricação repetitivos, em que a automação depende da execução de etapas predeterminadas e totalmente definidas, aqui, a tecnologia de detecção é empregada para permitir um fluxo de trabalho que sintetiza a computação de materiais e a fabricação robótica em tempo real.
Nesse processo, a forma da peça de trabalho personalizada é digitalizada repetidamente. Os segmentos contêm conexões feitas anteriormente na forma de marcadores rastreados ao vivo para a geração do movimento robótico. Durante todo esse processo, as peças de madeira são adicionadas sequencialmente e unidas permanentemente por uma conexão costurada.
Uma ferramenta de design de modelagem digital personalizada é usada para derivar um poroso, ondulado, sistema de camada tripla que integra coerentemente propriedades do material, restrições de fabricação e sequência de montagem. Esse jogo complexo entre materialidade e materialização resulta em uma concha costurada que estende as características da arquitetura da madeira e, ao mesmo tempo, desenrola uma articulação textural e espacial única.
O “Sewn Timber Shell” de 2017 é um projeto colaborativo do Instituto de Design e Construção Computacional (CID) da Universidade de Stuttgart e do Centro de Pesquisa em Design Digital (DDRC) da Universidade de Tongji, Xangai que faz parte do Projeto de Pesquisa Sino-Alemão “Metodologias Performativas de Design baseadas em Fabricação Robótica para Arquitetura Sustentável (GZ 1162)” financiado pelo Centro de Pesquisa Sino-Alemão.
Desenvolvimentos recentes em design computacional e fabricação controlada por computador expandiram significativamente a gama de aplicações para madeira na arquitetura. Embora a moderna tecnologia de fabricação de madeira permita que o material seja moldado em uma variedade de formas, produtos e dimensões, as características materiais inerentes à madeira são principalmente negligenciadas ou mesmo suprimidas no processo de projeto e fabricação.
No entanto, a madeira exibe excelente comportamento mecânico e altos potenciais para conexões têxteis e multimateriais fora do escopo das conexões convencionais de madeira. O workshop “Costura robótica de laminados personalizados de folheados de madeira” que fez parte da conferência ROB|ARC 2016, explorou uma abordagem alternativa dos potenciais arquitetônicos da costura robótica de laminados de folheados de madeira sob medida em combinação com a flexão elástica.
Tiras de compensado flexível foram costuradas usando uma máquina de costura robótica, resultando em módulos de construção rígidos, mas ultraleves.
Costura robótica e concha de madeira
O Instituto de Design Computacional (CID) e o Instituto de Estruturas de Construção e Projeto Estrutural (ITKE) da Universidade de Stuttgart inauguraram em 2016 um pavilhão de pesquisa demonstrando técnicas de fabricação de tecidos robóticos para conchas de madeira segmentadas. O pavilhão é o primeiro de seu tipo a empregar costura industrial de elementos de madeira em escala arquitetônica.
Faz parte de uma série bem-sucedida de pavilhões de pesquisa que mostram o potencial dos processos de design computacional, simulação e fabricação na arquitetura. O projeto foi projetado e realizado por estudantes e pesquisadores dentro de uma equipe multidisciplinar de arquitetos, engenheiros, biólogos e paleontólogos.
Investigação biomimética em estruturas de conchas
O desenvolvimento do pavilhão é caracterizado por uma dupla estratégia de design de baixo para cima, baseada na investigação biomimética de estruturas naturais de placas segmentadas e novos métodos de fabricação robótica para costurar camadas finas de madeira compensada. O projeto começou com a análise da morfologia construtiva do sand dollar, parente próximo do ouriço-do-mar e estrela-do-mar.
Ao mesmo tempo, foi desenvolvida uma técnica de fabricação que permite a produção de segmentos de camada dupla, elasticamente dobrados, feitos de compensado de faia costurado roboticamente e laminado. A introdução de métodos de conexão têxtil na construção de madeira permite criar conchas de madeira segmentadas extremamente leves e performativas.
Estudos anteriores sobre ouriços-do-mar pelos parceiros de pesquisa já haviam levado à transferência de princípios construtivos e ao desenvolvimento de novos métodos de construção para conchas de compensado flexível de madeira.
Nesse projeto, estruturas de conchas segmentadas naturais foram analisadas em uma cooperação interdisciplinar entre arquitetos e engenheiros da Universidade de Stuttgart e biólogos da Universidade de Tubingen, a fim de revelar aspectos relevantes adicionais.
Salão de Exposições Landesgartenschau
Outro projeto muito interessante, embora não utilize costura industrial robótica, é o Salão de Exposições Landesgartenschau, um edifício de protótipo arquitetônico e uma vitrine para os desenvolvimentos atuais em design computacional e fabricação robótica para construção leve de madeira.
Financiado pela União Europeia e pelo estado de Baden-Württemberg, o edifício é o primeiro a ter sua estrutura primária inteiramente feita de placas de compensado de faia pré-fabricadas roboticamente.
Essa construção de chapa de madeira recém-desenvolvida é possível graças ao design computacional integrativo, simulação, métodos de fabricação e levantamento, resultando não apenas em uma estrutura de concha de chapa altamente performativa e com eficiência de recursos, mas também em arquitetura inovadora.