Responsive kinetic architecture - algorithmic design with pneumatic systems

UMPRUM - Academy of Arts

Project idea

Tato práce se zabývá návrhem kinetického responzivního systému v architektuře, jehož princip spočívá v pohyblivé reakci na okolní podněty. Cílem práce byla realizace konkrétního návrhu tohoto systému s využitím pneumatických prvků a to až do fáze funkčního Prototypu. Obsah práce popisuje jednotlivé kroky realizace, které zahrnují konstrukčně-mechanické řešení, výběr vhodných materiálů a prvků systému i návrh pneumatického obvodu včetně jeho elektronického ovládání. Výsledný Prototyp se snaží ukázat možnosti využití pneumatických prvků k vytvoření kinetické architektury a do jisté míry upozorňuje na problémy realizace a jejich řešení a přibližuje toto téma široké veřejnosti.
The thesis deals with design of a kinetic responsive system in architecture, whose principle lies in a mobile response to the surrounding environment. The aim of the work was to realize a concrete design of this system using pneumatic elements until the phase of a functional prototype. The content of the thesis describes the individual steps of the implementation, which include design-mechanical solution, selection of suitable materials and elements of the system as well as design of the pneumatic circuit including its electronic control. The resulting prototype tries to show the potential of using pneumatic elements to create kinetic architecture and to bring the subject to the general public.

Project description

Startovacím impulsem pro tuto práci byla účast na dvoudílném architektonickém workshopu PAVILON 1 pod vedením architektů Samana Saffariana a Gala Moncayo- sana. Workshop se zabýval návrhem interaktivní stavby - pavilonu ve veřejném prostoru a byl zaměřen na adaptivní strategie – navrhování, projektování a řízení reaktivních architektonických systémů.
Samotný návrh vznikl během první fáze tohoto workshopu a byl vybrán pro následnou realizaci. Cílem bylo vymyslet takovou interaktivní stavbu, která by splňovala vlastnosti responzivity současně s kinetickým aspektem: tedy aby pohybově reagovala na vnější podněty jako například na pohyb člověka či klimatické změny.
V tomto projektu se uplatňuje zejména tzv. aktivní princip responzivního chování, jehož podstata spočívá v použití aktuátorů a celkově programovatelného řízení k vytvoření kinetických a responzivních systémů. V tomto konkrétním případě je systém navržen tak, že i když používá aktivní princip řízení následný efekt je do jisté míry a je výsledkem komplexní interakce materiálových a fyzikálních parametrů. Formální výsledek tedy není vždy stejný i při stejných parametrech řízení, ale spoléhá na jaký si typ samoorganizace.
Využíváme zde principu řízeného média, které ovlivňuje rozměry a tvar jednotlivých prvků systému. Jako médium používáme stlačený vzduchu, který je ovládán
pneumatickým obvodem. Tento aktivní princip můžeme v tomto případě popsat jako tzv. Soft systém, neboť zde nejsou použity mechanické dílce k ovládání, není tak zcela možné říci, zda jde o pohyb lineární rotační či jiný. Jedná se spíše o elastický, jemný pohyb v různých směrech. Základním prvkem našeho designu jsou nafukovací latexové balóny, u kterých využíváme vlastností elastického materiálu při interakci s přivedeným vzduchem. Balony jsou organizovány do skupiny, kde se při aktivaci média mění jejich rozměry a navzájem se ovlivňují a uvádějí do pohybu.
Pneumatický prvek je zde použit jako samotná podstata designu, zatím co ve většině ostatních responzivních projektů je použit pouze jako aktuátor pohybu jiného mechanického prvku tvořícího výsledný design.
Samotná responzivita navrženého objektu je interpretována snímáním pohybu osob v okolním prostoru. V případě, že čidla nezaznamenají pohyb osob, pavilon zůstane ve vyfouknutém stavu, ale v případě, že do definovaného prostoru člověk vstoupí, začne se objekt nafukovat a vytvářet pohyblivou strukturu. Díky tomu Pavilon prakticky neexistuje, pokud není obýván, nic nám tedy potom nebrání například ve výhledu do krajiny ani nepřekáží ve volném pohybu. V tomto smyslu tedy musí existovat jakási symbioza mezi člověkem a objektem, které se navzájem ideálně ovlivňují. Pokud se Pavilon nafoukne do konečného stádia, vytvoří tak příjemné zázemí například při nepřízni počasí. Samozřejmě je diskutabilní, jestli konečná podoba objektu, vzhledem ke složitosti všech aspektů návrhu a řízení, je opodstatněná pokud bychom se bavili čistě o funkčnost. Jde zde spíše o estetiku, samoorganizaci a vytvoření paralelního systému, který se muže srovnávat s klasickým, předvídatelným, mechanickým deštníkem. Zajímá nás reakce uživatele na pohyb a na samotný proces rozrůstání koruny. Chceme, aby tento pavilon svými netradičními funkcemi přitahoval lidi a sloužil jako dokonalé příjemné a lehké odpočinkové místo a také jako manifest tohoto typu architektury.

Technical information

Obsah práce popisuje jednotlivé kroky realizace, které zahrnují konstrukčně-mechanické řešení, výběr vhodných materiálů a prvků systému i návrh pneumatického obvodu včetně jeho elektronického ovládání.

Co-authors

BcA. Jan Koníček