Kā pašmontējošie granulētie materiāli maina arhitektūras nākotni

Arhitektūra ir konservatīva disciplīna, jo īpaši stingro stabilitātes un drošības standartu dēļ, kas jāievēro visām cilvēku radītajām konstrukcijām. Spēki, kas iedarbojas uz jebkuru konstrukciju un tajā, ir rūpīgi jāaprēķina un attiecīgi jāmaina konstrukcija. Maz ko var atstāt nejaušības ziņā.

Vismaz tāds ir tradicionālais uzskats. Taču daži dizaineri spēlējas ar citu ideju — ka ir cits būves veids, kas izmanto nejaušību, nevis novērš to. Šāda veida ēka tiks balstīta uz jauna veida granulētiem materiāliem, kas, noliekot to vietā, savienojas tā, lai nodrošinātu konstrukcijas stabilitāti. Tādā veidā vietā varēja ieliet sienas, kolonnas un pat kupolus, veidojot sarežģītas, bet stabilas konstrukcijas.

Tas var izklausīties pēc zinātniskās fantastikas, taču šodien Šons Kellers no Ilinoisas Tehnoloģiju institūta Čikāgā un Heinrihs Jēgers Čikāgas Universitātē skaidro, kā šāda veida aleatoriskā arhitektūra beidzot kļūst iespējama. Šie puiši stāsta, ka jau top pirmās aleatoriskās struktūras un šī pieeja ievieš jaunus veidus, kā domāt par arhitektūru un dizainu kopumā.

Vispirms nedaudz fona. Cilvēki ir izmantojuši granulētus materiālus, piemēram, akmeņus, smiltis vai zemi, lai celtu struktūras tūkstošiem gadu. Pat mūsdienās šī tehnika ir izplatīta dambju, ostas molu un dzelzceļa grants gultņu būvniecībai.

Šīs struktūras gūst labumu no granulu materiālu īpašajām īpašībām — to porainības, kas nodrošina ātru drenāžu, kā arī to, ka tās var ātri un par zemām izmaksām ieliet vietā.

Interesantāks ir veids, kā viņi panes slodzi. Parastajām konstrukcijām ir nepieciešamas īpaši izstrādātas kolonnas vai arkas. Taču granulētie materiāli balstās uz spēka ķēdēm starp blakus esošajām daļiņām materiālos, kas tiek izveidotas, kad materiāls iestrēgst. Tajā pašā laikā materiāls var plūst, kad ievārījums tiek atbrīvots.

Tomēr ir mīnuss. Šo konstrukciju formu ļoti ierobežo materiāla dabiskais atpūtas leņķis. Un tas arī ierobežo lietojumprogrammas.

Lielu daļu granulēto materiālu īpašību nosaka to daļiņu forma, no kurām tie ir izgatavoti. Daudzos gadījumos tas ir aptuveni sfērisks.

Taču pēdējos gados materiālu zinātnieki ir sākuši eksperimentēt ar daļiņām ar eksotiskākām formām, piemēram, 3-D zvaigžņu formām, X formām, āķa formām un citām. Lejot šie vieglāk iestrēgst un veido stabilas struktūras.

Tas ir novedis pie pilnīgi jauna veida, kā domāt par dizainu. Tradicionāli arhitekti ir sākuši ar mazākajām konstrukcijas sastāvdaļām, piemēram, kolonnām, arkām, sienām utt., un savienojuši tos kopā, veidojot lielākas konstrukcijas, piemēram, tiltus, mājas un debesskrāpjus.

Taču šo jauno granulēto materiālu īpašības apvērš šo pieeju. Izmantojot šo materiālu, arhitekti var domāt par kopējo formu un pēc tam izstrādāt, kā to panākt, ielejot granulēto materiālu vietā.

Viena pieeja ir ieliet materiālu gaisa necaurlaidīgā auduma traukā, ko var iepakot ar vakuumu. Tas rada spiedienu, kas liek materiālam iesprūst vairāk vai mazāk jebkurā vēlamajā formā. Pirms dažiem gadiem Delftas Tehniskās universitātes inženieri uzbūvēja tiltu, izmantojot šo deflējamo ideju (zemāk).

Ambiciozāks mērķis ir izdomāt kopējo struktūru un pēc tam strādāt atpakaļ, lai noteiktu daļiņu formu, kas to radītu, ielejot. Pēc tam šīs granulas varētu izdrukāt trīsdimensiju veidā un ieliet vietā, kur tās saliktu paši vai saliktu, izmantojot robotu.

Tam būs liela ietekme uz projektēšanas procesu. Tā rezultātā iepriekšēja plānošana ir atbrīvota no vietējo strukturālo detaļu apsvēršanas, saka Kellers un Jēgers. Tā vietā galvenais uzdevums tagad kļūst par pareizu daļiņu formu, kā arī vispārējo robežu un apstrādes nosacījumu ģenerēšanu, lai garantētu, ka vēlamā mērķa struktūra būs mehāniski stabila, kad tā tiks realizēta.

Pirmie provizoriskie soļi ceļā uz šāda veida būvniecību jau tiek veikti ar aizraujošiem rezultātiem. Vai varētu būt, ka nākamā māja, kurā pārcelsies, būs izlieta, nevis uzbūvēta? Droši vien nē, bet neizslēdziet arī nākamo.

Atsauce: arxiv.org/abs/1510.05721 : Aleatory Architectures

paslēpties