Roboti a architektura

Jiří Vítek

Stavitelství a architektura je náročná a nebezpečná profese. Při jejím provádění je potřeba manipulace objemných a těžkých břemen, stejně jako je potřeba fyzicky náročných a nebezpečných situací. Práce ve výškách, hloubkách, sklonitých, či špatně dostupných podmínkách při náročných klimatických podmínkách vedou k nahrazení práce člověka stroji. O robotech můžeme uvažovat již v momentě vstupu těžší mechanizace do stavebního procesu, jako jsou pneumatická ramena, jeřáby, bagry. Ty totiž umožnili člověku získat potřebnou sílu na postupy a práce, které svoji fyzickou či mechanickou silou nezvládl.

Hlavní posun paradigmatu nastává v momentě, kdy není práce člověka nahrazena strojem – robotem z důvodu fyzické námahy, ale z důvodů komplexních a precizních. Přesnost a exaktnost je dána strojům – robotům.

Zamysleme se hlouběji co robot, jako entita, znamená. Měli bychom mít na mysli samostatně jednající jednotku, postupující podle určitého naprogramování. Zde narazíme na dva základní proudy. Jeden je mechanické vykonávání programu, kde do robota je nahrán kód, který si můžeme představit jakou soubor bodů (X,Y,Z) a ty robot trasuje, vykonává. Druhý proud je, kdy robot v sobě má již komplexnější kód, který dokáže reagovat na vnější i vnitřní změny, dokáže v reálném čase vyhodnocovat situaci a upravovat trasu, kód, či dokonce systémy obsahující programy samoučení, či nelineární procesy, kdy se sám robot rozhoduje co vlastně a jak bude dělat.

Nejzásadnější přínos robotů v architektuře je přesnost a možnost přenést komplikované geometrie do realizace bez nutnosti překládání informací přes výkresovou dokumentaci. 3d digitální objekt lze tak rovnou přenést do robota (přetrasování 3d geometrie do matrixu robota, většinou se jedná o systém souřadnic) a ten začne geometrii vytvářet v hmotné realitě. Základním nástrojem je robotická ruka (KUKA, ABB) a nástroj (extruder – 3d tisk, mechanický nástroj, hlava – kladení, nanášení, řezací struna – opracování, substrakce, vrtáky – gravírování, obrábění, svařovací hlava – svařování, 3d tisk kovů).

Mechanický nástroj – zdění – švýcarský pavilon 2008 – R-O-B
Zde komplexní tvar zdi byl přesně vyskládám robotickým ramenem. Používá se robotická ruka s mechanickým nástrojem umožňujícím uchopování a kladení objektů. Je naprogramována trasa pro každý kladený objekt.

https://www.designboom.com/architecture/venice-architecture-biennale-08-swiss-pavilion/

Další příklad s mobilní robotickou rukou:

https://www.designboom.com/robots/gramazio-kohler-pike-loop/

Extruder – 3d tisk

https://www.youtube.com/watch?v=fpl6EPlCF2E

3d prostorový tisk pomocí robotického ramene umožňuje větší rozsah tisku než samotné tiskárny i větší komplexitu modelu ( 5–7osý systém). Materiály jsou na bázi plastů, kompozitů, ale i kovů, betonů a pryskyřic.

Velkým fenoménem se stává 3d tisk z betonů, kde se používá bud robotického ramena (ABB, KUKA apod.), nebo rámové konstrukce podobné stolním 3d tiskárnám.

https://ai-build.com/projects.html

Konstrukce rámového 3d tisku v měřítku budovy.

GAIA HOUSE

https://www.dezeen.com/2019/02/27/gaia-wasp-3d-printed-house-biodegradable-video/?fbclid=IwAR3g46EZvWn8g7uWrUTlJGXis7GRhjk-P02Wj5LbWjtHM2V1y1Xf1Ud5LHY


https://www.dezeen.com/2018/06/04/eindhoven-university-technology-project-milestone-3d-printed-concrete-houses/

https://www.dezeen.com/2016/08/30/dus-architects-3d-printed-micro-home-amsterdam-cabin-bathtub/

Současné nelineární metody navrhování využívající robotické rameno

Výrazným propagátorem je Achim Menges na univerzitě ICD/ITKE Stuttgart, kde používají robotická ramena KUKA s různými extrudery. Výsledkem experimentů je pavilon v měřítku 1 : 1, materiálem je většinou fiberglass. V poslední době se používá kombinace robotického ramene a dronu.

https://icd.uni-stuttgart.de/?p=18905

foto pavilonu ICD/ITKE 2016-17

Proces:
2 robotická ramena v kombinaci s dronem, který přenáší filament do větší vzdálenosti. Pracovní radius robotů je tak navýšen radikálně:

Současný BUGA WOOD Pavilon je dřevěná roboticky fabrikovaná skořepina. 2 robotická ramena kooperují při vytváření lehkého skořepinového panelu, který je následně sestaven do celkové stavby.

https://icd.uni-stuttgart.de/?p=22287

Předchozí pavilony 2014–15 používající robotické rameno a navíjení filamentu na nafouknutou blánu.

https://www.itke.uni-stuttgart.de/research/icd-itke-research-pavilions/icd-itke-research-pavilion-2014-15/

Development a proces výroby pavilonu:

mechanické obrábění
robotická ruka používá sadu nástrojů pro milling. Trasa je naprogramována a nahrána do ramena. Výhoda je možnost víceosého obrábění (5–7 os.)

https://icd.uni-stuttgart.de/?p=6553

dalším stupněm je robotický strojek (pavouk), který má implementované potřebné vlastnosti (pohyb, tisk, zaplétání)

https://www.icd.uni-stuttgart.de/teaching/master-theses/itech-m-sc-2015-mobile-robotic-fabrication-system-for-filament-structures/

dalším krokem je používání dronů, např. lanový most

https://www.youtube.com/watch?v=CCDIuZUfETc

https://www.kokkugia.com/following/kokkugia.com/AADRL-aerial-robot-thread-construction

Roland Snooks z Kokkugia zkoušeli swarm printing, kde se používá více dronů naráz pro tisk struktury.

https://www.kokkugia.com/following/all/kokkugia.com/AADRL-swarm-printing-aerial-robotic-bridge-construction

Samostatnou doménu tvoří práce minimaforms a experimentální laboratoře AA DRL pod vedením Theodora Spyropulouse, kdy architektura je vlastně robot sám.

Dokáže se měnit, reagovat a vytvářet samostatné struktury. Dokáže reagovat na náladu uživatele, měnit se dle předpokládaného algoritmu. Malý samostatně pohybující se komponent využívá různé mechanismy pro pohyb a agregaci. Pneumatické, magnetické či mechanické principy mu pomáhají sestavovat větší struktury a následně se v případě potřeby sám přestavět.

Za dobu výzkumu vzniklo mnoho pozoruhodných projektů např. OWO

https://drl.aaschool.ac.uk/owo


NoMAD

http://drl.aaschool.ac.uk/nomad/

Hypercell

http://drl.aaschool.ac.uk/hypercell/


A spousty dalších projektů – viz video přibližující historii studia.

https://www.youtube.com/watch?v=nof22Sl3DGc

http://drl.aaschool.ac.uk/projects/

Komplexní využití robotů ve výstavbě je blízkou budoucností pro architekturu.

2015 Wolf Prix z atelieru Coop Himmelblau publikovali video se strategií využití plné robotické fabrikace při stavbě.

https://www.dezeen.com/2015/10/23/robotic-construction-3d-printing-future-wolf-d-prix-interview/

Další příklad, kdy bude postavena budova kompletně pomocí robotů:

https://www.archdaily.com/911761/robots-will-construct-melike-altinisik-robot-museum-in-seoul?fbclid=IwAR3jagWKa2Ga4CxblBcH89dsEU774re8NesgRl7WXK-7PCHVuJobcbiivPg

…což je ideální strategie pro budování nových obydlí na neosídlených planetách:

https://www.archdaily.com/910764/ai-spacefactory-builds-3d-printed-mars-prototype-for-nasa?fbclid=IwAR2qfmakgm1YRLXflnV7aqwn_W2mJjUs70Xt2OjHUxzSPyouzSZAjWrto3s