LivMatS生体模倣亜麻繊維パビリオンが一般公開

完成して一般公開された liv フライブルク大学（ドイツ）の植物園にある生物模倣構造物であるMatSパビリオンは、従来の工法に代わる実行可能で資源効率の高い方法を提供すると言われており、建築の持続可能性に向けた重要な一歩を表しています。さらに、プロジェクトチームが主張するのは、中央ヨーロッパで自然に再生可能で生分解性の地域で入手可能な材料である、ロボットで巻かれた亜麻繊維で完全に作られた耐荷重構造を備えた最初の建物です。

天然素材と高度なデジタルテクノロジーの斬新な組み合わせによって実現されたこのパビリオンは、クラスターオブエクセレンス「IntegrativeComputational Design and Construction for Architecture（IntCDC）」でのITECHマスタープログラムの建築家とエンジニアの学際的なチームのコラボレーションの成功から生まれました。シュトゥットガルト大学（ドイツ）およびクラスターオブエクセレンスの生物学者「生活、適応、エネルギー自律型材料システム（ liv MatS）」フライブルク大学（ドイツ）で。

チームによると、バイオインスパイアードパビリオンは、幾何学的、材料、構造、生産、環境、美的要件を同時に説明する新しい共同設計プロセスが、天然材料に適用される高度なロボット製造技術とともに、どのように生成できるかを示しています。同時に、生態学的で表現力豊かな建築。構造的な亜麻の要素の独特で複雑な表面の外観は、格子細工と生物学的システムの両方の一般的な例を思い起こさせます。

今後5年間、 liv MatSパビリオンは、フライブルク大学の屋外講義室として機能します。特に、フライブルク大学では、「自然の中の自然から学ぶ」という概念の中で植物園を研究および教育サイトとして使用しています。科学者はまた、ガイド付きツアーやワークショップで彼らの作品を一般に公開します。

天然繊維材料、バイオミメティックス

過去2年間、シュトゥットガルト大学の計算設計建設研究所（ICD）と建築構造構造設計研究所（ITKE）の建築家とエンジニアのチームは、天然繊維を建築材料は、合成的に製造された繊維に代わる有望で持続可能な代替品であると信じています。彼らは liv で見つけました MatSパビリオンは、建物の環境フットプリントを削減し、建設業界に再生可能な材料を提供する可能性に加えて、亜麻繊維はその機械的特性がガラス繊維ロービングに匹敵し、重量あたり同様の剛性を提供しますが、はるかに低い具体化されたエネルギー。

さらに、この構造は、耐荷重システムなどの生物学の原理を自然から建築にどのように移すことができるかを決定するために、長年の研究協力を続けています。 liv MatSパビリオンは、サグアロサボテン（ Carnegia gigantea ）に触発されました ）とウチワサボテン（ウチワサボテン sp。）、それらの木の構造によって特徴付けられます。サグアロサボテンは、内部が中空で特に軽い円筒形の木製コアを備えています。それは、骨格に追加の安定性を与え、その個々の木材要素の相互成長の結果として形成されるネットのような木製の構造で構成されています。ウチワサボテンの平らな側枝の組織も、層状に配置されて相互接続された網状の木部繊維の束と織り交ぜられています。その結果、ウチワサボテンの組織は、特に高い耐荷重能力を特徴としています。これらのネットワーク構造を抽象化することにより、科学者は架橋繊維構造の機械的特性をパビリオンの軽量構造要素に移すことができました。

統合的な設計と製造

このプロジェクトは、繊維構造に関する10年以上の研究を拡張したものです。以前の研究は、高度な計算設計、シミュレーション、および製造方法と組み合わせた、ガラス繊維や炭素繊維などの合成繊維複合材料の建設での使用に焦点を当てていました。 liv MatSパビリオンは、この研究を天然亜麻繊維を使用したより持続可能な建設方法に拡張し、大規模な用途でのこれらの天然繊維の使用を調査します。

耐荷重性の建築要素は、プロジェクトチームによって開発されたコアレスフィラメントワインディングプロセスで製造されています。この積層造形（AM）アプローチでは、ロボットがファイバーバンドルを巻線フレームに正確に配置します。伝えられるところによると、これにより、繊維の配向、整列、密度の的を絞ったキャリブレーションとアーキテクチャの明確化が、生物学的インスピレーションのように、コンポーネントの構造要件に正確に適合するようになります。研究者によると、事前定義されたコンポーネントの形状は、巻線フレーム内の繊維の相互作用によってのみ出現し、追加の金型やコアの必要性を排除します。さらに、この製造方法では、無駄や端材は発生しません。さらに、同じモジュラー巻線フレームをすべての幾何学的に変化する要素に使用できます。これにより、従来の建材と比較して優れた材料効率が得られ、高い耐荷重性が得られます。

天然繊維とその生物学的変動性も、特に計算設計とロボット製造ワークフロー、および機械制御に関して、研究者に新たな課題をもたらしました。これらの共同設計ワークフローは、当初は合成材料、つまり均質な材料用に開発され、現在は亜麻繊維の材料特性に適合させる必要があります。統合計算設計モデルのこの調整により、異種の材料特性が個々のコンポーネントの設計と計画、および全体的な構造に情報を提供できるようになりました。天然繊維の特定の機械的特性には、ロボット製造プロセスの再構成も必要でした。

liv MatSパビリオンは防水ポリカーボネートスキンで覆われており、天候を保護するだけでなく、直接の紫外線や雨や雪からの湿気から繊維を保護します。

持続可能な建設のための統合されたデモンストレーター

liv の耐荷重構造 MatSパビリオンは、15の亜麻繊維コンポーネントで構成されており、連続的に紡がれた天然繊維のみからロボットでプレハブされ、構造の上部に繊維状のキャップストーン要素があります。要素の全長は4.50メートルから5.50メートルまでさまざまで、重量は平均でわずか105キログラムです。繊維構造全体の重量は約1.5トンで、面積は46平方メートルです。最終的な設計は、ドイツの建築基準法と関連する構造許可要件、および風と雪の荷重を含む一連の荷重の組み合わせに準拠しています。

計算プロセス、ロボット製造、および新しい材料システムに関連する研究開発は、シュトゥットガルト大学のITECH学生とICD / ITKE研究者の学際的チームによって開発され、最初の一連のプロトタイプの製造によって検証されました。天然繊維成分の。次に、生産データが生成され、プロジェクトの産業パートナーであるFibR GmbH（シュトゥットガルト、ドイツ）に渡され、15の構造コンポーネントが生産されました。

このプロジェクトは、シュトゥットガルトのICD / ITKE大学の研究者と学生の学際的なチームによって設計および実現された一連の成功した実験的で非常に革新的な建物のデモンストレーターを継続します。また、クラスターオブエクセレンス liv 間のすでに成功しているコラボレーションをさらに強化します。 フライブルク大学のMatSとシュトゥットガルト大学のClusterof ExcellenceIntCDC。 IntCDCは、デジタルテクノロジーを通じて設計と建設を再考し、構築された環境が直面している生態学的、経済的、社会文化的課題に対処することを目指しています。 liv のビジョン MatSは、自然と技術を組み合わせて、最先端の環境技術とエネルギー技術を開発することです。その性質上、パビリオンは、生物学的材料と技術的材料の類似点と相違点を強調し、たとえば建築だけでなく他の技術分野でもバイオインスピレーションが提供する可能性を示すための接点を提供します。

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科学的発展：

• マルタ・ギル・ペレス、セルバン・ボデア、ニコロ・ダンブロジオ、バス・ロンゲン、クリストフ・ゼクマイスター
• プロジェクト管理：Katja Rinderspacher、MartaGilPérez、MonikaGöbel

コンセプト開発、システム開発、プロトタイピング：

• 2018-2020：Talal Ammouri、Vanessa Costalonga Martins、Sacha Joseph Cutajar、Edith Anahi Gonzalez San Martin、Yanan Guo、James Hayward、Silvana Herrera、Jeongwoo Jang、Nicolas Kubail Kalousdian、Simon Jacob Lut、EdaÖzdemir、Gabriel Rihaczek、 Anke Kristina Schramm、Lasath Ryan Siriwardena、Vaia Tsiokou、Christo van der Hoven、Shu Chuan Yao
• 2018-2019：Karen Andrea Antorveza Paez、Okan Basnak、Guillaume Caussarieu、Zhetao Dong、Kurt Drachenberg、Roxana Firorella Guillen Hurtado、Ridvan Kahraman、Dilara Karademir、Laura Kiesewetter、GrzegorzŁochnicki、Francesco Milano、Yue Nasim Sehat、Tim Stark、Zi Jie、Jake Tan、Irina Voineag

ファサード開発：

• ティムスターク
• サポート：Okan Basnak、Yanan Guo、AxelKörner
• 学生支援：マシュー・ジョンソン、ダニエル・ロカテリ、フランチェスカ・マイスト、マディエ・ハディアン・ラサナニ、ロリン・サミヤ、アナンド・シャー、レナ・ストロベル、マックス・ツォルン