LivMatS Biomimetic Flax Fiber Pavilion Dibuka untuk Publik – Maitre Arsitektur Berkelanjutan

Selesai dan dibuka untuk publik, livMatS Pavilion, struktur biomimetik yang terletak di Kebun Raya Universitas Freiburg (Jerman), dikatakan menawarkan alternatif yang layak dan efisien sumber daya terhadap metode konstruksi konvensional dan oleh karena itu mewakili langkah penting menuju keberlanjutan dalam arsitektur. Selanjutnya, ini membentuk apa yang dikatakan tim proyeknya sebagai bangunan pertama dengan struktur beban yang sepenuhnya terbuat dari serat flax yang diikati robot, bahan yang secara alami dapat diperbarui, terurai, dan tersedia secara regional di Eropa Tengah.

Dipungkinkan oleh kombinasi baru dari bahan alami dan teknologi digital canggih, pavilion ini berasal dari kolaborasi sukses dari tim lintas disiplin arsitek dan insinyur dari program master ITECH di Cluster of Excellence "Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)" di Universitas Stuttgart (Jerman) dan biologist dari Cluster of Excellence "Living, Adaptive and Energy-autonomous Material Systems (livMatS)" di Universitas Freiburg (Jerman).

Menurut tim, pavilion yang terinspirasi biologi ini menunjukkan bagaimana proses co-design baru yang mempertimbangkan secara bersyarat kebutuhan geometris, materi, struktural, produksi, lingkungan, dan estetika, bersama dengan teknik fabrikasi robotik canggih yang diterapkan pada bahan alami, mampu menghasilkan arsitektur yang secara bersamaan ekologis dan ekspresif. Penampilan permukaan yang khas dan rumit dari elemen struktural serat flax mengingatkan pada contoh tradisional kerajinan kayu dan sistem biologis.

Selama lima tahun mendatang, livMatS Pavilion akan berfungsi sebagai ruang kelas luar ruangan di Universitas Freiburg, terutama untuk mereka di Universitas Freiburg, yang menggunakan Kebun Raya dalam konsep "belajar dari alam dalam alam" sebagai situs penelitian dan pengajaran. Ilmuwan juga akan mempresentasikan pekerjaan mereka kepada publik dalam tur terpadu atau bengkel.

Bahan serat alami, biomimetika

Selama dua tahun terakhir, tim arsitek dan insinyur di Institute for Computational Design and Construction (ICD) dan Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE), Universitas Stuttgart, telah meneliti potensi penggunaan serat alami sebagai bahan bangunan, yakin bahwa mereka menawarkan alternatif yang menjanjikan dan berkelanjutan terhadap serat yang dihasilkan secara sintetis. Mereka telah menemukan dengan pavilion livMatS bahwa, selain menawarkan potensi untuk mengurangi jejak lingkungan bangunan dan menyediakan bahan yang dapat diperbarui untuk industri konstruksi, serat flax memiliki properti mekanis yang serupa dengan serat kaca rovings, memberikan kekakuan per bobot yang serupa, tetapi dengan energi tertanam yang jauh lebih rendah.

Selanjutnya, struktur ini melanjutkan kolaborasi penelitian yang berkelanjutan untuk menentukan bagaimana prinsip biologi — seperti sistem beban — dapat ditransfer dari alam ke arsitektur. Pavilion livMatS terinspirasi dari kaktus saguaro (Carnegiea gigantea) dan kaktus pear duri (Opuntia sp.), yang dikarakterisasi oleh struktur kayunya. Kaktus saguaro memiliki inti kayu silindris yang berongga di dalam dan oleh karena itu sangat ringan. Ini terdiri dari struktur kayu seperti jaring, yang memberikan stabilitas tambahan pada kerangka dan terbentuk sebagai hasil dari pertumbuhan bersama elemen kayu individu. Jaringan pada tupai sisi yang datar dari kaktus pear duri juga diikat dengan serat kayu seperti jaring, yang diatur dalam lapisan dan saling terhubung. Akibatnya, jaringan kaktus pear duri dikarakterisasi oleh kapasitas beban yang sangat tinggi. Dengan mengabstraksi struktur jaring ini, ilmuwan dapat mentransfer properti mekanis struktur serat bersilang ke elemen struktural ringan pavilion.

Desain dan Fabrikasi Integratif

Proyek ini memperluas lebih dari 10 tahun penelitian dalam konstruksi serat. Penelitian sebelumnya difokuskan pada penggunaan komposit serat sintetis dalam konstruksi, seperti serat kaca dan karbon, dalam kombinasi dengan metode desain komputasi canggih, simulasi, dan fabrikasi. Pavilion livMatS memperluas penelitian ini menuju metode konstruksi yang lebih berkelanjutan dengan serat flax alami dan menyelidiki penggunaan serat alami ini dalam aplikasi skala besar.

Elemen bangunan yang menahan beban diproduksi dengan proses ikatan filamen tanpa inti yang dikembangkan oleh tim proyek. Dalam pendekatan manufaktur aditif (AM) ini, robot dengan tepat menempatkan irisan serat pada bingkai ikatan. reportedly memungkinkan kalibrasi yang sasak dan artikulasi arsitektur dari orientasi, perselarasan, dan kepadatan serat untuk cocok secara tepat dengan persyaratan struktural dalam komponen, seperti inspirasi biologisnya. Menurut peneliti, bentuk komponen yang telah ditentukan hanya muncul melalui interaksi serat dalam bingkai ikatan, menghilangkan kebutuhan untuk cetakan atau inti tambahan. Selain itu, metode fabrikasi ini tidak menghasilkan sisa atau potongan. Selain itu, bingkai ikatan modular yang sama dapat digunakan untuk semua elemen yang bervariasi secara geometris. Ini mengarah pada efisiensi materi yang luar biasa ketika diukur terhadap bahan bangunan konvensional dan menghasilkan kapasitas beban yang tinggi.

Serat alami dan variabilitas biologisnya juga telah memberikan tantangan baru bagi peneliti, terutama terkait dengan alur kerja desain komputasi dan fabrikasi robotik, serta kontrol mesin. Alur kerja co-design ini awalnya dikembangkan untuk bahan sintetis dan oleh karena itu homogen dan sekarang perlu disesuaikan dengan properti materi serat flax. Penyesuaian model desain komputasi integratif ini memungkinkan properti materi yang heterogen untuk member informasi desain dan perencanaan komponen individual serta struktur secara keseluruhan. Properti mekanis spesifik serat alami juga memerlukan rekonfigurasi proses fabrikasi robotik.

Pavilion livMatS dilapisi kulit policarbonat tahan air, yang tidak hanya memberikan perlindungan cuaca tetapi juga melindungi serat dari radiasi UV langsung dan kelembaban dari hujan atau salju.

Demonstrator Terpadu untuk Konstruksi Berkelanjutan

Struktur beban dari pavilion livMatS terdiri dari 15 komponen serat flax, yang difabrikasi secara eksklusif dari serat alami spun kontinu, serta elemen top fibrous di atas struktur. Elemen-elemen bervariasi dalam panjang keseluruhan dari 4,50 hingga 5,50 meter dan hanya 105 kilogram rata-rata. Seluruh struktur serat berat sekitar 1,5 ton sambil menutupi area 46 meter persegi. Desain akhir mematuhi kode bangunan Jerman dan persyaratan izin struktural terkait serta serangkaian kombinasi beban termasuk beban angin dan salju.

Perkembangan penelitian terkait proses komputasi, fabrikasi robotik, serta sistem materi baru dikembangkan oleh tim lintas disiplin mahasiswa ITECH dan peneliti ICD/ITKE di Universitas Stuttgart dan divalidasi melalui fabrikasi serangkaian prototipe pertama dari komponen serat alami. Data produksi kemudian dihasilkan dan diteruskan ke mitra industri proyek FibR GmbH (Stuttgart, Jerman) untuk produksi 15 komponen struktural.

Proyek ini melanjutkan serangkaian demonstrator bangunan eksperimental dan sangat inovatif yang dirancang dan direalisasikan oleh tim lintas disiplin peneliti dan mahasiswa di ICD/ITKE Universitas Stuttgart. Ini juga memperkuat kolaborasi yang sudah sukses antara Cluster of Excellence livMatS di Universitas Freiburg dan Cluster of Excellence IntCDC di Universitas Stuttgart. IntCDC bertujuan untuk merenungkan ulang desain dan konstruksi melalui teknologi digital untuk mengatasi tantangan ekologis, ekonomi, dan sosiologis yang dihadapi lingkungan bangunan. Visi livMatS adalah untuk menggabungkan alam dan teknologi untuk mengembangkan teknologi lingkungan dan energi terdepan. Karena sifatnya sendiri, pavilion menawarkan titik kontak untuk menyoroti kesamaan dan perbedaan antara bahan biologis dan teknis serta untuk menunjukkan kemungkinan yang ditawarkan bioinspirasi, misalnya dalam arsitektur tetapi juga di area teknologi lainnya.

Pengembangan ilmiah:

• Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister
• Manajemen Proyek: Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

Pengembangan konsep, pengembangan sistem, prototip:

• 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, Eda Özdemir, 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, Grzegorz Łochnicki, Francesco Milano, Yue Qi, Hooman Salyani, Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag

Pengembangan fasad:

• Tim Stark
• Dengan dukungan dari: Okan Basnak, Yanan Guo, Axel Körner
• Asisten mahasiswa: Matthew Johnson, Daniel Locatelli, Francesca Maisto, Mahdieh Hadian Rasanani, Lorin Samija, Anand Shah, Lena Strobel, Max Zorn