LivMatS 생체 모방 아마 섬유 파빌리온이 일반에 공개됩니다.

완성되어 대중에게 공개되는 live 독일 프라이부르크 대학교 식물원에 위치한 생체모방 구조물인 MatS Pavilion은 기존 건설 방법에 대한 실행 가능하고 자원 효율적인 대안을 제공하므로 건축의 지속 가능성을 향한 중요한 단계를 나타냅니다. 또한, 프로젝트 팀이 주장하는 하중 지지 구조를 갖춘 최초의 건물이라고 주장하는 것은 완전히 로봇으로 감긴 아마 섬유로 만들어졌으며 자연적으로 재생 가능하고 생분해되며 중부 유럽에서 지역적으로 이용 가능한 재료입니다.

천연 재료와 고급 디지털 기술의 새로운 조합으로 지원되는 이 전시관은 "건축을 위한 통합 컴퓨팅 설계 및 건설(IntCDC)" 클러스터의 ITECH 석사 프로그램의 건축가 및 엔지니어로 구성된 학제 간 팀의 성공적인 협력에서 비롯됩니다. 독일 슈투트가르트 대학교(University of Stuttgart)와 Cluster of Excellence의 생물학자들은 “Living, Adaptive and Energy-autonomous Material Systems(liv MatS)”(독일 프라이부르크 대학교)

팀에 따르면 생체에서 영감을 받은 전시관은 기하학적, 재료, 구조, 생산, 환경 및 미적 요구 사항을 동시에 고려하는 새로운 공동 설계 프로세스와 천연 재료에 적용된 고급 로봇 제작 기술이 동시에 생태적이고 표현적인 건축. 구조적 아마 요소의 독특하고 복잡한 표면 모양은 격자 구조와 생물학적 시스템의 토속적 예를 모두 연상시킵니다.

향후 5년 동안 라이브 MatS Pavilion은 Freiburg 대학의 야외 강의실, 특히 연구 및 교육 장소로 "자연 속의 자연에서 배우기"라는 개념 내에서 Botanic Garden을 사용하는 Freiburg 대학의 야외 강의실 역할을 할 것입니다. 과학자들은 가이드 투어나 워크숍을 통해 대중에게 자신의 작업을 발표할 것입니다.

천연 섬유 소재, 생체모방

지난 2년 동안 슈투트가르트 대학의 ICD(Institute for Computational Design and Construction)와 ITKE(Institute of Building Structures and Structural Design)의 건축가 및 엔지니어 팀은 천연 섬유를 재료로 사용할 가능성을 조사했습니다. 건축 자재는 합성 섬유에 대한 유망하고 지속 가능한 대안을 제시한다고 믿습니다. 그들은 live와 함께 찾았습니다 MatS 파빌리온은 건물의 환경 발자국을 줄일 수 있는 가능성을 제공하고 건설 산업을 위한 재생 가능한 재료를 제공하는 것 외에도 아마 섬유는 기계적 특성이 유리 섬유 로빙과 비슷하여 중량당 유사한 강성을 제공하지만 훨씬 낮은 내재 에너지.

또한 이 구조는 하중 지지 시스템과 같은 생물학의 원리를 자연에서 건축으로 옮길 수 있는 방법을 결정하기 위해 오랜 연구 협력을 계속하고 있습니다. 라이브 MatS 파빌리온은 saguaro 선인장(Carnegia gigantea ) 및 가시 배 선인장(Opuntia sp.), 목재 구조가 특징입니다. 사와로 선인장은 내부가 비어 있어 특히 가벼운 원통형 나무 코어를 가지고 있습니다. 그것은 골격에 추가적인 안정성을 제공하고 개별 목재 요소의 상호 성장의 결과로 형성되는 그물과 같은 목재 구조로 구성됩니다. 가시 배 선인장의 평평한 측면 싹의 조직은 층으로 배열되고 상호 연결된 그물 모양의 목질 섬유 다발과 짜여져 있습니다. 결과적으로 가시 배 선인장의 조직은 특히 높은 하중 지지력을 특징으로 합니다. 이러한 네트워크 구조를 추상화함으로써 과학자들은 가교된 섬유 구조의 기계적 특성을 파빌리온의 경량 구조 요소로 전달할 수 있었습니다.

통합 설계 및 제작

이 프로젝트는 섬유 건설에 대한 10년 이상의 연구를 통해 확장됩니다. 이전 연구는 고급 계산 설계, 시뮬레이션 및 제조 방법과 결합하여 유리 및 탄소 섬유와 같은 건설에서 합성 생산된 섬유 복합 재료의 사용에 중점을 두었습니다. 라이브 MatS 파빌리온은 이 연구를 천연 아마 섬유를 사용한 보다 지속 가능한 건축 방법으로 확장하고 이러한 천연 섬유를 대규모 응용 분야에서 사용하는 방법을 조사합니다.

내 하중 건물 요소는 프로젝트 팀에서 개발한 코어리스 필라멘트 와인딩 공정으로 생산됩니다. 이 적층 제조(AM) 접근 방식에서 로봇은 섬유 다발을 와인딩 프레임에 정확하게 배치합니다. 이를 통해 생물학적 영감에서와 같이 구성 요소의 구조적 요구 사항에 정확히 맞게 섬유의 방향, 정렬 및 밀도를 목표로 교정하고 구조적으로 연결할 수 있습니다. 연구원에 따르면 미리 정의된 구성 요소 모양은 권선 프레임 내에서 섬유의 상호 작용을 통해서만 나타나므로 추가 금형이나 코어가 필요하지 않습니다. 또한, 이 제조 방법은 폐기물이나 부스러기를 생성하지 않습니다. 또한 기하학적으로 다양한 모든 요소에 동일한 모듈식 와인딩 프레임을 사용할 수 있습니다. 이는 기존 건축 자재와 비교하여 측정할 때 우수한 자재 효율성으로 이어지며 결과적으로 높은 하중 지지력을 제공합니다.

천연 섬유와 생물학적 다양성은 특히 컴퓨터 설계 및 로봇 제작 워크플로, 기계 제어와 관련하여 연구자에게 새로운 과제를 제시했습니다. 이러한 공동 설계 워크플로는 처음에 합성 및 균질한 재료용으로 개발되었으며 이제는 아마 섬유의 재료 특성에 맞게 조정해야 합니다. 통합 계산 설계 모델의 이러한 조정을 통해 이기종 재료 속성이 개별 구성요소의 설계 및 계획과 전체 구조에 정보를 제공할 수 있었습니다. 천연 섬유의 특정 기계적 특성 때문에 로봇 제조 공정의 재구성도 필요했습니다.

라이브 MatS 파빌리온은 방수 폴리카보네이트 스킨으로 덮여 있어 날씨 보호 기능을 제공할 뿐만 아니라 직접적인 UV 복사와 비나 눈의 습기로부터 섬유를 보호합니다.

지속 가능한 건설을 위한 통합 실증기

liv의 하중 지지 구조 MatS 파빌리온은 15개의 아마 섬유 구성요소로 구성되며, 연속적으로 방적된 천연 섬유와 구조 상단의 섬유 캡스톤 요소로만 로봇으로 사전 제작됩니다. 요소의 전체 길이는 4.50m에서 5.50m까지 다양하며 평균 무게는 105kg에 불과합니다. 전체 섬유 구조의 무게는 약 1.5톤이며 면적은 46제곱미터입니다. 최종 설계는 독일 건축법과 관련 구조 허가 요건 및 바람 및 눈 하중을 포함한 하중 조합 세트를 준수합니다.

계산 프로세스, 로봇 제작 및 신소재 시스템과 관련된 연구 개발은 슈투트가르트 대학의 ITECH 학생과 ICD/ITKE 연구원으로 구성된 학제 간 팀에 의해 개발되었으며 첫 번째 시리즈의 프로토타입 제작으로 검증되었습니다. 천연 섬유 성분의 그런 다음 생산 데이터가 생성되어 15개 구조 구성 요소의 생산을 위해 프로젝트의 산업 파트너인 FibR GmbH(독일 슈투트가르트)에 전달되었습니다.

이 프로젝트는 ICD/ITKE 슈투트가르트 대학의 연구원 및 학생으로 구성된 학제간 팀이 설계하고 실현한 일련의 성공적인 실험적이고 매우 혁신적인 건물 시연기를 계속합니다. 또한 Cluster of Excellence liv 간의 이미 성공적인 협업을 더욱 강화합니다. 프라이부르크 대학의 MatS와 슈투트가르트 대학의 IntCDC 클러스터 우수성. IntCDC는 건축 환경이 직면한 생태적, 경제적, 사회문화적 문제를 해결하기 위해 디지털 기술을 통해 설계 및 건설을 재고하는 것을 목표로 합니다. live의 비전 MatS는 자연과 기술을 결합하여 첨단 환경 및 에너지 기술을 개발하는 것입니다. 본질적으로 파빌리온은 생물학적 및 기술적 재료 간의 유사점과 차이점을 강조하고 예를 들어 건축뿐만 아니라 기술의 다른 영역에서도 생체 영감이 제공하는 가능성을 보여주기 위한 접점을 제공합니다.

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과학적 발전:

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마르타 길 페레즈, 세르반 보데아, 니콜로 담브로시오, 바스 롱겐, 크리스토프 제흐마이스터

프로젝트 관리:Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

개념 개발, 시스템 개발, 프로토타이핑:

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2018-2020:Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, 장정우, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihac 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 sŁochani, 프랑스 Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag

외관 개발:

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팀 스타크

지원:Okan Basnak, Yanan Guo, Axel Körner

학생 지원:Matthew Johnson, Daniel Locatelli, Francesca Maisto, Mahdieh Hadian Rasanani, Lorin Samija, Anand Shah, Lena Strobel, Max Zorn