Πηγή άρθρου: Ινστιτούτο Υπολογιστικού Σχεδιασμού και Κατασκευής (ICD) του Πανεπιστημίου της Στουτγκάρδης. Φωτογραφίες: Από το Πανεπιστήμιο ICD της Στουτγκάρδης. https://www.icd.uni-stuttgart.de/ Επιμέλεια - Απόδοση: Γιάννακας Ιωάννης | Εκδόσεις eWOOD.
Ερευνητές του Ινστιτούτου Υπολογιστικού Σχεδιασμού και Κατασκευής (ICD) του Πανεπιστημίου της Στουτγκάρδης, δημιούργησαν ένα πρωτότυπο μιας ξύλινης καρέκλας και μιας ξαπλώστρας, που έχουν μια καταπληκτική και μοναδική δυνατότητα.
Όταν βγουν από τη συσκευασία τους, μπορούν να συναρμολογούνται από μόνα τους και να παίρνουν το τελικό τους σχήμα χωρίς καμία ανθρώπινη παρέμβαση!
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές: «Πρόκειται για μια καινοτόμο και άκρως πρωτοποριακή ιδέα μοναδική στο είδος της, που ανοίγει νέους δρόμους στο σχεδιασμό επίπλων για πραγματικά αυτοσχηματιζόμενα έπιπλα».
Η συλλογή ονομάζεται HygroShape και προς το παρόν περιλαμβάνει μια τυπική ξύλινη καρέκλα με το όνομα Η1 και μια ξύλινη ξαπλώστρα με το όνομα Η2, που συσκευάζονται και αποστέλλονται μέσα σε μια επίπεδη συσκευασία.
Το μόνο που έχουν να κάνουν οι καταναλωτές όταν ανοίξουν τη συσκευασία, είναι να αφήσουν τα περιεχόμενα ξύλινα κομμάτια ελεύθερα για 8-12 ώρες και αυτά θα πάρουν από μόνα τους το τελικό σχήμα του επίπλου.
Πως ακριβώς συμβαίνει αυτό.
Η ιδέα των ερευνητών για αυτοσχηματιζόμενα έπιπλα, βασίζεται στη φυσική ιδιότητα της ρίκνωσης του ξύλου όταν αυτό χάνει υγρασία, μια ιδιότητα που συμβαίνει στα κυτταρικά του τοιχώματα, τα οποία διαστέλλονται ή αντίστοιχα συστέλλονται, με βάση την ποσότητα του νερού που υπάρχει σε αυτά.
Η φρεσκοκομμένη χλωρή ξυλεία έχει από τη φύση της υψηλή περιεκτικότητα σε νερό.
Αφού η ομάδα των ερευνητών κόψει το δέντρο σε τεμάχια, χρησιμοποιεί ένα ειδικό λογισμικό, που αναλύει την ακριβή περιεκτικότητα του τεμαχισμένου ξύλου σε νερό και που τους βοηθά να κατανοήσουν πώς θα λυγίσει το κάθε κομμάτι καθώς ξηραίνεται με φυσικό τρόπο.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο υπολογιστικού σχεδιασμού, διαλέγουν τα κομμάτια εκείνα που κατά το στέγνωμά τους, θα λυγίσουν με τον ίδιο ή παρόμοιο τρόπο και τα συναρμολογούν μεταξύ τους σε μορφή σάντουιτς που στο σύνολό του αποτελείται από λεπτά επίπεδα κομμάτια.
Τα επίπεδα ξύλινα κομμάτια που προκύπτουν, στη συνέχεια συσκευάζονται ώστε να «παγιδεύσουν» την υγρασία τους.
Μόλις αυτά βγούνε από τη συσκευασία τους και έρθουν σε επαφή με τον αέρα του περιβάλλοντος χώρου, αρχίζουν να ξηραίνονται και να καμπυλώνουν από μόνα τους, με αποτέλεσμα μέσα σε λίγες ώρες, να αυτοδιαμορφώνονται και να αποκτούν το τελικό τους σχήμα που στην προκειμένη περίπτωση είναι μια καρέκλα ή αντίστοιχα μια ξαπλώστρα.
Αυτή η αυτοδιαμόρφωση προκύπτει από τη ρίκνωση που συμβαίνει εντελώς φυσικά σε όλα τα ξύλινα υλικά.
«Συμβαίνει αβίαστα και χωρίς ανθρώπινη αλληλεπίδραση, εργαλεία ή οδηγίες συναρμολόγησης, ξετυλίγεται δε ομαλά και τόσο γρήγορα, όσο και μέσα σε μια νύχτα», αναφέρει η ομάδα των ερευνητών.
Μόλις τα κομμάτια αυτοδιαμορφωθούν, «κλειδώνουν» μηχανικά μεταξύ τους, δημιουργώντας έτσι την απαιτούμενη σταθερότητα, ενώ διατηρούν μια ενεργή εργονομική λειτουργία μέσω μικρών αρμονικών κινήσεων.
Προγραμματισμός υλικών για 4D κατασκευή ξύλου.
Το HygroShape εφαρμόζει μια νέα προσέγγιση προγραμματισμού υλικού για ψηφιακό σχεδιασμό και κατασκευή, στην οποία λειτουργίες όπως η κίνηση, κωδικοποιούνται φυσικά μέσα στο σύστημα υλικών.
Το ξύλο θεωρείται ως ένα εξαιρετικά «προγραμματιζόμενο» υλικό στο οποίο μια αλλαγή τόσο του όγκου του όσο και της ακαμψίας του μπορεί να συσχετιστεί με ακρίβεια με μια αλλαγή της περιεκτικότητα του σε υγρασία.
Αυτό το υγροσκοπικό φαινόμενο, συνδέεται με τη μοναδική ανισότροπη ινώδη σύνθεση των κυτταρικών τοιχωμάτων του ξύλου, τα οποία διογκώνονται όταν βρέχονται και ρικνώνονται κατά την ξήρανση, ενώ ταυτόχρονα παρέχουν αξιοσημείωτη απόδοση αντοχής σε σχέση με το βάρος τους.
Οι ιδιότητες αυτές είναι γνωστές στην τέχνη της ξυλουργικής, καθώς όταν δεν ελέγχονται κατά τη διαδικασία της ξήρανσης του ξύλου, μπορούν να οδηγήσουν σε μεγάλες και ανεξέλεγκτες παραμορφώσεις.
Αντίθετα, στην περίπτωση του HygroShape οι δυνάμεις αυτές γίνονται αντιληπτές με μεγάλη προσοχή και αξιοποιούνται για να δημιουργήσουν ισχυρές και προβλέψιμες κινήσεις που τροφοδοτούνται απευθείας από το ίδιο το υλικό που είναι το ξύλο.
Η έννοια HygroShape βασίζεται στη σχεδιασμένη αξιοποίηση της φυσικής ρίκνωσης που συμβαίνει σε όλα τα ξύλινα υλικά μετά τη συγκομιδή και την εξισορρόπησή τους με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται.
Χρησιμοποιώντας εξαιρετικά συντονισμένες μεθόδους υπολογιστικού σχεδιασμού, τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του ξύλου ως υλικού, ψηφιοποιούνται και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό και τον σχηματισμό ενός συγκεκριμένου τεμαχίου, που μπορούν να το κατευθύνουν στο να πάρει τη μορφή μιας προσχεδιασμένης διαμόρφωσης.
Με τον τρόπο αυτό, παράγονται επίπεδες πολυστρωματικές δομές ξύλου, με περίπλοκη εσωτερική διάταξη και περιεκτικότητα σε υγρασία. Στη συνέχεια, τα τεμάχια σφραγίζονται και μεταφέρονται στον τελικό χρήστη, όπου η έκθεση σε περιβάλλον πολύ διαφορετικό από την παραγωγή, ξεκινά την ακολουθία ενεργοποίησης της διαμόρφωσής τους σε τελικό προϊόν.
Πέρα από την επίπεδη συσκευασία, την αυτόνομη διαμόρφωση και συναρμολόγηση.
Ιστορικά, τα έπιπλα διαμορφώνονται σε ένα εργοστάσιο ή από έναν τεχνίτη και στη συνέχεια μεταφέρονται στην τρισδιάστατη μορφή τους στην κατοικία όπου θα χρησιμοποιηθούν.
Πιο πρόσφατα, ο σχεδιασμός και η κατασκευή μετατοπίστηκαν προς την ιδέα της επίπεδης συσκευασίας (flatpack), στην οποία οι συλλογές τμημάτων παράγονται ειδικά για να τοποθετηθούν σε μια συμπαγή επίπεδη συσκευασία για αποτελεσματική μεταφορά στον τελικό χρήστη. Αυτό αφήνει την ευθύνη της συναρμολόγησης στον χρήστη, μια διαδικασία που απαιτεί οδηγίες, εργαλεία και αρκετό χρόνο. Παράλληλα, ο σχεδιασμός των επίπλων επίπεδης συσκευασίας περιορίζεται άμεσα από τους περιορισμούς μεταφοράς και κατασκευής.
Το HygroShape εισαγάγει μια νέα επίπεδη συσκευασία, στην οποία η διαμόρφωση ενσωματώνεται απευθείας στο ίδιο το υλικό, οδηγώντας το σε μια απλή και αβίαστη συναρμολόγηση.
Κάθε τεμάχιο κατασκευάζεται και μεταφέρεται σε μια εξαιρετικά αποδοτική επίπεδη κατάσταση με συνολικό πάχος μικρότερο από 3 cm, με τη δυνατότητα μετέπειτα διαμόρφωσης σε ύψος 50 cm, που αποτελεί και το τυπικό ύψος μιας καρέκλας, το οποίο αντιπροσωπεύει μια μεγάλη αύξηση του ορίου του όγκου του έως και 30 φορές.
Διαμόρφωση με τη βοήθεια της φύσης.
Τα έπιπλα HygroShape, βασίζονται στις βασικές βιομιμητικές αρχές που έχουν εντοπιστεί και στον τρόπο που λειτουργούν τα λέπια που έχουν οι κώνοι των κωνοφόρων δέντρων (strobilus) και στους λοβούς των σπόρων της οξιάς (Fagus sylvatica), οι οποίοι ανοίγουν παθητικά για να απελευθερώσουν τους σπόρους τους.
Κάθε κλίμακα του κώνου του πεύκου είναι κατασκευασμένη από ένα ανισότροπο σύνθετο ινώδες υλικό, που σχηματίζεται τόσο για την προστασία του σπόρου από τους θηρευτές, όσο και στο να δημιουργεί μια διπλή λειτουργική στοιβάδα, στην οποία όταν ο κώνος είναι ζωντανός, να διατηρεί υψηλή ποσότητα υγρασίας. Ωστόσο, όταν ο κώνος πέφτει από το δέντρο, τα λέπια του ξηραίνονται με αποτέλεσμα να ανοίγουν αργά και να απελευθερώνουν τον σπόρο.
Όπως και τα λέπια του κώνου, το HygroShape χρησιμοποιεί μια παρόμοια αρχή παθητικής διαμόρφωσης μέσω της ξήρανσης, καθιστώντας τη διαμόρφωση αξιόπιστη, στιβαρή και με μηδενική λειτουργική ενέργεια.
Χρησιμοποιώντας μια κατασκευή που αποτελείται από ένα μόνο υλικό, που στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι μόνο από ξύλο, τέτοιες λειτουργίες υψηλής τεχνολογίας μπορούν να επιτευχθούν αξιοποιώντας μόνο τις εγγενείς ιδιότητες των αειφορικών φυσικών πόρων, αντί για συνθετικά υλικά υψηλής τεχνολογίας.
Καθώς μετά τη συγκομιδή του ξύλου παρατηρείται σε αυτό μια φυσική απώλεια νερού, στην περίπτωση του HygroShape χρησιμοποιείται επιπλέον μια ακίνδυνη διαδικασία απελευθέρωσης της υγρασίας (εκρόφηση) για τη δημιουργία εξαιρετικά λειτουργικών σχημάτων, με στοχευμένα βήματα κατασκευής που δημιουργούνται με ένα ελαφρύ άγγιγμα. Έτσι, τα κομμάτια που προκύπτουν μπορούν να θεωρηθούν όχι μόνο βιολογικά, αλλά και βιολογικά διαμορφωμένα.
Δυναμικός σχεδιασμός και λειτουργία.
Ο σχεδιασμός κάθε κομματιού του HygroShape προκύπτει από τη μοναδική συμπεριφορά του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο.
Η σχεδιαστική «γλώσσα» επικεντρώνεται στην κομψή καμπυλότητα μέσα από λεπτές επιφάνειες. Το αποτέλεσμα είναι μια σταθερή αλλά και εύκαμπτη δομή για μια δυναμική αλληλεπίδραση με το σώμα. Ενώ το συνολικό σχήμα και η σταθερότητα είναι εγγυημένα, οι φυσικές παραλλαγές στη δομή των υλικών, προσδίδουν σε κάθε κομμάτι μια εκλεπτυσμένη οργανική μοναδικότητα.
Μετά την αυτοδιαμόρφωση, το ξύλινο υλικό διατηρεί την ικανότητα να εκτελεί ομαλές συνεχείς αλλαγές στο σχήμα του, σε συνεχή ισορροπία με το περιβάλλον. Στην ουσία η παθητική κίνηση του υλικού, μετατρέπεται σε ενεργητική εργονομία, δημιουργώντας έτσι ένα έπιπλο που ζει μαζί με τον χρήστη και το περιβάλλον του.
Μέχρι σήμερα για την κατασκευή των δυο πρωτοτύπων επίπλων, της καρέκλας και της ξαπλώστρας, η ερευνητική ομάδα έχει χρησιμοποιήσει ξύλο σφενδάμου, οξιάς, φράξου, ελάτης και κερασιάς, ενώ παράλληλα έχει δημιουργήσει και μια spin-off εταιρεία με το όνομα «hylo tech» προκειμένου να συνεχίσει την έρευνα και την εφαρμογή μέσω νέων μεθόδων αυτοδιαμόρφωσης και σε άλλα προϊόντα που προέρχονται από ξύλο.
Όπως αναφέρει η «hylo tech», χρησιμοποίησε ως πρόθεμα στον τίτλο της την ελληνική λέξη “ύλη” «hyle» μετατρέποντας την ευρηματικά σε “ύλη και ξύλο” «hylo», θέλοντας έτσι να συνδυάσει την ύλη και το ξύλο και να τονίσει μέσω της φιλοσοφικής έννοιας τoυ υλοζωισμού, ότι όλη η ύλη είναι πάντα ζωντανή!
ΟΜΑΔΑ ΕΡΓΟΥ:
ICD Institute for Computational Design and Construction, University of Stuttgart
Dr.-Ing. Dylan Wood (PI), Laura Kiesewetter, Καθ. Achim Menges.
Με την υποστήριξη των: Robert Faulkner, Denitsa Koleva, Kristina Schramm, Lena Strobel και Ramon Weber.
Επιστημονική συνεργασία:
Institute for Wood Technology, Dresden & Institute for Forest Utilization and Forest Technology, TU Dresden.
Prof. Dr. Markus Rüggeberg.
ETH Zürich.
Dr. Philippe Grönquist.
Υποστήριξη έργου:
University of Stuttgart – Fund for Knowledge and Technology Transfer.
Henkel AG.
Schönweiler GmbH.
GETTYLAB.
Ιστοσελίδες:
https://www.icd.uni-stuttgart.de/
https://www.icd.uni-stuttgart.de/projects/hygroshape/
https://www.hylo.tech/
