UNIVERSITATEA DE ARHITECTURĂ ŞI URBANISM ,,ION MINCU’’

Şcoala doctorală “SPAŢIU, IMAGINE, TEXT, TERITORIU”

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ

ÎN ARHITECTURĂ

- REZUMAT -

Coordonator științific:

prof. dr. arh. Dorin ȘTEFAN

drd. arh. Mariana CĂLUGĂRIŢĂ

mai 2015

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

2

Morfogeneza digitală în arhitectură se referă la procesul de generare a formelor cu

ajutorul computerului care are la bază un set de reguli analoage morfogenezei specifice

sistemelor naturale.

Studiul realizat are un caracter interdisciplinar şi vizează lucrul cu noțiuni ce aparțin

unor domenii ştiințifice diferite: de la arhitectură, biologie până la inteligență artificială și

ştiințele complexității, și are intenția de a demonstra faptul că evoluția tehnologică, prin

dezvoltarea unor noi tehnici de design precum morfogeneza digitală, poate contribui la crearea

unei arhitecturi sustenabile care să se încadreze cât mai bine în context și care să poată

satisface diferitele cerințe printr-o utilizare eficientă a resurselor alocate.

Aria de cercetare şi domeniile implicate

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

3

Contribuția personală constă în modul de expunere, logica discursului și a parcursului

narativ, în analiza critică și argumentată a modalităților de generare a formei cu ajutorul acestei

tehnici precum și a conceptelor filozofice care stau la baza morfogenezei digitale. Lucrarea

reprezintă o viziune personală și poate constitui o bază teoretică pentru cei interesați în a

explora noi modalități de generare a formei. Aceasta este subîmpărțită în șase capitole care au

un caracter diferit, în funcție de perspectiva de dezbatere a subiectului.

În introducere descriu succint contextul social, cultural și tehnologic propice adoptării

de noi moduri de concepere a unui proiect, pentru o arhitectură în continuă transformare;

climatul economic imprevizibil este favorabil experimentarii unor tehnici de design care să

valorifice inteligent resursele din ce în ce mai limitate.

Capitolul despre biomimetică reprezintă un studiu introductiv în cadrul căruia se dau

definiții ale acestui termen, se face o clasificare a tipurilor de influiență pe care o poate avea

asupra conceptului arhitectural și se dau exemple de proiecte pentru fiecare tip în parte. În

principiu se prezintă cum și de ce natura poate constitui o sursă de inspirație în realizarea unui

proiect.

1

2 1

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

4

În continuare se dau definiții ale morfogenezei digitale, sunt descrise principiile de

funcționare, diferențele față de alte tehnici deja consacrate, avantajele și dezavantajele utilizării

ei și se dau exemple de proiecte realizate în această manieră.

Autoorganizarea și emergența sunt procese care stau la baza morfogenezei sistemelor

naturale însă în urma algoritmizării pot fi încorporate în programele de generare a formei în

mediul digital.

În capitolul despre formă și comportament în arhitectura considerată pe criterii de

performanță este argumentată trecerea de la o arhitectură la care forma găzduiește o funcțiune

potrivită, către o arhitectură a proceselor și a fluxurilor generatoare de formă.

În continuare se explică cum, în analogie cu sistemele biologice, procesul de

transformare a unei forme poate fi matematizat pentru a fi preluat în programele de căutare

formală utilizate de arhitecți.

Posibilitatea generării formei cu ajutorul parametrilor demonstrează faptul că

morfogeneza digitală subscrie doctrinei parametricismului, descriind mai detaliat ceea ce

Patrick Schumacher definește a fi ,,un nou stil arhitectural.”

1. Biomimetică de tip vizual: Yellow Treehouse Restaurant - construcția preia forma coconului de molie

2. Cocon de molie

3. Biomimetică de tip conceptual: Eastgate Center, Zimbabwe – construit pe aceleași principii ca și

mușuroiul de termite, construcția beneficiază de un sistem de climatizare bazat pe sistemul de reglare a

temperaturii din mușuroi, unde aerul este tras înăuntru la bază și eliminat la zona superioară, micșorând

astfel consumul de energie al clădirii. Temperatura interioară este menținută la un nivel scăzut fără a fi

folosite instalații de climatizare. Este utilizată 10% din energia consumată pentru racirea unei clădiri

convenționale de aceeași dimensiune.

4. Biomimetică de tip computațional: propunere cladire operă în Stadtpark, Viena @ Philip H. Wilck -

University of Applied Arts Viena

4 3

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

5

Înțelegerea procesulului de parametrizare este esențială pentru buna utilizare a unui

program de generare asistată. Manufactura digitală reprezintă una dintre facilitățile oferite de

acest tip de design.

Căutarea formală se referă la principiile și metodele de optimizare ce trebuie aplicate

într-un proiect care își propune să utilizeze în mod eficient resursele alocate. Sunt prezentați

pionierii încercărilor de a găsi în mod empiric forma optimă pentru un anumit scenariu.

Elocvente în acest sens sunt experimentele lui Antoni Gaudi, Frei Otto precum și ale

discipolilor acestora. Căutarea formei optime cu ajutorul computerului reprezintă varianta

analoagă în mediul digital a metodei empirice. Sunt descrise posibilitățile și constrangerile de

ordin tehnic dar și conceptual, precum și modul de materializare prin tehnici de fabricație

digitală.

Designul generativ evolutiv reprezintă o metodă de generare a formei care pornește de

la un anumit scenariu de condiționări fără a se ști de la început rezultatul final. Este o tehnică

alternativă de design cu aplicații locale în cazul unui proiect de anvergură. Sunt utilizați

algoritmi genetici care au capacitatea de optimizare prin generarea unor posibile soluții la o

problemă. Pentru o mai bună înțelegere este explicat modul de funcționare al solver-ului

Galapagos care este un plug-in de Grasshopper.

Ontologia deleuziană asigură o mai bună înțelegere a lucrului cu sistemele virtuale și

reprezentă baza conceptuală la care fac referire arhitecții atunci când recurg la designul

generativ. Aceasta oferă un impuls teoretic și o cale filozofică pentru ca arhitectura să ia în

considerare mai conștiincios și mai productiv morfogeneza digitală. Rizomul, concept

deleuzian la care se face cel mai des apel, demonstrează faptul că procesele generatoare de

formă se datorează unor câmpuri informaționale inerente materiei.

Tiparele morfogenetice reprezintă urma concretă în materie a acestor procese

generatoare de formă, putând fi observate la diferite scări și în nenumărate feluri: de la galaxii

și sisteme solare până la vietăți sau forme de relief.

Biomimetica în arhitectură demonstrează posibilitatea aplicării principiilor de

funcționare a sistemelor biologice în procesul de generare a formelor arhitecturale. O

colaborarea directă între cele două domenii este necesară în vederea orientării către un mediu

construit performant care să țină cont de criteriile actuale de sustenabilitate(cum ar fi un

consum minim de energie, emisie mică de gaze cu efect de seră, reciclarea elementelor

componente după ce clădirea a iesit din uz, amprentă ecologică cât mai redusă etc.) Se poate

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

6

spune că morfogeneza digitală este o biomimetică de tip computațional. Spre deosebire de ceea

ce se întâmplă în natură, computația digitală are limitările sale deoarece implică reducerea

lumii la un set limitat de date care pot fi simulate digital şi care nu vor putea niciodata

reconstitui în totalitate complexitatea unui sistem natural.

Achim Menges, specialist în acest tip de design, afirmă faptul că morfogeneza digitală

trebuie considerată ,,o metodă alternativă de generare a formei în arhitectură care facilitează

dezvoltarea unei complexități morfologice și a unor capacități performante, fară a considera

procesele de generare și de materializare a formei ca fiind etape distincte.”

Pornind de la faptul că sistemele materiale nu sunt derivate ale unor elemente

constructive ci agenți generativi ai procesului de design, această metodă de abordare valorifică

capacitățile intrinseci, performanțele latente și configurațiile specifice ale materialelor utilizate.

Diferența dintre modul clasic de a iniția un design şi cel propus constă în faptul că forma este

Hygroscope – Meteorosensitive

Morphology @ Achim Menges,

Steffen Reichert - Centre

Pompidou, Paris(2012)

Proiectul propune un nou tip de

suprafață inteligentă bazată pe

combinația dintre calitățile

inerente ale materialului și

morfogeneza computațională.

Proprietatea lemnului de a-și

modifica dimensiunea în contact

cu umezeala este utilizată pentru

a genera un sistem material care

să reacționeze la fluctuațiile de

umiditate din aer. Fantele se

închid/deschid ca reacție la

schimbările din mediu fără a

utiliza o tehnologie specială și

fără consum de energie.

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

7

generată şi nu impusă. Noua viziune în ceea ce priveşte conceptul arhitectural intenționează să

combată hegemonia procesului de stabilire a formei de tip top-down, propunând în schimb o

logică de căutare a formei după principiul bottom-up; în acest fel accentul cade pe performanţa

materialelor şi nu pe aspect, pe proces şi nu pe reprezentare, pe formare şi nu pe formă. Astfel

că forma nu mai reprezintă punctul de referinţă al demersului arhitectural ci un discurs generat

de componentele formatoare.

Însă aplicarea exclusivă a unui tip de proiectare de tip bottom-up nu este întotdeauna

posibilă; de aceea se propune ca alternativă un model hibrid de abordare care să combine într-

un mod abil cele două metode.

Conceperea relației dintre micro-scara componentelor materialului și macro-scara

sistemului material ca o relație continua și reciprocă deschide vaste direcții de cercetare.

Proprietățile și comportamentul materialului precum și caracteristicile procesului de punere în

operă nu mai funcționează drept constrângeri ce trebuie incluse în proiect ci reprezintă sursa

explicativă a unor decizii de design.

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

8

1. Structura unui fagure

2. Studiu suprafaţă parametrică - Achim Menges, A&A Londra

Proiectul studiază o structură de tip fagure constituită din două layere diferite în care fiecare celulă poate avea

dimensiune, formă sau direcție diferite.

Reactivitatea la factorii climatici este considerată o caracteristică critică a arhitecturii

performative care este în general o funcție tehnică îndeplinită de o multitudine de senzori

mecanici și electronici, ce acționează asupra unor dispozitive reglându-le activitatea. În

contrast cu această supraimpunere de echipamente hight-tech pe materiale de construcție de

altfel inerte, este sugereată o strategie fundamental diferită no-tech la care capacitatea de

reacție este integrată în însăși materialitatea elementelor componente. Preluarea acestor

strategii de design prin programarea fizică a sistemelor materiale în loc de a le dota cu

dispozitive tehnice poate face trecerea de la paradigmă mecanică căre una biologică de

arhitectură ecologică.

Spre deosebire de metodele tradiționale de generare a formei, care stabilesc criteriile de

performanță la început pentru ca apoi să se decidă forma potrivită, noua abordare pornește de la

definirea unor parametri de control non-finiți și a unor registre de performanță care definesc

potențiale relative și nu absolute. Astfel, conceptul este definit de procese și determinat de

reguli generatoare de formă și nu de componente; acesta trebuie să aibă o formă generică și

universală pentru a putea fi exprimat într-o varietate de structuri și configurații spațiale, în

funcție de context. Este însă necesar ca această abordare generică să fie explicită și suficient de

riguroasă pentru a putea fi codată.

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

9

Există o multitudine de programe de modelare asistată pe calculator care fac

presupuneri implicite sau explicite asupra formei și manipulării acesteia. Conceptele pot fi

astfel dezvoltate, descrise, vizualizate și evaluate în funcție de performanța pe care ar putea-o

avea în contextul real, fără a mai irosi fonduri cu realizarea efectivă sau consum de timp cu

întocmirea părților desenate. Este esențial să înțelegem posibilitățile și constrângerile de ordin

tehnic și conceptual și să fim capabili să ne adaptăm la funcțiile programului. Mulți arhitecți

deja au o rutină formată în acest sens, au strategii personale pe care le adaptează în funcție de

circumstanțe. Aceste strategii sunt uneori atât de evidente și de bine conturate încât proiectele

realizate sunt recunoscute cu ușurință.

Ceea ce aduce în plus această metodă de proiectare față de modul clasic de utilizare a

computerului în domeniul arhitecturii este faptul că acesta nu mai este considerat doar o

unealtă sofisticată folosită exclusiv pentru vizualizare/reprezentare ci și un dispozitiv care

influiențează/contribuie la procesul de creare/generare a formei; simpla proteză care uşura

munca arhitectului este acum și o unealtă de optimizare a proceselor care poate oferi modalități

mai riguroase de a găsi posibile soluții.

Metropol Parasol - MAYER Architects, Sevilia (proiect realizat cu o tehnicăde fabricaţie digitală)

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

10

Astfel că se pot genera mai multe variante decât un arhitect poate să creeze prin

eforturi proprii, obținându-se un nivel de sofisticare și de complexitate greu de obținut în

economia unui birou de proiectare. Intenția nu este aceea de a crea cât mai multe instanțe din

care să o alegem pe cea optimă sau de a genera forme ieșite din comun, ci de a utiliza

computerul ca pe o extensie a utilizatorului, nu doar ca pe un alt instrument de desen. Scopul

nu este acela de a automatiza un proces cu ample valențe artistice sau de a realiza un proiect cu

un singur click de mouse ci de a clarifica, valida și face cunoscute deciziile care au condus la

un anumit produs final. Se urmărește mărirea eficienței, fără a avea ca efect secundar

micșorarea calității unui proiect; odată mărită eficiența, surplusul de timp astfel economist

poate fi folosit pentru a îmbunătăți calitatea proiectului.

Procesele computaționale și cele de fabricație digitală încearcă să combată

standardizarea ce domină practica actuală, oferind o modalitate alternativă de a construi forme

organice. Meritul noului sistem de manufacturare este de a elibera arhitectul de sub impunerile

geometriei euclidiene, stimulându-i imaginaţia şi libertatea de a crea forme ce pot deveni

realitate indiferent de gradul de complexitate.

În ciuda faptului că această abordare implică uneori utilizarea unui echipament tehnic

performant dar și costisitor, pot fi utilizate în procesul de fabricație digitală o gamă variată de

materiale, de la cele exotice la materiale comune, în unele cazuri fiind posibilă execuția

manuală integrală. Elementul absolut necesar este însă rezultatul unei investiții intelectuale

într-o conceptualizare holistică a sistemelor materiale și a proceselor computaționale aferente.

Unpredictable Regularity - by Mariana

Calugarita&Andrei Ivanesu @GDGH

Structură tip waffle realizată în Grasshopper

MORFOGENEZĂ DIGITALĂ ÎN ARHITECTURĂ REZUMAT

11

În concluzie, se poate afirma că morfogeneza digitală reprezintă o tehnică de design

care asigură un nivel mai mare de integrare a proceselor de generare a formei, materializare și

realizare propriu-zisă, aducând un plus de inedit unui patrimoniu cultural și arhitectural divers.

Formele concepute în acest mod reprezintă o arhitectură performativă care utilizează mai

eficient resursele și satisfice criteriile de sustenabilitate.

Fiind la debut, designul morfogenetic trasează direcții de cercetare pentru cei dornici

de a explora noi metode de generare a formei în arhitectură; subiect al multor experimente și

încercări, prezintă un mare potențial de a schimba modul de a concepe un proiect

arhitectural. Ignorarea acestui potențial poate genera pierderi considerabile atât pentru societate

cât și în ceea ce privește strict domeniul profesional.