Dynamische und rekonfigurierbare Dachstruktur

Künstliche Intelligenz, unbemannte Fluggeräte, ein dynamisches, anpassungsfähiges, konstruktives System, das durch das Nutzerverhalten gesteuert wird aber auch selbst die Fähigkeit hat zu lernen, zu kommunizieren und das Verhalten der Menschen zu leiten. Schwer vorstellbar, dass es sich hierbei um ein architektonisches System handelt, war doch bisher – allen Veränderungen des schnelllebigen Technikwandels zum Trotz – zumindest eines sicher: Architektur ist statisch. Vielleicht in Einzelteilen beweglich, schiebbar, faltbar, klappbar, aber grundsätzlich immobil. Dieses Gesetz wird nun durch das Projekt »Cyber Physical Macro Materials« aus den Angeln gehoben. (Re)konfigurierbares Architektursystem
Wissenschaftler der Universität Stuttgart haben eine dynamische Dachstruktur fur den öffentlichen Raum entwickelt, die sich flexibel den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten anpassen kann. Die wichtigste Systemkomponente sind dabei einzelne Moduleinheiten, die sogenannten »cyber-physical building blocks«. Sie bestehen aus einer Skelettstruktur aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff in Form eines dreidimensionalen, sechsseitigen Polyeder-Rahmens. In die Module ist Elektronik für Kommunikation und Sensorik integriert. Autonome Drohnen führen die Bau- und Umbauprozesse aus. Die Dachkonstruktion kann sich durch den öffentlichen Raum bewegen. Dabei ist das dynamische Verhalten entweder programmiert oder die miteinander kommunizierenden Module sammeln Raum- und Nutzerinformationen und passen das Verhalten eigenständig an. Die Veränderung der Dachstruktur kann kontinuierlich oder in Intervallen mit variabler Geschwindigkeit geschehen. Das System kann sich auch in kleinere Unterstrukturen teilen oder vollständig zurückbauen, auch ein Zwischenparken beispielsweise auf freien Dachflächen ist denkbar. Neben der Fähigkeit der Rekonfiguierbarkeit mussten bei der Entwicklung auch Aspekte wie Transportfähigkeit, Tragfähigkeit, Kosten, Gewicht, Stromverbrauch und Ästhetik berücksichtigt werden. Das System erreicht durch die Verwendung der leichten Bauelemente aus Carbon-Faser ein Flächengewicht von gerade einmal 3,49 kg/m². Zur Verbindung der Moduleinheiten werden Magnete verwendet. Die Einheiten können entlang der offenen Kanten durch spezifische Bewegungsabläufe des unbemannten Flugobjekts an- und abgekoppelt werden. In jeder Fläche ist ein 6-poliger, handelsüblicher Steckverbinder eingebettet, um Daten und Energie zwischen den Moduleinheiten zu übertragen. Wandernder Sonnenschutz
Der 2,50 m hohe Prototyp wurde in Form einer Dachstruktur im Maßstab 1:1 im Stadtgarten der Universität Stuttgart getestet. Zwei Drohnen fügten und versetzten dabei 20 voll funktionsfähige Bauelemente, um den autonomen Betrieb zu testen. Die Module wurden dabei an Stahlstützen angedockt. Langfristig ist jedoch vorgesehen, die Stützen sowie die ausfahrbaren Zuganker, die die Windsogkräfte aufnehmen, ebenfalls als Leichtbauelemente aus carbonfaserverstärktem Kunststoff herzustellen. Das System funktioniert ab einer Anzahl von drei Stützen für eine Vielzahl von Anforderungen. Je nach Sonnenstand und Besucheraufkommen verteilen sich die einzelnen Module entsprechend. Werden sie nicht benötigt, können sie sich auf nahegelegene Dächer zurückziehen. Neben dem reagierenden Sonnenschutz, der im Zuge des Klimawandels besonders für unsere Stadträume immer wichtiger wird, ist für das Forscherteam in einer Weiterentwicklung des Systems auch eine Nutzung als mobiler Wetterschutz denkbar. Kommunikation und Skalierbarkeit
Die Moduleinheiten werden versetzt, indem sie mit den Flugrobotern über Prozessoren und eine zentrale Steuereinheit kommunizieren. Basierend auf den ermittelten Anweisungen errechnet das Flugobjekt eine Flugroute, um bestimmte Einheiten an einen neuen Ort zu transportieren. Das Lernverhalten ermöglicht es dem architektonischen System, durch das Erproben verschiedener Anordnungsmuster neue Verhaltensweisen und Interaktionen auszubilden. »Durch seine Fähigkeit, sich kontinuierlich zu rekonstruieren stellt das System auch etablierte Ideen der digitalen robotischen (Vor-)Fertigung in der Architektur in Frage«, erklären die Wissenschaftler. »Im Gegensatz zu den üblichen Bauprozessen erschließt die physische Flexibilität und integrierte Intelligenz neue architektonische Möglichkeiten für die Anpassungsfähigkeit und Aktivierung öffentlicher Außenräumen. Die Struktur kann so irgendwann in der Lage sein, nicht nur durch ihre Nutzer zu lernen, sondern auch im Raum nach Informationen und Einflüssen zu suchen«, so die Wissenschaftler des ICD an der Universität Stuttgart.