Arachnid Architecture as Human Shel

Arachnid Architecture as Human Shelter
A spider-inspired ETFE-and-carbon-fiber shell shapes this year’s research pavilion from the University of Stuttgart’s Institute for Computational Design and Institute of Building Structures and Structural Design.
Biological designs and novel fabrication strategies come together yet again in the annual research pavilion from the Institute for Computational Design (ICD) and the Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE) at the University of Stuttgart, in Germany. The project is the result of 18 months of interdisciplinary investigation by faculty and students in architecture, engineering, and the natural sciences led by professors Achim Menges and Jan Knippers (the duo behind a lobster-inspired pavilion in 2012). Their goal for the 2014–2015 pavilion? Rethinking the constructed habitat of the water “diving bell” spider as a structural assembly. A closer look at their intriguing construction reveals the potential of biomimetic design.
For their project, the interdisciplinary team emphasized the use of fiber-composite materials, as these form the basis of most lightweight construction in biological structures. Moritz Dörstelmann, the ICD research associate in charge of the project, says such materials offer important lessons for industrial development. “These are relevant for applications in architecture, as industrial production processes for fiber-composite materials are designed for mass production of identical components and thus cannot meet the varying demands of individual buildings,” he says. “Biological processes, however, form customized fiber-reinforced structures in a very material-efficient and functionally integrated way.” To Dörstelmann and his colleagues, the methods that spiders and caterpillars use to build webs and cocoons—including the water spider's underwater air-trapping enclosure (left)—were of particular interest, since these organisms can tailor their constructions to local conditions.

The team investigated two types of materials to turn this particular model of arachnid architecture into a shelter for humans: fiber composites for structure and a light-transmissive film for the skin. For the former, carbon fiber was picked for its superior modulus of elasticity, which would minimize the amount of structural material required. ETFE was chosen for the latter for its stiffness, translucency, and common use in the construction of pneumatically supported domes.
To construct the shelter, the team inflated an ETFE membrane into a tent-like structure and placed an industrial robot inside the resulting air-supported environment. Working from inside, the robot printed lines of carbon-fiber bundles onto the membrane's underside. A composite adhesive, applied by the robot, was used to bond the two materials without affecting the polymer matrix’s mechanical properties. As more fibers were deposited, the soft membrane became a stiff, self-supporting fiber-composite shell

The resulting structure is remarkably thin and lightweight. The 0.2-millimeter-thick ETFE film, which was pneumatically pre-stressed during construction, spans a maximum of 25 centimeters and is supported by a differentiated grid of carbon-fiber bundles with a structural depth ranging from 1 millimeter to 2 centimeters, says ITKE research associate Valentin Koslowski, who acted as project structural engineer. Using finite element analysis, Koslowski analyzed the structure during the design phase to optimize the arrangement and size of the carbon-fiber bundles to resist buckling while using as little material as possible.
The 4.1-meter-tall (13.4-feet-tall) pavilion spans 7.5 meters (25 feet), covers an area of 40 square meters (430 square feet), and contains 130 cubic meters (4,591 cubic feet) of volume—all with a weight of only 260 kilograms (573 pounds). Moreover, the structure has a safety factor of two to three, and it is designed to resist loads from the region’s wind gusts, which can reach up to 26 meters per second (58 miles per hour).
While the final pavilion is impressive, its real contribution to architectural and engineering research is in its innovative fabrication process. “During the concept development … it became clear that we would have to deal with a far more dynamic fabrication environment than in previous projects,” Dörstelmann says. The team could not find an established method for robotically printing carbon fiber onto an air-supported ETFE membrane while defying gravity, so they developed their own prototypes to do the job. Initial tests relied heavily on the fibers’ tension to support the structure, resulting in the robot pulling fibers off of the membrane. The team then employed an active fiber extrusion device, which syncs with the robot armature’s movements to deliver the right amount of material. Additionally, a spray device integrated within the armature supplied the optimal quantity of adhesive between the carbon fiber and the ETFE skin.
The resulting technology—what the team calls a cyber-physical system—was designed to adapt to field circumstances in real-time, enabling variations in fiber orientation and density during the construction process. “Rather than utilize the agent-based computational model to pre-rationalize a fiber layout, the agent was applied iteratively throughout the fabrication process and as such could react to existing site conditions and previously laid fiber densities,” Dörstelmann says.
However, the responsive design-build process is more reminiscent of the pavilion’s model biology than is the physical result. On the one hand, the pavilion aesthetically resembles a water spider’s bubble, with lines of thin fibers supporting an elegantly shaped translucent membrane. Yet we know that this membrane is a polymer film surrounded by air—as opposed to the surface that forms when air is trapped in water—and, as such, it is simply a visual representation of a natural phenomenon. Still, a construction process that allows for real-time design and fabrication adjustments based on unpredictable local conditions is strikingly similar to the way in which animals (water spiders included) construct their own habitats. Therefore, it has the potential to be adapted to a variety of contexts.
The ICD/ITKE team’s counter-intuitive decision to print the structural material upside-down—not unlike the spider’s delivery of dragline silk above its body—also had beneficial outcomes. “We realized that deformations within the pneumatic formwork were larger when pressure was applied from the outside,” Dörstelmann says. “Fiber placement from within made better use of the ETFE as a tension element and resulted in [fewer] deflections that had to be compensated.”
And when a protective tent accidentally collapsed on the pavilion during construction, he says, the inherently resilient structure “elastically deformed and jumped back into shape without remaining damage," proving the robustness of the design in application.
Blaine Brownell, AIA, is a regularly featured columnist whose stories appear on this website each week. His views and conclusions are not necessarily those of ARCHITECT magazine nor of the American Institute of Architects.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สถาปัตยกรรมแมงเป็นกำบังมนุษย์แรงบันดาลใจจากแมงมุมเปลือก ETFE- และคาร์บอนไฟเบอร์รูปร่างศาลาวิจัยในปีนี้จากสถาบันมหาวิทยาลัยสตุสถาบันโครง สร้างอาคารออก แบบคำนวณ และออก แบบโครงสร้างชีวภาพการออกแบบและกลยุทธ์ผลิตนวนิยายมากันอีกครั้งในศาลาวิจัยประจำปีสถาบันออกแบบคำนวณ (ICD) และสถาบันโครง สร้างอาคาร และโครงสร้างออกแบบ (ITKE) ที่มหาวิทยาลัยของสตุ เยอรมนี โครงการมีผล 18 เดือนสอบสวนอาศัยโดยคณาจารย์และนักศึกษาสถาปัตยกรรม วิศวกรรม และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติโดยอาจารย์ Achim Menges และ Jan Knippers (duo หลังพาวิลเลี่ยนเป็นแรงบันดาลใจจากกุ้งใน 2012) เป้าหมายของพวกเขาสำหรับศาลา 2014-2015 ทบทวนอยู่อาศัยสร้างของแมงมุม "น้ำระฆัง" น้ำเป็นส่วนประกอบโครงสร้าง ก่อสร้างของพวกเขาน่าเผยให้เห็นถึงศักยภาพของ biomimetic ออกสำหรับโครงการของพวกเขา ทีมอาศัยเน้นการใช้วัสดุคอมโพสิตเส้นใย เหล่านี้แบบฟอร์มพื้นฐานของก่อสร้างน้ำหนักเบาที่สุดในโครงสร้างทางชีวภาพ Moritz Dörstelmann วิจัย ICD เชื่อมโยงรับผิดชอบโครงการ กล่าวว่า วัสดุดังกล่าวนำเสนอบทเรียนที่สำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม "เหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับงานสถาปัตยกรรม กระบวนการผลิตอุตสาหกรรมวัสดุคอมโพสิตเส้นใยมาผลิตส่วนประกอบที่เหมือนกัน และจึง ไม่สามารถตอบสนองความต้องการแตกต่างกันของแต่ละอาคาร เขากล่าวว่า "กระบวนการทางชีวภาพ ไร แบบฟอร์มโครงสร้างเส้นใยเสริมแรงแบบกำหนดเองแบบมากวัสดุอย่างมีประสิทธิภาพ และมีฟังก์ชันรวม" Dörstelmann และเพื่อนร่วมงานของเขา วิธีการที่แมงมุมและตัวบุ้งใช้เพื่อสร้างเว็บ และรัง — รวมทั้งของแมงมุมน้ำใต้น้ำอากาศดักกรง (ซ้าย) — ที่สนใจโดยเฉพาะ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถปรับการก่อสร้างภายในเงื่อนไขทีมงานตรวจสอบวัสดุเพื่อเปิดรูปแบบนี้โดยเฉพาะของสถาปัตยกรรมแมงเป็นพักอาศัยสำหรับมนุษย์สองชนิด: คอมโพสิตเส้นใยฟิล์มแสง transmissive สำหรับผิวหนังและโครงสร้าง ในอดีต คาร์บอนไฟเบอร์ถูกเบิกสำหรับโมดูลัสความเหนือกว่าของความยืดหยุ่น ซึ่งจะลดจำนวนวัสดุโครงสร้างที่ต้องการ ETFE ถูกเลือกสำหรับหลังตึง สอบเนื้อแก้ว และใช้ร่วมกันในการก่อสร้างของ domes pneumatically สนับสนุนสร้างพักอาศัย ทีมสูงเกินจริงเป็นเยื่อ ETFE ในโครงสร้างเช่นเต็นท์ และวางไว้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมภายในได้สนับสนุนอากาศสิ่งแวดล้อม ทำงานจากภายใน หุ่นยนต์พิมพ์บรรทัดของคาร์บอนไฟเบอร์รวมกลุ่มบน underside ของเมมเบรน ใช้กาวผสม หุ่นยนต์ ใช้พันธบัตรวัสดุสอง โดยไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลของพอลิเมอร์เมทริกซ์ เป็นเส้นใยเพิ่มเติมก็ฝาก เยื่ออ่อนกลายเป็น ตัวแข็ง เปลือกเส้นใยคอมโพสิตสนับสนุนตนเองโครงสร้างได้เป็นไข้แต่บาง และน้ำหนักเบา หนา 0.2 มิลลิเมตร ETFE ฟิล์ม ที่ pneumatically ก่อนเครียดในระหว่างการก่อสร้าง ครอบคลุมสูงสุด 25 เซนติเมตร และตารางต่าง ๆ ของคาร์บอนไฟเบอร์รวมข้อมูลสนับสนุนความลึกโครงสร้างตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรถึง 2 เซนติเมตร กล่าวว่า ITKE วิจัยรศ Valentin Koslowski ที่ดำเนินเป็นวิศวกรโครงสร้างโครงการ ใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด Koslowski วิเคราะห์โครงสร้างระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเรียงและขนาดของการรวมกลุ่มของคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อต่อต้านการ buckling ในขณะที่ใช้วัสดุน้อยที่สุดพาวิลเลี่ยน (13.4 ฟุตสูง) 4.1 เมตรสูง 7.5 เมตร (25 ฟุต) การครอบคลุม ครอบคลุมพื้นที่ 40 ตารางเมตร (430 ตารางฟุต), และประกอบด้วย 130 ลูกบาศก์เมตร (4,591 ลูกบาศก์ฟุต) ของไดรฟ์ข้อมูล — ทั้งหมด ด้วยน้ำหนักเพียง 260 กิโลกรัม (573 ปอนด์) นอกจากนี้ โครงสร้างมีตัวคูณความปลอดภัยของสองถึงสาม และถูกออกแบบมาเพื่อต้านทานโหลดจากในภูมิภาคนี้ให้ลม ซึ่งสามารถเข้าถึง 26 เมตรต่อวินาที (58 ไมล์ต่อชั่วโมง)ขณะพาวิลเลียนสุดท้ายประทับใจ ความผันแปรจริงวิจัยวิศวกรรม และสถาปัตยกรรมได้ในกระบวนการผลิตเป็นนวัตกรรมใหม่ของ "ในระหว่างการพัฒนาแนวคิด...มันเป็นที่ชัดเจนว่า เราจะมีเป็นแบบไดนามิกมากประดิษฐ์สิ่งแวดล้อมมากกว่าในโครงการก่อนหน้านี้ Dörstelmann กล่าวว่า ทีมงานไม่สามารถหาวิธีกำหนดขึ้นสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ robotically พิมพ์บนเมมเบรนได้รับการสนับสนุนอากาศ ETFE ขณะ defying แรงโน้มถ่วง เพื่อให้พวกเขาพัฒนาตนเองแบบตัวอย่างการทำงาน เริ่มต้นทดสอบอาศัยหนักในความตึงเครียดของเส้นใยเพื่อสนับสนุนโครงสร้าง ในหุ่นยนต์ที่ดึงเส้นใยออกเมมเบรน ทีมงานเป็นงานไฟเบอร์อัดอุปกรณ์ ซึ่งตรงกับการเคลื่อนไหวของกระดองหุ่นยนต์เพื่อส่งมอบรายการวัสดุ แล้ว นอกจากนี้ อุปกรณ์สเปรย์รวมภายในกระดองจะให้ปริมาณสูงสุดของกาวระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และหนัง ETFEเทคโนโลยีผล — สิ่งทีมงานเรียกระบบไซเบอร์ทางกายภาพ — ถูกออกแบบมาเพื่อปรับให้เข้ากับสถานการณ์ในฟิลด์ในรูปแบบเรียลไทม์ การเปิดใช้งานในแนวของเส้นใยและความหนาแน่นระหว่างการก่อสร้าง "ค่อนข้างมากกว่าใช้ตามบริษัทตัวแทนการคำนวณแบบการ pre-rationalize เค้าโครงไฟเบอร์ บริษัทตัวแทนการใช้ซ้ำ ๆ ตลอดกระบวนการผลิตเช่นสามารถตอบสนองเงื่อนไขของเว็บไซต์ที่มีอยู่ และก่อนหน้านี้ วางใยแน่น บอก Dörstelmannอย่างไรก็ตาม การตอบสนองการออกแบบสร้างจะขึ้นเตือนความทรงจำของชีววิทยารุ่นเดอะพาวิลเลี่ยนมากกว่าเป็นผลทางกายภาพ คง เดอะพาวิลเลี่ยนสวยงามคล้ายกับแมงมุมน้ำเป็นฟอง มีเส้นของเส้นใยบาง ๆ ที่สนับสนุนเป็นเยื่อโปร่งตกแต่งรูป แต่เรารู้ว่าเมมเบรนนี้ฟิล์มพอลิเมอร์ที่ล้อมรอบ ด้วยอากาศ — จำกัดพื้นที่เมื่ออากาศอยู่ติดกับน้ำ — และ เช่น เป็นเพียงภาพของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ยังคง กระบวนการก่อสร้างที่ให้ความจริงออกแบบและประดิษฐ์ปรับปรุงตามเงื่อนไขภายในที่คาดเดาไม่ ได้กว่าคล้ายกับวิธีการที่สัตว์ (น้ำแมงมุมรวม) สร้างอยู่อาศัยเอง ดังนั้น มันมีศักยภาพในการปรับให้หลากหลายบริบททีม ICD/ITKE counter-intuitive ตัดสินใจพิมพ์คว่ำลงวัสดุโครงสร้างซึ่งไม่ต่างจากส่งของแมงมุม dragline ไหมเหนือร่างกาย — ยัง มีผลประโยชน์ Dörstelmann กล่าวว่า "เรารู้ว่า deformations ภายในแบบหล่อลมมีขนาดใหญ่เมื่อใช้ความดันจากภายนอก "วางใยจากภายในทำดีกว่า ใช้ของ ETFE ที่เป็นองค์ประกอบความตึงเครียด และส่งผลให้ deflections [น้อย] ที่ต้องชดเชย"และเมื่อเต็นท์ป้องกันตั้งใจยุบในเดอะพาวิลเลี่ยนในระหว่างการก่อสร้าง เขากล่าวว่า โครงสร้างมีความยืดหยุ่น "รูปร่างหมายถึงการปิดพิการ และกลับไปโดยไม่เหลือความเสียหาย พิสูจน์เสถียรภาพของการออกแบบในโปรแกรมประยุกต์Blaine Brownell, AIA เป็น columnist ประจำที่โดดเด่นที่เรื่องราวปรากฏบนเว็บไซต์นี้แต่ละสัปดาห์ มุมมองและบทสรุปของเขาอาจจะไม่ ของสถาปนิกนิตยสาร หรือ ของ สถาบันสถาปนิกอเมริกัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แมงสถาปัตยกรรมเป็นที่พักอาศัยของมนุษย์แมงมุมแรงบันดาลใจ ETFE และคาร์บอนไฟเบอร์รูปทรงเปลือกศาลาวิจัยในปีนี้จากมหาวิทยาลัยสตุตกาของสถาบันเพื่อการคำนวณการออกแบบและสถาบันโครงสร้างอาคารและการออกแบบโครงสร้าง. ออกแบบทางชีวภาพและกลยุทธ์การผลิตนวนิยายมารวมตัวกันอีกครั้ง ในศาลาการวิจัยประจำปีจากสถาบันการออกแบบคอมพิวเตอร์ (ICD) และสถาบันของโครงสร้างอาคารและการออกแบบโครงสร้าง (ITKE) ที่มหาวิทยาลัยสตุตกาในเยอรมนี โครงการนี้เป็นผลมาจาก 18 เดือนของการสืบสวนสหวิทยาการโดยอาจารย์และนักศึกษาในด้านสถาปัตยกรรมวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ธรรมชาตินำโดยอาจารย์ Achim Menges และแจ Knippers (คู่หลังศาลากุ้งได้แรงบันดาลใจในปี 2012) เป้าหมายของพวกเขาสำหรับ 2014-2015 ศาลา? ทบทวนการสร้างที่อยู่อาศัยของน้ำ "ระฆังดำน้ำ" แมงมุมเป็นโครงสร้างประกอบ มองใกล้ที่ก่อสร้างที่น่าสนใจของพวกเขาแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการออกแบบ biomimetic ได้. สำหรับโครงการของพวกเขาทีมสหวิทยาการเน้นการใช้วัสดุไฟเบอร์คอมโพสิตเป็นเหล่านี้เป็นพื้นฐานของการก่อสร้างที่มีน้ำหนักเบาที่สุดในโครงสร้างทางชีวภาพ มอริตซ์Dörstelmannที่ร่วมงานวิจัย ICD ในค่าใช้จ่ายของโครงการกล่าวว่าวัสดุดังกล่าวมีบทเรียนที่สำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม "เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานในงานสถาปัตยกรรมเป็นกระบวนการผลิตภาคอุตสาหกรรมวัสดุไฟเบอร์คอมโพสิตได้รับการออกแบบสำหรับการผลิตมวลของชิ้นส่วนที่เหมือนกันและทำให้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่แตกต่างของแต่ละอาคาร" เขากล่าว "กระบวนการทางชีวภาพ แต่รูปแบบการปรับแต่งโครงสร้างไฟเบอร์ในทางที่มากวัสดุที่มีประสิทธิภาพและบูรณาการการทำงาน." เพื่อDörstelmannและเพื่อนร่วมงานของเขาวิธีการที่แมงมุมและหนอนใช้ในการสร้างใยและรังไหมรวมทั้งใต้น้ำแมงมุมน้ำอากาศ . กรงดัก (ซ้าย) -were ที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่มีชีวิตเหล่านี้สามารถปรับแต่งการก่อสร้างของพวกเขากับสภาพท้องถิ่นทีมงานตรวจสอบทั้งสองประเภทของวัสดุที่จะเปิดนี้รูปแบบเฉพาะของสถาปัตยกรรมแมงเข้าสู่ที่พักพิงสำหรับมนุษย์: คอมโพสิตเส้นใยโครงสร้างและแสง ภาพยนตร์ -transmissive สำหรับผิว สำหรับอดีตคาร์บอนไฟเบอร์ได้รับเลือกให้โมดูลัสที่เหนือกว่าของความยืดหยุ่นซึ่งจะลดปริมาณของวัสดุโครงสร้างที่จำเป็น ETFE เป็นทางเลือกสำหรับหลังสำหรับความมั่นคงของ translucency และการใช้งานร่วมกันในการก่อสร้างของโดมสนับสนุนอัตโนมัติได้. เพื่อสร้างที่พักพิงทีมที่สูงเกินจริงเยื่อ ETFE ในโครงสร้างเต็นท์เหมือนและวางหุ่นยนต์อุตสาหกรรมภายในอากาศที่เกิด สภาพแวดล้อมที่ได้รับการสนับสนุน ทำงานจากภายในหุ่นยนต์สายพิมพ์ของการรวมกลุ่มคาร์บอนไฟเบอร์บนล่างของเมมเบรน กาวคอมโพสิตที่ใช้โดยหุ่นยนต์ได้ถูกใช้ในพันธบัตรทั้งสองวัสดุโดยไม่มีผลต่อสมบัติเชิงกลของพอลิเมอเมทริกซ์ ในฐานะที่เป็นเส้นใยมากขึ้นฝากเยื่ออ่อนกลายเป็นแข็งตนเองสนับสนุนไฟเบอร์คอมโพสิตเปลือกโครงสร้างที่เกิดขึ้นเป็นอย่างบางและน้ำหนักเบา 0.2 มิลลิเมตรหนาฟิล์ม ETFE ซึ่งถูกลมก่อนเน้นในระหว่างการก่อสร้างครอบคลุมสูงสุด 25 เซนติเมตรและการสนับสนุนจากตารางที่แตกต่างของการรวมกลุ่มคาร์บอนไฟเบอร์มีความลึกโครงสร้างตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรถึง 2 เซนติเมตร ITKE กล่าวว่า การวิจัยร่วม Valentin Koslowski ผู้ทำหน้าที่เป็นโครงการวิศวกรโครงสร้าง โดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด , Koslowski วิเคราะห์โครงสร้างในช่วงการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเรียงและขนาดของการรวมกลุ่มคาร์บอนไฟเบอร์ในการต้านทานการโก่งในขณะที่ใช้วัสดุน้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้. the 4.1 เมตรสูง (13.4 ฟุตสูง) ศาลา ครอบคลุม 7.5 เมตร (25 ฟุต) ครอบคลุมพื้นที่ 40 ตารางเมตร (430 ตารางฟุต) และมี 130 ลูกบาศก์เมตร (4,591 ลูกบาศก์ฟุต) ของปริมาณทั้งหมดที่มีน้ำหนักเพียง 260 กิโลกรัม (£ 573) นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างที่มีปัจจัยด้านความปลอดภัยของ 2-3 และมันถูกออกแบบมาเพื่อต่อต้านการโหลดจากภูมิภาคของกระแสลมซึ่งสามารถเข้าถึงได้ถึง 26 เมตรต่อวินาที (58 ไมล์ต่อชั่วโมง). ในขณะที่ศาลาสุดท้ายเป็นที่น่าประทับใจของ ผลงานที่แท้จริงในการวิจัยสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมอยู่ในขั้นตอนการประดิษฐ์นวัตกรรม "ในระหว่างการพัฒนาแนวความคิด ... มันเป็นที่ชัดเจนว่าเราจะมีการจัดการกับสภาพแวดล้อมการผลิตไกลแบบไดนามิกมากขึ้นกว่าในโครงการก่อนหน้านี้" Dörstelmannกล่าวว่า ทีมไม่สามารถหาวิธีการที่จัดตั้งขึ้นสำหรับการพิมพ์ robotically คาร์บอนไฟเบอร์ไปยังเมมเบรน ETFE เครื่องได้รับการสนับสนุนในขณะที่ท้าทายแรงโน้มถ่วงเพื่อให้พวกเขาได้รับการพัฒนาต้นแบบของตัวเองในการทำงาน การทดสอบครั้งแรกอาศัยอยู่บนความตึงเครียดเส้นใย 'เพื่อสนับสนุนโครงสร้างที่มีผลในหุ่นยนต์ดึงเส้นใยออกจากเมมเบรน ทีมงานแล้วจ้างเส้นใยที่ใช้งานอุปกรณ์การอัดขึ้นรูปที่ซิงค์กับการเคลื่อนไหวของกระดองหุ่นยนต์ที่จะส่งมอบในปริมาณที่เหมาะสมของวัสดุ นอกจากนี้อุปกรณ์สเปรย์แบบบูรณาการภายในกระดองที่จัดมาให้ในปริมาณที่เหมาะสมของกาวระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และผิวหนัง ETFE ได้. เทคโนโลยีสิ่งที่ส่งผลให้ทีมเรียกว่าระบบถูกไซเบอร์ทางกายภาพที่ออกแบบมาเพื่อปรับให้เข้ากับสถานการณ์ที่สนามในเวลาจริง ช่วยให้การเปลี่ยนแปลงในทิศทางและความหนาแน่นของเส้นใยในระหว่างการดำเนินการก่อสร้าง "แทนที่จะใช้รูปแบบการคำนวณตัวแทนตามไปก่อนหาเหตุผลเข้าข้างตนเองรูปแบบเส้นใยตัวแทนถูกนำไปใช้ซ้ำตลอดทั้งกระบวนการผลิตและเป็นเช่นสามารถตอบสนองต่อสภาพที่มีอยู่และวางก่อนหน้านี้ความหนาแน่นของเส้นใย" Dörstelmannกล่าว. อย่างไรก็ตามการตอบสนอง ขั้นตอนการออกแบบสร้างเป็นที่ระลึกอื่น ๆ ของชีววิทยารุ่นศาลากว่าเป็นผลทางกายภาพ ในมือข้างหนึ่ง, ศาลาสกอร์คล้ายฟองเดอร์น้ำที่มีเส้นบาง ๆ ของเส้นใยสนับสนุนเยื่อโปร่งแสงที่มีรูปร่างสวยงาม แต่เรารู้ว่าเมมเบรนนี้เป็นฟิล์มโพลิเมอร์ที่ล้อมรอบด้วยเครื่องเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่เป็นเมื่ออากาศถูกขังอยู่ในน้ำและเป็นเช่นนี้มันเป็นเพียงการแสดงออกของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ยังคงมีการดำเนินการก่อสร้างที่ช่วยให้การออกแบบแบบ real-time และการปรับการผลิตขึ้นอยู่กับสภาพท้องถิ่นคาดเดาไม่ได้เป็นอย่างยอดเยี่ยมคล้ายกับวิธีการที่สัตว์ (เดอร์น้ำรวม) สร้างแหล่งที่อยู่อาศัยของตัวเอง ดังนั้นจึงมีศักยภาพที่จะนำไปปรับใช้กับความหลากหลายของบริบท. the ICD / การตัดสินใจเคาน์เตอร์ทีม ITKE การพิมพ์วัสดุโครงสร้างคว่ำลงไม่แตกต่างจากการจัดส่งไปเดอร์ของผ้าไหมแบบบูมโรยสลิงเหนือร่างกายนอกจากนี้ยังมีผลประโยชน์ "เราตระหนักว่ารูปร่างในแบบหล่อลมมีขนาดใหญ่เมื่อความดันถูกนำมาใช้จากภายนอก" Dörstelmannกล่าวว่า "ตำแหน่งไฟเบอร์จากภายในการใช้งานทำที่ดีขึ้นของ ETFE เป็นองค์ประกอบความตึงเครียดและมีผลใน [น้อย] โก่งตัวที่จะต้องได้รับการชดเชย." และเมื่อเต็นท์ป้องกันทรุดตัวลงโดยบังเอิญบนศาลาในระหว่างการก่อสร้างเขากล่าวว่าโครงสร้างมีความยืดหยุ่นโดยเนื้อแท้ " พิการยืดหยุ่นและกระโดดกลับเข้ามาในรูปทรงที่ไม่มีความเสียหายที่เหลือ "พิสูจน์ความแข็งแรงของการออกแบบในใบสมัคร. เบลนบราวเนล, เอไอเอเป็นคอลัมแนะนำอย่างสม่ำเสมอมีเรื่องราวที่ปรากฏในเว็บไซต์นี้ในแต่ละสัปดาห์. ความเห็นของเขาและข้อสรุปไม่จำเป็นต้องเป็นของสถาปนิก นิตยสารหรือของสถาบันสถาปนิกอเมริกัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เป็นแมงสถาปัตยกรรมพักพิงมนุษย์แมงมุมแรงบันดาลใจ etfe และเปลือกคาร์บอนไฟเบอร์รูปทรงศาลาวิจัยในปีนี้จากมหาวิทยาลัยสถาบันเทคโนโลยีของสถาบันออกแบบและคำนวณโครงสร้างอาคารและการออกแบบโครงสร้าง .
ลายทางชีวภาพและกลยุทธ์การผลิตนวนิยายมาร่วมกันอีกครั้งในศาลาวิจัยประจำปีจากสถาบันออกแบบคำนวณ ( ICD ) และสถาบันของโครงสร้างอาคารและการออกแบบโครงสร้าง ( itke ) ที่มหาวิทยาลัย Stuttgart , เยอรมนี โครงการผลของ 18 เดือนของสหวิทยาการการตรวจสอบโดยอาจารย์และนักศึกษาด้านสถาปัตยกรรม วิศวกรรมวิทยาศาสตร์และธรรมชาติ นำโดย ศาสตราจารย์คิม เมนเจสคร knippers ( คู่หลังกุ้งเป็นแรงบันดาลใจศาลาใน 2012 ) เป้าหมายของพวกเขาสำหรับ 2014 - 2015 ศาลาหรือ ทบทวนการสร้างที่อยู่อาศัยของน้ำ " เบลล์ " ดำน้ำแมงมุมเป็นประกอบโครงสร้าง มองใกล้ที่ก่อสร้างที่รักของพวกเขาเผยให้เห็นศักยภาพของการออกแบบไบโอมิเมติค .
สำหรับโครงการของพวกเขาทีมสหวิทยาการโดยเน้นการใช้เส้นใยคอมโพสิตวัสดุ เหล่านี้เป็นรูปแบบพื้นฐานที่มีน้ำหนักเบาที่สุดในการก่อสร้างโครงสร้างทางชีวภาพ Moritz D ö rstelmann , ICD วิจัยเชื่อมโยง ผู้รับผิดชอบโครงการ กล่าวว่า เอกสารดังกล่าวให้บทเรียนที่สำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม " เหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้ในสถาปัตยกรรมเป็น กระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมเส้นใยวัสดุคอมโพสิตที่ถูกออกแบบมาสำหรับการผลิตมวลขององค์ประกอบที่เหมือนกันและจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการแตกต่างของอาคารแต่ละ " เขากล่าว " กระบวนการทางชีวภาพ แต่รูปแบบปรับแต่งเสริมเส้นใยโครงสร้างในวัสดุที่มีประสิทธิภาพและบูรณาการการทำงานทางมาก . " D ö rstelmann และเพื่อนร่วมงานของเขาวิธีการที่ใช้ในการสร้างเว็บแมงมุมและหนอน และดักแด้ ได้แก่ น้ำ อากาศ แมงมุมใต้น้ำดักกรง ( ซ้าย ) - มีความสนใจเฉพาะ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถปรับแต่งโครงสร้างของเงื่อนไขภายใน

ทีมสอบสวนสองประเภทของวัสดุที่จะเปลี่ยนรูปแบบนี้โดยเฉพาะของสถาปัตยกรรมไซคีเป็นกำบังสำหรับมนุษย์ :ไฟเบอร์คอมโพสิตโครงสร้างและแสง transmissive ภาพยนตร์สำหรับผิว สำหรับอดีต , คาร์บอนไฟเบอร์ถูกเลือกที่เหนือกว่าของโมดูลัสของความยืดหยุ่น ซึ่งจะลดปริมาณของวัสดุโครงสร้างที่จำเป็น etfe ถูกเลือกสำหรับหลังของ stiffness , โปร่งแสง , และที่พบใช้ในการก่อสร้างของ pneumatically สนับสนุนโดม .
สร้างที่อยู่อาศัยทีมพองเป็น etfe เมมเบรนเข้าเต็นท์ เช่น โครงสร้างและการวางหุ่นยนต์อุตสาหกรรมภายใน ส่งผลให้อากาศสนับสนุนสภาพแวดล้อม ทำงานจากภายใน , หุ่นยนต์พิมพ์บรรทัดของการรวมกลุ่มของเยื่อแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ลงด้านล่าง . กาวผสมประยุกต์โดยหุ่นยนต์ใช้สายสัมพันธ์สองวัสดุโดยไม่มีผลต่อสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์เมทริกซ์ .เป็นเส้นใยมากกว่าฝากเงิน , เยื่ออ่อนเป็นแข็ง , ไฟเบอร์คอมโพสิตเปลือกตัวเอง

ผลมีโครงสร้างที่น่าทึ่งบางและน้ำหนักเบา การ 0.2-millimeter-thick etfe ภาพยนตร์ซึ่ง pneumatically pre-stressed ในระหว่างการก่อสร้างขยายได้สูงสุด 25 เซนติเมตร และได้รับการสนับสนุน โดยความแตกต่างของตารางคาร์บอนไฟเบอร์รวมกลุ่มกับความลึกของโครงสร้างตั้งแต่ 1 มม. ถึง 2 เซนติเมตร กล่าวว่า itke ผู้ร่วมงานวิจัย วาเลนติน koslowski ที่ทำหน้าที่เป็นวิศวกรโครงการ การวิเคราะห์โดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์koslowski วิเคราะห์โครงสร้างในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเรียงและขนาดของ คาร์บอนไฟเบอร์ การรวมกลุ่มเพื่อต่อต้านการโก่งในขณะที่ใช้เพียงวัสดุที่เป็นไปได้ 4.1-meter-tall
( 13.4-feet-tall ) ณศาลา 7.5 เมตร ( 25 ฟุต ) ครอบคลุมพื้นที่ 40 ตารางเมตร ( 430 ตารางฟุต ) และมี 130 ลูกบาศก์เมตร ( ลบ . 4591 ลูกบาศก์ฟุต ) ของปริมาณทั้งหมด ด้วยน้ำหนักเพียง 260 กิโลกรัม ( 573 ปอนด์ ) นอกจากนี้ ปัจจัยด้านความปลอดภัยของโครงสร้างได้ สองถึงสาม และมันถูกออกแบบมาเพื่อต้านทานแรงจากแรงลมของภูมิภาค ซึ่งอาจสูงถึง 26 เมตร ต่อ วินาที ( 58 ไมล์ต่อชั่วโมง ) .
ในขณะที่ศาลาสุดท้ายที่น่าประทับใจมันจริง ๆผลงานด้านสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมการวิจัยอยู่ในกระบวนการผลิตนวัตกรรมของ " ในระหว่างการพัฒนา . . . . . . . แนวคิดมันก็กลายเป็นที่ชัดเจนว่าเราจะต้องจัดการกับสภาพแวดล้อมการผลิตไกลแบบไดนามิกมากกว่าในโครงการก่อนหน้านี้ " D ö rstelmann กล่าวทีมไม่สามารถหาวิธีการพิมพ์คาร์บอนไฟเบอร์สร้าง robotically บนอากาศสนับสนุน etfe เยื่อในขณะที่ Defying แรงโน้มถ่วงดังนั้นพวกเขาพัฒนาต้นแบบของตนเองให้ทำงาน การทดสอบครั้งแรกต้องอาศัยเส้นใย ' แรงสนับสนุนโครงสร้างที่เกิดในหุ่นยนต์ดึงเส้นใยออกจากเมมเบรน ทีมการจ้างงานแล้วใช้เส้นใยอัดขึ้นรูปอุปกรณ์ซึ่งตรงกับหุ่นยนต์กระดองความเคลื่อนไหวเพื่อส่งมอบในปริมาณที่เหมาะสมของวัสดุ นอกจากนี้ สเปรย์อุปกรณ์รวมภายในกระดองให้ปริมาณที่เหมาะสมของกาวระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และ etfe ผิวหนัง ส่งผลให้เทคโนโลยี
สิ่งที่ทีมงานเรียกไซเบอร์ทางกายภาพระบบถูกออกแบบมาเพื่อปรับให้เข้ากับสภาพสนามในแบบเรียลไทม์เปิดใช้งานรูปแบบการไฟเบอร์และความหนาแน่นในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง " มากกว่าการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ - ก่อนตัดสินใยรูปแบบตัวแทนที่ใช้ซ้ำตลอดทั้งกระบวนการผลิตและเป็นเช่นอาจเป็นเงื่อนไขเว็บไซต์ที่มีอยู่และก่อนหน้านี้วางเส้นใยความหนาแน่น " D ö rstelmann
อย่างไรก็ตาม กล่าวการออกแบบการสร้างกระบวนการมีมากขึ้นถึงชีววิทยาของรูปแบบของศาลากว่าผลทางกายภาพ ในมือข้างหนึ่ง , ศาลา aesthetically คล้ายฟองน้ำแมงมุมกับใยเส้นบางสนับสนุนรูปทรงหรูหราโปร่งแสงของเยื่อแผ่นแต่เราทราบว่าแผ่นนี้เป็นฟิล์มโพลิเมอร์ล้อมรอบด้วยอากาศซึ่งตรงข้ามกับพื้นผิวที่รูปแบบเมื่ออากาศจะถูกขังอยู่ในน้ำและ , เช่น , มันเป็นเพียงการแสดงของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ยังคงการสร้างกระบวนการที่ช่วยให้การออกแบบและการปรับแบบเรียลไทม์ตามสภาพท้องถิ่นที่คาดเดาไม่ได้คล้ายคลึงมากกับวิธีที่สัตว์ ( น้ำแมงมุมรวม ) สร้างที่อยู่อาศัยของตนเอง ดังนั้น จึงมีศักยภาพที่จะสามารถปรับให้เข้ากับความหลากหลายของบริบท .
ICD / itke ทีมของเคาน์เตอร์ที่ใช้งานง่าย การตัดสินใจเพื่อพิมพ์วัสดุโครงสร้างคว่ำไม่แตกต่างจากแมงมุมการปล่อยตัวไหมเหนือร่างกายยังมีผลประโยชน์ " เราตระหนักว่า การเปลี่ยนรูปภายในแบบหล่อที่มีแรงดันลม เมื่อประยุกต์จากภายนอก " D ö rstelmann กล่าว" ใยตำแหน่งจากภายในทำให้การใช้งานที่ดีขึ้นของ etfe เป็นองค์ประกอบและส่งผลให้เกิดความตึงเครียด [ น้อย ] การแอ่นตัวที่ต้องชดเชย "
เมื่อเต็นท์ป้องกันเผลอล้มอยู่ในระหว่างการก่อสร้างพาวิลเลี่ยน , เขากล่าว , โดยเนื้อแท้ยืดหยุ่นโครงสร้าง " elastically พิการและกระโดดกลับเข้ามาในรูปร่างโดยไม่เหลือความเสียหาย" พิสูจน์ความแกร่งของการออกแบบในโปรแกรม .
เบลนบราวเนล AIA เป็นจุดเด่นเสมอคอลัมนิสต์ที่มีเรื่องราวปรากฏในเว็บไซต์นี้ ในแต่ละสัปดาห์ ความคิดเห็นและข้อสรุปของเขาเป็นพวก สถาปนิก นิตยสาร หรือของสถาบันสถาปนิกอเมริกัน .