HYGROSHELL – ITECH-FORSCHUNGSPAVILLON
Chicago Architecture Biennial, 2023

An der Schnittstelle komplexer ökologischer, sozioökonomischer und soziokultureller Krisen erfordert die gebaute Umwelt dringend einen grundlegend neuen Ansatz für Gestaltung und Realisierung unserer bebauten Umwelt. In dem Maße, in dem wir von einer Ära des Energieüberflusses und der industriellen Materialien zu einer Ära der Energieknappheit und der natürlichen Materialien übergehen, wird Materialintelligenz zum Synonym für Konstruktionslogik. HygroShell, erstmals präsentiert auf der Chicago Architecture Biennial (CAB) 2023, steht an der Spitze dieses Paradigmenwechsels, indem es die bisher unerwünschten hygroskopischen Materialeigenschaften von Holz zur Erzeugung von Form und Struktur nutzt. Passend zum Motto von CAB5 »This is a rehearsal« erforscht HygroShell eine neue Art von biobasierter und biologisch inspirierter Architektur und lädt die Besucher des ikonischen James R. Thompson Center ein, die Beziehung zwischen den Materialien, mit denen wir bauen, und der daraus resultierenden Architektur zu überdenken.

HygroShell erforscht ein neuartiges, selbstformendes Holzbausystem für autonomes Bauen. Das Konzept wird im 1:1 Maßstab durch den Entwurf, die Konstruktion und die Produktion einer weitspannenden, leichten Schale aus einzelnen gebogenen Holzkomponenten demonstriert. Das System nutzt Fortschritte im computerbasierten Entwerfen, um das feuchtigkeitsbedingte Schwinden im Holz für die In-situ-Formung von planaren Bauelementen zu aktivieren. In diesem neuartigen Materialsystem wird die anisotrope Formänderung in großformatige zweischichtige Bauteile eingebettet, die in flachem Zustand hergestellt, bearbeitet und mit Schindeln verkleidet werden. Auf der Baustelle werden diese Pakete durch Lufttrocknung in ihre endgültige gekrümmte und formstabile Geometrie gebracht.

Das Ergebnis ist eine filigrane und doch funktionale, gebogene Dachkonstruktion mit einer Spannweite von 10 m und einem unglaublich dünnen 28 mm starken Brettsperrholzquerschnitt. Das Projekt bricht mit typischen statischen Typologien im Holzbau, um neue Wege für die Konstruktion von Leichtbauschalen aus nachhaltigen Baumaterialien zu erschließen und das geometrische und architektonische Potential einfach gekrümmter Strukturen auszuschöpfen. HygroShell verfolgt einen neuartigen Ansatz für nachhaltiges Bauen, bei dem digitale Berechnungsmethoden eingesetzt werden, um die natürlichen Eigenschaften von Holz sowohl als In-situ-Formungsmechanismus, als auch als Tragwerk und Gebäudehülle zu nutzen. Durch dieses vertiefte Verständnis natürlicher Materialien ist es möglich, einen neuen Grad an funktionaler Integration und ökologischer Effektivität in Material und Form zu erreichen.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/de/projekte/hygroshell/

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PROJEKTTEAM

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung – ICD

Prof. Dr.-Ing. Dylan Wood, Laura Kiesewetter, Prof. Achim Menges

Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen – ITKE

Dr.-Ing. Axel Körner, Kenryo Takahashi, Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers

Konzeptentwicklung, Systementwicklung, Fertigung und Konstruktion:

Andre Aymonod, Wai Man Chau, Min Deng, Fabian Eidner, Maxime Fouillat, Hussamaldeen Gomaa, Yara Karazi, Arindam Katoch, Oliver Moldow, Ioannis Moutevelis, Xi Peng, Yuxin Qiu, Alexander Reiner, Sarvenaz Sardari, Edgar Schefer, Selin Sevim, Ali Shokri, Sai Praneeth Singu, Xin Sun, Ivana Trifunovic, Alina Turean, Aaron Wagner, Chia-Yen Wu, Weiqi Xie, Shuangying Xu, Esra Yaman und Pengfei Zhang

Mit Unterstützung von: Katja Rinderspacher, Simon Bechert, Michael Schneider, Michael Preisack, Sven Hänzka, Sergej Klassen, Hendrik Köhler, Dennis Bartl, Sebastian Esser, Gregor Neubauer, Gabriel Kerekes und das Institut für Ingenieurgeodäsie (IIGS)

Exzellenzcluster Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC), Universität Stuttgart

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG

Chicago Architecture Biennial

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG),

Universität Stuttgart – School of Talents

Digitize Wood – Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Wuerttemberg (MLR)

Zukunft Bau – Ministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen

Kolb Sägewerk

Henkel AG

Scantronic

Brookhuis Technologies

MAISON FIBRE – ARCHITEKTURBIENNALE VENEDIG
17. Internationale Architekturausstellung–La Biennale di Venezia 2021

Der Beitrag des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart zur Architekturbiennale Venedig 2021 ist die architektonische Untersuchung einer alternativen »Materialkultur«, eine Begrifflichkeit, die eher in den Sozial-, Geschichts-, Technik- und Kunstwissenschaften verwendet wird. Maison Fibre, das zentrale Exponat der Ausstellung der beiden Institute, ist zugleich eine vollmaßstäbliche architektonische Installation und ein offenes Modell für den propagierten Kulturwandel. Es thematisiert die Abkehr vom prädigitalen, materialintensiven Bauen unter Verwendung zumeist isotroper und schwerer Baustoffe wie Beton, Stein und Stahl – diese werden häufig in großer Entfernung produziert, zu Bauelementen verarbeitet und dann über weite Strecken transportiert –, hin zu originär digitalen Bauweisen mit lokal ausdifferenzierten und vor Ort gefertigten Konstruktionen aus hochgradig anisotropen Werkstoffen: einer Architektur aus Fasern.

Maison Fibre ist das Ergebnis eines Jahrzehnts der Forschung an robotisch gefertigten Faserverbundstrukturen und wendet diese erstmalig auf begehbare Decken- und Wandelemente für das mehrgeschossige Bauen in der Architektur an. Die gesamte Struktur besteht aus sogenannten Rovings, Bündeln aus endlosen, unidirektionalen Fasern. Um den Modellcharakter des Projekts zu unterstreichen, wurde ein Bausystem aus Wand- und Deckenelementen mit dem für den Wohnungsbau typischen Rastermaß von 2,5 m entwickelt.

Der modellhafte Charakter des Projekts erschließt sich aus dem Bezug zu einem prägenden Vorbild der Architekturgeschichte, der Maison Dom-Ino von Le Corbusier. Die Geschossfläche der Installation entspricht der historischen Referenz, ebenso wie die Gliederung über drei Geschossplatten und das vielseitig erweiterbar gedachte System. Die im Vergleich zu einer Tektonik des Massiven radikale Andersartigkeit des Faserhaften, des Ausdifferenzierten und des Entmaterialisierten wird durch die Inszenierung der tragenden Faserstruktur für die Besucher räumlich und haptisch erfahrbar. Ein weiterer Unterschied besteht in der möglichen Anpassbarkeit und somit auch der Interaktion mit dem baulichen Bestand, wie es für ein zukünftiges urbanes Bauen maßgeblich sein wird. Durch die Integration der bestehenden Säulen des Ausstellungsgebäudes in die Installation wird dies bewusst betont.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/de/projekte/maison-fibre/

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PROJEKT TEAM

ICD Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Niccolo Dambrosio, Katja Rinderspacher, Christoph Zechmeister
Rebeca Duque Estrada, Fabian Kannenberg, Christoph Schlopschnat

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Jan Knippers, Nikolas Früh, Marta Gil Pérez, Riccardo La Magna

Mit Unterstützung von:
Werkstatt: Aleksa Arsic, Sergej Klassen, Kai Stiefenhofer

Studierende: TzuYing Chen, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Cutajar, Christo van der Hoven, Pei-Yi Huang, Madie Rasanani, Parisa Shafiee, Anand Nirbhaybhai Shah, Max Benjamin Zorn

In Zusammenarbeit mit: FibR GmbH, Stuttgart

Moritz Dörstelmann, Ondrej Kyjanek, Philipp Essers, Philipp Gülke
Mit Unterstützung von: Erik Zanetti, Elpiza Kolo, Prateek Bajpai, Jamiel Abubaker, Konstantinos Doumanis, Julian Fial, Sergio Maggiulli

PROJEKTFÖRDERUNG

Universität Stuttgart
Exzellenzcluster IntCDC, EXC 2120
Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg

GETTYLAB

Teijin Carbon Europe GmbH

Elisabetta Cane mit Bipaled s.r.l.

Trimble Solutions Germany GmbH

ELYTRA FILAMENT PAVILION
WAIC, West Bund, Shanghai

Der Elytra Filament Pavillon war eines der architektonischen Highlights bei der »World Artificial Intelligence Conference 2018« (WAIC). Der Pavillon steht nun in Shanghais bedeutendstem Kunstbezirk West Bund, und zeigt, wie sich architektonisches Design aus einer computerbasierten Synergie zwischen Tragwerksplanung, Umwelttechnik und Produktionstechnik entwickeln und zu einzigartigen räumlichen und ästhetischen Qualitäten führen kann. Die Konferenz bietet den einflussreichsten KI-Wissenschaftlern, Unternehmern und Politikern der Welt eine Plattform für einen hochrangigen Dialog zu maßgeblichen KI-Technologien und -Trends in der KI-Branche.

Der Pavillon wurde 2016 vom Victoria and Albert Museum für seinen zentralen Innenhof in Auftrag gegeben.

Im Jahr 2017 war der Elytra Filament Pavillon auch im Vitra Design Museum zu sehen.

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ENTWURF, INGENIEURSLEISTUNG UND FERTIGUNG
Achim Menges mit Moritz Dörstelmann
ICD–Institut für Computerbasiertes Entwerfen, Universität Stuttgart
Achim Menges Architekt, Frankfurt
Team: Marshall Prado (Fertigungsentwicklung), Aikaterini Papadimitriou, Niccolo Dambrosio, Roberto Naboni, mit Unterstützung von Dylan Wood, Daniel Reist

Jan Knippers
ITKE–Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Knippers Helbig Advanced Engineering, Stuttgart, New York
Team: Valentin Koslowski & James Solly (Tragwerksentwicklung), Thiemo Fildhuth (Struktursensorik)

Thomas Auer
Transsolar Climate Engineering, Stuttgart
Building Technology and Climate Responsive Design, TU München
Team: Elmira Reisi, Boris Plotnikov

Mit Unterstützung von:
Michael Preisack, Christian Arias, Pedro Giachini, Andre Kauffman, Thu Nguyen, Nikolaos Xenos, Giulio Brugnaro, Alberto Lago, Yuliya Baranovskaya, Belen Torres, IFB University of Stuttgart (Prof. P. Middendorf)

Beauftragt durch:
Victoria & Albert Museum, London 2016

FÖRDERUNG

Victoria & Albert Museum, London
Universität Stuttgart

GETTYLAB
Kuka Roboter GmbH + Kuka Robotics UK Ltd
SGL Carbon SE
Hexion
Covestro AG
FBGS International NV
Arnold AG
PFEIFER Seil- und Hebetechnik GmbH
Stahlbau Wendeler GmbH + Co. KG
Lange+Ritter GmbH
STILL GmbH

ELYTRA FILAMENT PAVILION
Vitra Campus, Weil am Rhein

Mit der Ausstellung »Hello, Robot. Design zwischen Mensch und Maschine« präsentiert das Vitra Design Museum eine große Ausstellung, die sich mit dem aktuellen Boom in der Robotik auseinandersetzt. Sie zeigt die Vielfalt der Formen, die die Robotik heute annimmt, und erweitert gleichzeitig unser Bewusstsein für die damit verbundenen ethischen, sozialen und politischen Fragen. Außerhalb des Museums ergänzt der »Elytra Filament Pavilion« diese Ausstellung.

Der bionische »Baldachin« ist ein eindrucksvolles Beispiel für den wachsenden Einfluss der Robotik in der Architektur. Seine einzelnen Module wurden durch einen Algorithmus definiert und dann mit Hilfe eines Industrieroboters hergestellt und von einem Team der Universität Stuttgart realisiert. Nach seiner Premiere im Victoria & Albert Museum in London ist er nun auf dem Vitra Campus zu sehen.

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DESIGN-, KONSTRUKTIONS- UND FERTIGUNGSTEAM

Achim Menges mit Moritz Dörstelmann
ICD–Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Achim Menges Architekt, Frankfurt
Team: Marshall Prado (Fertigungsentwicklung), Aikaterini Papadimitriou, Niccolo Dambrosio, Roberto Naboni, mit Unterstützung von Dylan Wood, Daniel Reist

Jan Knippers
ITKE–Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Knippers Helbig Advanced Engineering, Stuttgart, New York
Zum Team gehören auch: Valentin Koslowski & James Solly (Tragwerksentwicklung), Thiemo Fildhuth (Struktursensorik)

Thomas Auer
Transsolar Climate Engineering, Stuttgart
Building Technology and Climate Responsive Design, TU München
Team: Elmira Reisi, Boris Plotnikov

Mit Unterstützung von:
Michael Preisack, Christian Arias, Pedro Giachini, Andre Kauffman, Thu Nguyen, Nikolaos Xenos, Giulio Brugnaro, Alberto Lago, Yuliya Baranovskaya, Belen Torres, IFB Universität Stuttgart (Prof. P. Middendorf)

Beauftragt durch:
Victoria & Albert Museum, London 2016

FÖRDERUNG

Der Elytra Filament Pavillon auf dem Vitra Campus wurde realisiert mit der großzügigen Unterstützung von Design-Kreis- Freunde des Vitra Design Museums e.V., GETTYLAB und Universtität Stuttgart realisiert.

Victoria & Albert Museum, London
Universität Stuttgart

GETTYLAB
Kuka Roboter GmbH + Kuka Robotics UK Ltd
SGL Carbon SE
Hexion
Covestro AG
FBGS International NV
Arnold AG
PFEIFER Seil- und Hebetechnik GmbH
Stahlbau Wendeler GmbH + Co. KG
Lange+Ritter GmbH
STILL GmbH

SEWN TIMBER SHELL
Eröffnungsausstellung der Design Society, Shenzhen

Die segmentierte Holzschale, eine aus vernähten (engl. »sewn«) Holzsegmenten bestehendes Flächentragwerk, untersucht den Einsatz von Robotik und Sensorik in Kombination mit Techniken des Bekleidungsdesigns und des industriellen Nähens mit dem Ziel, eine neue Art der Herstellung maßgeschneiderter Holzstrukturen zu erforschen und eine traditionelle Handwerkskunst neu zu erfassen.

Die damit verbundene Forschung untersucht traditionelle Kleidungsmuster und Verbindungstechniken, die auch heute noch in der Mode verwendet werden, und interpretiert sie in einem anderen Materialkontext neu. Gewebe wird durch dünne Sperrholzplatten ersetzt, was ein verändertes Verhältnis zwischen Materialgeschmeidigkeit und Steifigkeit herstellt und damit Tragfähigkeit in das neuartige Materialsystem einführt. Das Nähen spielt eine ähnliche Rolle wie im Bekleidungsdesign, wo die Nähte es ermöglichen, aus einem flachen Bahnenmaterial dreidimensional gekrümmte Formen zu schneidern, die den Körper umhüllen. Im architektonischen Maßstab angewendet, werden die Nähte zu Verbindungen, die das Material aufgrund der elastischen Biegung von Holz formen, was strukturelle Kapazität und räumliche Hülle schafft.

Ein adaptiver robotergestützter Herstellungsprozess ermöglicht das notwendige Upscaling und die Handhabung der komplexen Zusammenhänge zwischen den Musterformen und dem Materialverhalten. Im Gegensatz zu sich wiederholenden Fertigungsprozessen, bei denen die Automatisierung auf der Ausführung vorbestimmter und vollständig definierter Schritte beruht, wird hier die Sensortechnologie eingesetzt, um einen Arbeitsablauf zu ermöglichen, der Materialberechnung und Roboterfertigung in Echtzeit zusammenführt. Bei diesem Prozess wird die Form des maßgeschneiderten Werkstücks wiederholt gescannt. Die Segmente enthalten zuvor hergestellte Verbindungen in Form von Markierungen, die für die Erzeugung der Roboterbewegung live verfolgt werden. Während dieses Prozesses werden die Holzstücke nacheinander hinzugefügt und durch eine genähte Verbindung dauerhaft verbunden. Ein benutzerdefiniertes digitales Modellierungswerkzeug wird verwendet, um ein poröses, wellenförmiges, dreischichtiges System zu entwickeln, das Materialeigenschaften, Fertigungsbeschränkungen und Montagereihenfolge kohärent integriert. Dieses komplexe Zusammenspiel von Materialität und Materialisierung führt zu einer genähten Hülle, die die Eigenschaften der Holzarchitektur erweitert und gleichzeitig eine einzigartige texturale und räumliche Artikulation entfaltet.

Das Projekt war in der Eröffnungsausstellung »Minding the Digital« der Design Society, Chinas neuem führenden Designmuseum in Shenzhen, zu sehen.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/de/projekte/icd-sewn-timber-schale-2017/

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PROJEKTTEAM

ICD Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Martín Alvarez, Prof. Achim Menges

DDRC Digital Design Research Center, Tongji University
Prof. Philip Yuan

mit Unterstützung von: Chai Hua, Samuel Leder, Valentina Soana, Iván Jimenez

PROJEKTFÖRDERUNG

Deutsch-Chinesisches Forschungsprojekt GZ 1162 »Performative Entwurfsmethoden auf der Grundlage von Roboterfertigung für nachhaltige Architektur«
Digital Design Research Center Tongji University Shanghai (Prof. Philip Yuan)
Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (Prof. Achim Menges)

ELYTRA FILAMENT PAVILION
Victoria and Albert Museum, London

Der Elytra Filament Pavilion basiert auf integrativer Design- und Ingenieursarbeit. Als Kernstück der V&A Engineering Season zeigt das Projekt, wie einzigartige räumliche und ästhetische Qualitäten aus der Synthese von Bau- und Klimaingenieurswesen sowie innovativen Fertigungsmethoden entstehen können. Die tiefgehenden Auswirkungen neuer Technologien auf die Konzeptionierung von Design, Konstruktion und Herstellung werden dem Besucher im Innenhof des Museums erlebbar gemacht. Anstelle einer statischen Installation erwartet den Besucher ein dynamischer Raum, dessen Strukturen sich stetig weiter entwickeln. Die zelluläre Dachstruktur wächst mithilfe einer lokal installierten Fertigungseinheit, die individuell angepasste Bauelemente basierend auf Echtzeit-Sensordaten mikroklimatischer Bedingungen sowie der Raumnutzung durch die Besucher herstellt. Die Fähigkeit des Pavillons durch lokal produzierte Elemente erweitert und rekonfiguriert zu werden, bietet einen Ausblick auf zukünftige innerstädtische Grünflächen, deren anpassungsfähige Strukturen ein erweitertes Spektrum an öffentlichen Aktivitäten im städtischen Außenraum ermöglichen.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/de/projekte/elytra-filament-pavilion/

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ENTWURF, INGENIEURSLEISTUNG UND FERTIGUNG

Achim Menges mit Moritz Dörstelmann
ICD–Institut für Computerbasiertes Entwerfen, Universität Stuttgart
Achim Menges Architekt, Frankfurt
Team: Marshall Prado (Fertigungsentwicklung), Aikaterini Papadimitriou, Niccolo Dambrosio, Roberto Naboni, with Unterstützung von Dylan Wood, Daniel Reist

Jan Knippers
ITKE–Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Knippers Helbig Advanced Engineering, Stuttgart, New York
Team: Valentin Koslowski & James Solly (Tragwerksentwicklung), Thiemo Fildhuth (Struktursensorik)

Thomas Auer
Transsolar Climate Engineering, Stuttgart
Building Technology and Climate Responsive Design, TU München
Team: Elmira Reisi, Boris Plotnikov

Mit Unterstützung von:
Michael Preisack, Christian Arias, Pedro Giachini, Andre Kauffman, Thu Nguyen, Nikolaos Xenos, Giulio Brugnaro, Alberto Lago, Yuliya Baranovskaya, Belen Torres, IFB University of Stuttgart (Prof. P. Middendorf)

Beauftragt durch:
Victoria & Albert Museum, London 2016

FÖRDERUNG

Victoria & Albert Museum, London
Universität Stuttgart

GETTYLAB

Kuka Roboter GmbH + Kuka Robotics UK Ltd
SGL Carbon SE
Hexion
Covestro AG
FBGS International NV
Arnold AG
PFEIFER Seil- und Hebetechnik GmbH
Stahlbau Wendeler GmbH + Co. KG
Lange+Ritter GmbH
STILL GmbH

HYGROSKIN – METEOROSENSITIVE PAVILION
Ständige Sammlung, FRAC Centre Orleans, Frankreich

Das Projekt HygroSkin – Meteorosensitive Pavilion erforscht eine neue Art von klimareaktiver Architektur. Während die meisten architektonischen Ansätze, auf die Umwelt zu reagieren, sich auf aufwendige technische Ausrüstungen stützen, die auf den ansonsten trägen Materialkonstruktionen aufgesetzt werden, nutzt dieses Projekt die Reaktionsfähigkeit des Materials selbst. Die Dimensionsinstabilität von Holz in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt wird genutzt, um eine metereosensitive architektonische Haut zu konstruieren, die sich als Reaktion auf Wetterveränderungen autonom öffnet und schließt, aber weder die Zufuhr von Betriebsenergie noch irgendeine mechanische oder elektronische Steuerung benötigt. Hier ist die Material selbst die Maschine.

Die modulare Holzhaut des Pavillons wird unter Ausnutzung der Selbstformungsfähigkeit von zunächst ebenen Sperrholzplatten entworfen und hergestellt, um konische Oberflächen auf der Grundlage des elastischen Verhaltens des Materials zu bilden. In die tiefe, konkave Oberfläche jedes robotergefertigten Moduls wird eine wetterfühlige Öffnung eingesetzt. Die materielle Programmierung des feuchtigkeitsabhängigen Verhaltens dieser Öffnungen eröffnet die Möglichkeit einer verblüffend einfachen, aber wirklich ökologisch eingebetteten Architektur, die in ständiger Rückkopplung und Interaktion mit ihrer Umgebung steht. Die wetterreaktiven Holzverbundelemente passen die Porosität des Pavillons in direkter Wechselwirkung mit Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung an. Diese Wetteränderungen, die Teil unseres täglichen Lebens sind, sich aber normalerweise unserer bewussten Wahrnehmung entziehen, lösen die stille, materialinhärente Bewegung der Holzhaut aus. Diese subtile, aber konstante Modulation der Beziehung zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Pavillons sorgt für eine einzigartige Konvergenz von Umwelt- und Raumerfahrungen.

Das Projekt wurde vom FRAC Centre Orleans für seine renommierte ständige Sammlung in Auftrag gegeben und wurde erstmals in der Ausstellung »ArchiLab 2013 – Naturalizing Architecture« gezeigt, die am 14. September 2013 eröffnete.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/projects/hygroskin-meteorosensitive-pavilion/

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PROJECT TEAM

Achim Menges Architekt, Frankfurt
Achim Menges, Steffen Reichert, Boyan Mihaylov
(Projektentwicklung, Entwurf)

Institut für Computerbasiertes Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Oliver David Krieg, Steffen Reichert, David Correa, Katja Rinderspacher, Tobias Schwinn, Nicola Burggraf, Zachary Christian with Yordan Domuzov, Tobias Finkh, Gergana Hadzhimladenova, Michael Herrick, Vanessa Mayer, Henning Otte, Ivaylo Perianov, Sara Petrova, Philipp Siedler, Xenia Tiefensee, Sascha Vallon, Leyla Yunis
(Wissenschaftliche Entwicklung, Detailplanung, Robotische Fertigung, Aufbau)

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG

FRAC Fonds Régional d’Art Contemporain du Centre
Robert Bosch Stiftung
Kiess GmbH
Cirp GmbH
Holzhandlung Wider GmbH

HYGROSCOPE – METEOROSENSITIVE MORPHOLOGY
Ständige Sammlung, Centre Pompidou Paris, Frankreich

Das Installation »HygroScope – Meteorosensitive Morphology« am Centre Pompidou in Paris erschließt den Zugang zu einer neuartigen Verschränkung der Funktion eines sich selbst regulierenden, wetterfühligen architektonischen Systems und dessen ästhetischer Erfahrung. Entstanden an der Schnittstelle von Kunst, Architektur, Ingenieurswissenschaften und Biomimetik besteht die Installation aus einem überraschend einfachen System: Beruhend auf der Wirkungsweise biologischer Systeme reagiert die Installation auf Klimaveränderungen in der sie umgebenden, raumgroßen Vitrine durch selbsttätige Formveränderungen des Materials. Die hygroskopischen Eigenschaften von Holz, einem der ältesten Baustoffe überhaupt, werden dabei auf neuartige Weise als dem Material-innewohnender Sensor und Motor genutzt, der die Struktur in Abhängigkeit von der sie umgebenden Luftfeuchte automatisch öffnet und schließt. Diese Bewegungen und Anpassungen an sich verändernde Umweltbedingungen kommen ohne jegliche Mechanik, Elektronik oder zusätzlicher Energie aus. Das Material selbst ist die Maschine.

Die Installation wird im Centre Pompidou in Paris von Mai bis August 2012 anlässlich der Ausstellung »Multiversités Créatives« erstmalig gezeigt. Danach wird die Installation in die ständige Sammlung des Centre Pompidou übergehen.

Eine ausführliche Projektbeschreibung und mehr Bilder befinden sich hier:

https://www.icd.uni-stuttgart.de/projects/hygroscope-meteorosensitive-morphology/

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PROJEKTTEAM

Achim Menges Architekt, Frankfurt
Prof. Achim Menges, Steffen Reichert, Boyan Mihaylov
(Entwurf, Planung)

Institut für Computerbasiertes Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Steffen Reichert, Nicola Burggraf, Tobias Schwinn mit Claudio Calandri, Nicola Haberbosch, Oliver Krieg, Marielle Neuser, Viktoriya Nikolova, Paul Schmidt
(Wissenschaftliche Entwicklung, Robotische Fertigung, Herstellung)

Transsolar Energietechnik, Stuttgart
Thomas Auer, Daniel Pianka
(Klimatechnik)

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG

Centre Pompidou Paris
Glasbau Hahn GmbH
Rubner Holding AG
Kompetenznetz Biomimetik
Steelcase Werndl AG

FAZ PAVILLON

Das Design des FAZ-Pavillons basiert auf biomimetischer Forschung, die autonome, passiv betätigte Oberflächenstrukturen untersucht, die auf Veränderungen der Umgebungsfeuchtigkeit reagieren und auf den biologischen Prinzipien von Zapfen von Nadelbäumen basieren. Die gestalterische Integration von Materialeigenschaften und Herstellungsparametern, um sowohl eine variable Verbundkomponente als auch eine differenzierte Systemmorphologie zu erreichen, ermöglicht eine direkte Reaktion auf Umwelteinflüsse, ohne dass eine zusätzliche elektronische oder mechanische Steuerung erforderlich ist.

Der Sommerpavillon befindet sich am nördlichen Mainufer in der Frankfurter Innenstadt und stellt eine innere Erweiterung dieses beliebten öffentlichen Raums dar. Auf der Grundlage eines relativ einfachen Materialelements, das gleichzeitig reaktionsfähige Struktur, eingebetteter Sensor, stromloser Motor und Regelelement ist, reagiert die gesamte Hülle des Pavillons auf Wetterveränderungen. An sonnigen Tagen mit relativ geringer Luftfeuchtigkeit ist die Oberfläche vollständig geöffnet. Sobald das Wetter in Regen übergeht, löst der damit verbundene Anstieg der relativen Umgebungsfeuchtigkeit eine schnelle, autonome Reaktion aus, und die Struktur schließt sich und bildet eine wetterfeste Haut. Die autonome, passive Betätigung der reaktionsfähigen Blätter erfüllt nicht nur die funktionale Leistung eines wandelbaren Dachs, sondern bietet auch ein einzigartiges Umwelt- und Raumerlebnis.

PAVILLON FÜR DIE 11. PRAGER QUADRIENNALE
Internationale Quadriennale für Szenographie and Theaterarchitektur
Ständige Sammlung des Centre Pompidou Paris

Die alle vier Jahre stattfindende Internationale Ausstellung für Szenografie und Theaterarchitektur ist eines der wichtigsten Theaterfestivals der Welt. Mehr als 50 Nationen zeigen zeitgenössische Ansätze für die Gestaltung von räumlichen und szenischen Elementen, Licht und akustischen Aspekten, die das Theaterereignis ausmachen. Die vom deutschen Kurator in Auftrag gegebene Designstudie für einen Pavillon sieht diesen als eine Aufführungsumgebung mit bewusst mehrdeutigen Beziehungen zwischen Raum, Zeit und der Konvergenz von Protagonisten und Zuschauern vor. Dieses Bestreben, die Rolle des Akteurs und des Publikums zu verwischen, manifestierte sich in dem Konzept des Kurators, keine Exponate zu zeigen, sondern nur die Pavillonstruktur selbst und die Vielzahl der von ihr erzeugten Effekte. Das Projekt begann mit der Definition eines Materialsystems, das auf linierten Oberflächen basiert, wobei die Oberflächen auf die Materialisierung der Linien als elastische Fäden reduziert wurden, die eingesetzt werden können, um die Ebenen der Transparenz, der Belichtung und des Einschlusses zu modulieren und die visuelle und physische Konnektivität zu manipulieren. Die entstehenden Moiré-Effekte können genutzt werden, um Besucher, die durch die Struktur navigieren, zu enthüllen oder zu verschleiern, da die Anwesenheit einer Person zwischen den sich überlappenden Schichten den Effekt lokal begrenzt und eine flimmernde Silhouette erzeugt.

Durch iterative digitale und physische Tests wurde die Beziehung zwischen der Intensivierung und Filterung der zirkulatorischen und visuellen Bedingungen und verschiedenen geometrischen Parametern erforscht; zum Beispiel die Dichte und Ausrichtung der Linien in Abhängigkeit von der Definition der Basiskurven und der Zunahme der Interpretationen der Materiallinien. Neben den Parametern, die die Bedingungen für die komplexe Beziehung zwischen Raum, Körper, Bewegung und der entstehenden visuellen sowie leuchtenden Umgebung beeinflussen, ist auch die strukturelle Kapazität ein wesentlicher Aspekt des Systems. Aufgrund der Notwendigkeit, ein selbsttragendes System zu schaffen, das nicht auf die denkmalgeschützte Ausstellungshalle angewiesen ist, sondern nur auf dem Boden ruht, folgt die Artikulation der Basiskurve strukturellen Kriterien in einer Weise, dass die beträchtliche Akkumulation der Kräfte aller Einzelstränge zu einem Gleichgewichtszustand innerhalb des Gesamtsystems führt. Die anschließende gestalterische Entwicklung verschiedener Systemtypen und damit verbundener Variationen führt zu einem labyrinthischen Raum, in dem sich die Erfahrung kollektiver Besiedlung und individueller Positionierung von der externen Makro-Umgebung der Ausstellungshalle auf die Meso-Skala des Pavillons und die Mikro-Skala seiner besonderen Teilstandorte und lokalen Effekte schichtet. Unterschiedliche Intensitäten von Transparenz, Reflexion und Dichte, verstärkt durch topografische Wellen und animierte Lichtquellen, schaffen einen Raum mit vielfältigen Mikrobedingungen. Die Reaktion jedes einzelnen Besuchers auf diese Bedingungen und die daraus resultierende Positionierung und Navigation durch den Raum wird Teil einer flüchtigen Besiedlung, die zugleich aktiver und passiver Bestandteil der Performance-Umgebung ist.

Seit seinem Erwerb im Jahr 2011 ist das Projektmodell Teil der ständigen Sammlung des Centre Pompidou Paris.

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PROJEKTTEAM

OCEAN NORTH and Scheffler+Partner
Project Coordination: Achim Menges
Project Team: Eva Scheffler, Steffen Reichert, Jochen Schütz

MORPHOGENETIC DESIGN EXPERIMENT
Ständige Sammlung, Centre Pompidou Paris

Dieses morphogenetische Designexperiment untersucht die mögliche Kombination von digital entwickelter Geometrie und computergestützter Fertigung mit dem Ziel, eine Kohärenz zwischen Fertigungslogik, Materialbeschränkungen und komplexen Geometrien zu erreichen. Mit Hilfe von Evolutionsberechnungen wird ein Prozess in Gang gesetzt, bei dem zwei ineinandergreifende Flächen anhand geometrischer Fitnesskriterien entwickelt werden. Das Experiment basierte auf der Erkenntnis, dass die geometrischen Daten von Oberflächen mit unterschiedlicher Krümmung durch ein System von tangentialen und senkrechten Konstruktionsebenen beschrieben werden können, das sich auch für das anschließende computergestützte Laserschneiden von Plattenmaterial eignet. Es wurde eine Reihe geometrischer Randbedingungen festgelegt, darunter die lokale Krümmung im Verhältnis zur gesamten Oberflächengeometrie oder die Dichte der benötigten Konstruktionsebenen in Abhängigkeit vom Krümmungsgrad. Dies erforderte eine Erweiterung der Eignungskriterien von einem statischen Rangordnungsinstrument zu einem Bewertungsinstrument, das sich in einer Rückkopplungsschleife aus Formerzeugung und externer Analyse weiterentwickelt. In dem Experiment wurden viele Generationen von zwei miteinander verbundenen gekrümmten Oberflächen in einer Umgebung gezüchtet, die durch anziehende und abstoßende Kräfte definiert war, und die entstandenen Oberflächen wurden in anderen Softwarepaketen analysiert. Die entstehenden geometrischen Muster informierten und veränderten die Fitnesskriterien entsprechend.

Geometrische Merkmale wie die regionale Veränderung der Krümmung und die Richtung der Oberflächennormalen definierten die Position und Anzahl der Konstruktionsebenen sowie die Tiefe der Schnitte über viele Populationen hinweg. Die leitenden geometrischen Beziehungen waren relativ einfach, aber durch die nichtlineare Evolution entstanden komplizierte Oberflächengliederungen. Durch die wechselseitige Adaptiogenese von geometrischen Fitnesskriterien und geometrischer Artikulation ergab der morphogenetische Prozess eine immer höhere Komplexität, die stets die Logik des Materialsystems beibehielt, das für die sofortige Herstellung mit dem Laserschneider bereit war. Das Ergebnis dieses Experiments zeigt einen Grad an Komplexität und Kohärenz, der mit herkömmlichen Designansätzen nur sehr schwer zu erreichen ist.

Seit dem Erwerb im Jahr 2011 ist ein Modell des Projekts Teil der ständigen Sammlung des Centre Pompidou Paris.