Intcdc paviljoen van de universiteit van Stuttgart

Het „livMatS Paviljoen“ in de Botanische Tuin van de Universiteit van Freiburg is gemaakt van robotisch gewikkelde natuurlijke vezels. Het is ontwikkeld en gebouwd door studenten van de livMatS en IntCDC Clusters of Excellence aan de universiteiten van Freiburg en Stuttgart.

Onderzoekers over de hele wereld zijn op zoek naar een model voor een duurzaam, hulpbronnenefficiënt alternatief voor conventionele bouwmethoden. In een gezamenlijk project hebben onderzoekers van de universiteiten van Freiburg en Stuttgart en masterstudenten van de universiteit van Stuttgart nu een concept gepresenteerd. En het meteen gebouwd. Het is een robotisch gewikkeld natuurvezelgebouw dat sinds kort te zien is in de Botanische Tuinen van de Universiteit van Freiburg. De ietwat onhandige naam „livMatS Pavilion“ verwijst naar het Freiburgse onderzoeksgebied en Cluster of Excellence „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)“. Het paviljoen is bedoeld om te laten zien hoe een unieke bio-geïnspireerde architectuur mogelijk wordt door natuurlijke materialen te combineren met geavanceerde digitale technologieën.

De draagstructuur bestaat uit robotisch gewikkelde vlasvezels, een verdere ontwikkeling van de instituten van de tot nu toe gebruikte synthetisch geproduceerde vezelcomposieten – zoals glas- en koolstofvezels. Vlasvezels daarentegen zijn hernieuwbaar in jaarlijkse oogstcycli, regionaal beschikbaar en biologisch afbreekbaar. Vooral in combinatie met efficiënte lichtgewicht constructies zouden ze de ecologische voetafdruk van gebouwen aanzienlijk kunnen verkleinen. „Vezelversterkte composieten hebben een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding,“ legt Jan Knippers van het Instituut voor Structuren en Conceptueel Ontwerp (ITKE) uit. Het was echter allesbehalve eenvoudig om de productie om te schakelen van synthetische naar natuurlijke vezels. „De natuurlijke vezels en hun biologische variabiliteit stelden ons onderzoekers voor nieuwe uitdagingen op het gebied van computerondersteund ontwerp, de workflows van robotproductie en machinebesturing,“ zegt Achim Menges van het Institute of Computer-Aided Design and Construction (ICD).

© IntCDC, Universiteit van Stuttgart | Bron: YouTube

De natuur als model voor het IntCDC-paviljoen

De saguaro cactus en de cactusvijg dienden als inspiratie voor de netachtige rangschikking van de natuurlijke vezels en de pitloze winding. Beide cactussen worden gekenmerkt door hun speciale houtstructuur. De saguaro cactus heeft een cilindrisch skelet dat hol is aan de binnenkant en daardoor bijzonder licht, zegt Thomas Speck, directeur van de Botanische Tuin. Het bestaat uit een netachtige houten structuur die het skelet extra stabiliteit geeft. „Het weefsel van de afgeplatte zijscheuten van de cactusvijg is ook verweven met bundels houtvezels die in lagen zijn gerangschikt en met elkaar zijn verbonden. Dit betekent dat het weefsel van de cactusvijg ook wordt gekenmerkt door een bijzonder hoog draagvermogen,“ vervolgt Thomas Speck.

De onderzoekers hebben deze netwerkstructuren van de biologische modellen geabstraheerd en geïmplementeerd in het livMatS-paviljoen door de natuurlijke vezels kernloos te wikkelen. Door deze abstractie – wikkel- of vlechtprocessen bestaan niet in planten – konden de onderzoekers de mechanische eigenschappen van de vernette vezelstructuren overbrengen op de lichtgewicht draagelementen van het livMatS-paviljoen, aldus het livMatS-instituut in een toelichting op het proces.

De dragende structuur van het paviljoen bestaat uit 15 vlasvezelelementen die geprefabriceerd zijn van uitsluitend natuurlijke vezels. Een vezelkernsteen vormt het middelpunt. Het filigrane uiterlijk van het oppervlak van de afzonderlijke elementen doet zowel denken aan traditionele vakwerkconstructies als aan het biologische model. De individuele elementen variëren in hun totale lengte tussen 4,50 en 5,50 meter en wegen gemiddeld slechts 105 kilogram. Met een totale oppervlakte van 46 vierkante meter weegt de hele vezelconstructie slechts ongeveer 1,5 ton. De constructie is gerealiseerd door FibR GmbH Stuttgart, een van de industriële partners in het project.

Het paviljoen zal in de toekomst dienen als locatie voor evenementen – en niet in de laatste plaats om het werk van het team te illustreren. De ontwikkeling van de structuur is gebaseerd op een jarenlange samenwerking tussen een team van architecten en ingenieurs van het ITECH-masterprogramma van het excellentiecluster „Integrative Computer-aided Design and Construction for Architecture (IntCDC)“ van de universiteit van Stuttgart en biologen van het excellentiecluster Living. Adaptive and Energy-autonomous Material Systems (livMatS) aan de Universiteit van Freiburg. (Rood)

Projectteam:

ICD: Instituut voor Computational Design and Construction – Prof. Achim Menges/Cluster of Excellence IntCDC, Universiteit van Stuttgart;
ITKE: Instituut voor Bouwconstructies en Constructief Ontwerp – Prof. Jan Knippers/Cluster of Excellence IntCDC, Universiteit van Stuttgart.
in samenwerking met livMatS, Universiteit van Freiburg – Prof. Dr. Thomas Speck, Prof. Dr. Jürgen Rühe

Onderzoekers
Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister Projectleiding: Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

2018 tot 2020: Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, Jeongwoo Jang, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihaczek, Anke Kristina Schramm, Lasath Ryan Siriwardena, Vaia Tsiokou, Christo van der Hoven, Shu Chuan Yao

2018 tot 2019: Karen Andrea Antorveza Paez, Okan Basnak, Guillaume Caussarieu, Zhetao Dong, Kurt Drachenberg, Roxana Firorella Guillen Hurtado, Ridvan Kahraman, Dilara Karademir, Laura Kiesewetter, Grzegorz Łochnicki, Francesco Milano, Yue Qi, Hooman Salyani, Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag