Forschung

Fertiger Vollmaßstab-Demonstrator bei Nacht. Die Löcher in der Platte wurden zu Leuchten.

Building Across Scales

Die Forschung schlägt ein heterogenes multiskalares robotisches Bausystem zur weiteren Automatisierung des Holzbaus vor Ort vor. Konkret wird der nächste Schritt in der Automatisierung des Klebens vor Ort vorgestellt, indem ein maßgeschneiderter Klemmroboter für das Anpressen von Holzelementen vor Ort eingeführt wird. Im Kern der Forschung steht daher die Entwicklung des Klemmroboters als Teil eines größeren robotischen Bauteams, bestehend aus einem industriellen Roboterarm und einem automatisierten Kran, im Co-Design mit dem Material- und Bausystem.

Drei Gebäudegrundrisse zeigen die endgültige Positionierung der Stützen als Ergebnis des Algorithmus.

Automatische Stützenplatzierung

Dieses Paper präsentiert eine feedbackbasierte rechnerische Methode zur Platzierung von Stützen in der frühen Entwurfsphase komplexer Mehrgeschossbauten. Die Methode integriert einen Circle-Packing-Algorithmus, ein Federsystem und Tragwerksberechnungen in einem einzigen Skript für die reziproke und informierte Anordnung von Stützen im Raum. Während sie den Nutzern einen explorativen Ansatz ermöglicht, erschließt sie vielfältige Potenziale im Mehrgeschossbau, einschließlich zusätzlicher auskragender Flächen am Rand, erhöhter Raumqualitäten mit großen Spannweiten, multidirektionaler Tragwerksanordnungen und Mehrzwecknutzung des Raums. Als Ergebnis ermöglicht der entwickelte Algorithmus Flexibilität, indem er die Entwurfsmöglichkeiten rasterbasierter und irregulärer Stützenanordnungen nutzt und die Integration tragwerks- und entwurfsbezogener Randbedingungen in der räumlichen Organisation verschiedener Gebäudetypologien fördert.

3D-Modell im Drahtgitter mit Biegekräften am Fallbeispiel, dem ZCB-Pavillon.

Biegeaktiver Bambus

Forschung für den ITECH-Kurs Form und Struktur. Inspiriert vom ZCB Bamboo Pavilion entwickelten wir unseren eigenen Workflow mit Grasshopper, Kangaroo Physics und K2Engineering.

Bildsequenz des differentiellen Wachstumsalgorithmus unter Verwendung eines Meshes.

Differentielles Wachstum bei Korallen

Forschung für die ITECH-Kurse Computational Design und Biomimetik. Inspiriert vom Wachstum der Korallen; der Code wurde mit Grasshopper und einer selbst erstellten Python-Komponente entwickelt. Im Kurs Computational Design lernten wir, eigene Grasshopper-Komponenten mit Python und C# zu entwickeln.

Acropora-Pavillon

Acropora-Pavillon, ein Projekt für den Kurs Biomimetik des Masterprogramms ITECH am ICD & ITKE der Universität Stuttgart. Acropora ist ein Pavillon, inspiriert vom Wachstum der Korallen.

Naturfaser-Wickelprobekörper mit Lastgurten für Strukturtests am ITKE Stuttgart befestigt.

ITKE-Wissenschaftliche Hilfskraft für Kernloses Filamentwickeln

Als wissenschaftliche Hilfskraft half ich Marta Gil Pérez bei den Belastungstests von Naturfaserprobekörpern für den livMatS-Pavillon. Die wichtigste Erkenntnis betraf die Beziehung zwischen Computersimulation, physischen Experimenten und der Intuition der Forscherin.

Daniel Nunes Locatelli im Schutzanzug neben dem KUKA-Roboterarm am ICD Stuttgart.

ICD-Wissenschaftliche Hilfskraft für Kernloses Filamentwickeln

Untersuchung von Berechnungsmethoden zur Vorhersage der Kohlefaserinteraktion beim kernlosen Filamentwickeln. Ich unterstützte Christoph Schlopschnat bei der Harzvorbereitung, physischen Tests im kleinen Maßstab und Photogrammetrie.

Life Lamp Konzeptdiagramm: drei Herzschlagwerte überlagern sich auf den Silhouetten eines Babys, eines Erwachsenen und einer älteren Person. Daneben die resultierenden jeweiligen 3D-Geometrien.

Life Lamp: Design und Menschen durch Emotion verbinden

Der Designprozess ist ein Hybrid zwischen Top-down- und Bottom-up-Ansatz. Wir arbeiteten sowohl mit vordefinierten herzförmigen 3D-Modellen als Designgrundlage als auch mit agentenbasierter Modellierung, die in den 1980er Jahren von Craig Reynolds umfassend erforscht wurde. Die Programmierung wurde mit Grasshopper 3D, dem zwei Wochen alten Plugin Culebra v2.0 für die agentenbasierte Modellierung und dem Plugin Firefly zur Erfassung der Herzschläge entwickelt. Diese Arbeit wurde später als Paper auf der ECAAD 2020 vorgestellt.

Originalcover des E-Books: das Mesh einer Radiolarie.

Computational Design Strategien

Hier präsentiere ich eine Zusammenstellung von Strategien, die ich in den neun Jahren seit Beginn meines Studiums in diesem faszinierenden Bereich kennengelernt habe! Jeder, der Computational Design zu studieren beginnt, lernt diese Zusammenstellung von Informationen auf die eine oder andere Weise. Manche bauen Bibliotheken von Links und Dateien auf; andere speichern sie im Kopf. Allerdings sind dies Informationen, die jeder erst nach vielen Jahren der Forschung erlernt.

Affektiver Datentisch

Das emotionale Design in Verbindung mit computergestütztem Design zielt darauf ab, die gesamte industrielle Produktionskette zu überdenken und sich der Industrie 4.0 anzunähern. Eine Transformation, die den gesamten Lebenszyklus des Produkts betrifft: Design, Fertigung und Verbraucherverhalten.

Fertigung des O3-Pavillons durch Paleta Stands. Ein Schmied fotografiert das Kleinmodell, während zwei weitere im Hintergrund erscheinen

High-Low als Ausdruck der brasilianischen digitalen Fertigung

Dieses Paper untersucht das Konzept High-Low: Hochtechnologie in der Entwurfsphase mit Niedrigtechnologie in der Fertigungsphase. Die ephemere Architektur hat das Potenzial, akademisches und künstlerisches Wissen in der brasilianischen kommerziellen Produktion zu vereinen. Hier wird eine experimentelle Fallstudie vorgestellt, die für die Expo Revestir für Docol im Jahr 2017 entworfen wurde und das Paradigma des Computational Design mit dem akademischen Feld und realisierbaren kommerziellen Anwendungen in Einklang bringt.

Daniel Nunes Locatelli präsentiert das Paper auf der IASS 2017 in Hamburg.

Algorithmisches Design für traditionelle Klöppelmethoden

Dieses Paper untersucht die mögliche Anwendung digitaler Werkzeuge beim Entwerfen und Herstellen textiler Gewebe durch die kombinierte Nutzung von Formfindung und der traditionellen Klöppeltechnik.

Rendering der Microverse-Installation vor der FAU-USP.

Architektur + Biomimetik + Algorithmus

Es handelt sich um eine einführende Studie über die Möglichkeiten der Anwendung von Computational Design in der Architektur mit Schwerpunkt auf Formfindung. Dazu wurden Fallstudien von großer historischer, technologischer und künstlerischer Relevanz herangezogen, um ihre jeweiligen Entwurfsprozesse mittels Reverse Engineering mit der Software Rhinoceros 3D und dem Grasshopper-Plugin zu analysieren. Dabei zeigte sich, dass Biomimetik in den untersuchten Projekten eine grundlegende Rolle spielte und daher als Leitfaden für diese Studie dient. Schließlich wurde ein temporärer Pavillon für die FAU-USP vorgeschlagen, um das in diesem Prozess gewonnene Wissen zu festigen.