Pneumatic transformations : soft robotics in kinetic spatial structures

Abstract

Architektur wird typischerweise als statisch wahrgenommen. Sie erscheint als starres, unbewegtes Gefüge aus Baumaterialien. Diese Arbeit stellt diese Konvention infrage, indem sie das Potenzial von sich ständig veränderndem Raum untersucht. Dabei wird Raum als aktives System verstanden, das durch Formveränderungen auf Menschen im direkten Umfeld reagiert. Diese Vision wird durch eine interaktive, kinetische Installation mit pneumatischen Strukturen umgesetzt. Luftdruckgesteuerte Elemente transformieren sich durch kontrollierte Druckmodulationen, basierend auf Prinzipien der Soft Robotics. Die Installation umfasst raumhohe pneumatische Volumina, die mit Ventilatoren verbunden und im Raum aufgehängt sind. Betreten Menschen deren Annäherungszonen, werden die Ventilatoren aktiviert und die pneumatischen Körper mit Luft befüllt. Die Luftkörper dehnen sich so weit aus, dass sie den Raum nahezu füllen und Besucher zum Ausweichen zwingen. Sobald diese den Raum verlassen, entleeren sich die Strukturen und kehren in ihren Ausgangszustand zurück. Das Projekt hinterfragt, wem Raum zuzuordnen ist und ob Maschinen Autorität über diesen ausüben können. Gleichzeitig wird erforscht, wie die geplante räumliche Intervention entworfen und technisch umgesetzt werden kann. In der Realisierung lieferten Ventilatoren den erforderlichen Luftdruck, mit dem die pneumatischen Raumelemente gesteuert wurden. Ein programmierbarer, bidirektionaler und drahtlos steuerbarer Mantelpropeller wurde eigens entwickelt, bestehend aus 3D-gedruckten Teilen, einem Modellbaumotor, Akkubatterien und einem Mikrocontroller. Für die pneumatischen Körper wurden verschiedene Materialien und Fügemethoden getestet. Folien aus LDPE mit Klebebandverbindungen erwiesen sich als geeignet. Durch die Aufhängung der Luftkörper an Kletterseilen in verschiedenen Innenraumszenarien konnten räumliche Transformationen und Interaktionen getestet werden. Die Installation zeigt, wie reaktive pneumatische Strukturen Raum besetzen und kontrollieren, indem sie Menschen verdrängen. Die Frage nach dem Eigentum am Raum bleibt offen und wird in der Interaktion zwischen Mensch und künstlicher Raumentität verhandelt. Diese Arbeit trägt zur experimentellen Architektur und Kunst durch interdisziplinäre Praxis bei. Zukünftig soll die Installation um mehrere Elemente erweitert und die Schnittstelle für Kollaborationen geöffnet werden, um neue räumliche Konzepte und Interaktionsformen zu erforschen.

Architecture is typically a static composition of building materials in a fixed, still state. This work, in contrast, challenges that convention by envisioning a space in constant motion. As an environment that senses its surroundings and reacts to people by shifting its shape, space appears as a tangible entity. This vision is realized through an interactive, kinetic spatial installation consisting of pneumatic structures. These air pressure-driven elements transform through controlled pressure modulations, inspired by the principles of soft robotics. The installation features room-high pneumatic airbags connected to fans and suspended within an indoor space. When humans enter their proximity zones, the fans are activated to inflate the volumes. The airbags expand rapidly until they fill the room, forcing visitors to move away. Once the visitors leave, the structures deflate and return to their initial state. This research addresses questions of who owns space and whether machines can assert authority over it, while also investigating how such a spatial intervention can be designed and implemented. For realization, fans provided the air pressure, while pneumatic volumes acted as the inflation medium. A programmable, bidirectional, wirelessly controllable ducted fan was developed and constructed, combining 3D-printed parts, RC motor components, batteries, and a microcontroller. For the pneumatic bodies, various materials and joining methods were tested, resulting in the use of LDPE sheets joined with adhesive tape seams. By attaching the pneumatic airbags to ducted fans and suspending them on climbing ropes within various indoor spaces, spatial transformations and interactions were evaluated. The installation demonstrates how reactive pneumatic structures can occupy and control space, effectively displacing people. The question of spatial ownership remains open, negotiated in the interaction between humans and the artificial spatial entity. This work contributes to experimental architecture and the arts through interdisciplinary experimentation, with future steps aimed at extending the installation to multiple elements and opening this interface for collaborations with other artists to explore new spatial concepts and forms of interaction.