Building Instincts

Abstract

Die Integration digitaler Fertigung in der Architektur hat das Potential, die Welten von Entwerfen und Bauen stärker miteinander zu verflechten, und damit einige seit der Renaissance gültigen Vorstellungen von Kompetenzen und Zuständigkeiten der Disziplin in Frage zu stellen. Wenn man dem Theoretiker Mario Carpo und den Proponenten der robotergestützen Produktion glauben schenkt, befinden wir uns bereits Mitten in diesem Umschwung. Aktuelle technologische Entwicklungen erlauben, dass digitale Produktionsprozesse während der Laufzeit Informationen aus der Umwelt miteinbeziehen, was die Notwendigkeit reduziert, ihren genauen Ablauf im Voraus festzulegen. Das erweitert die möglichen Rollen der beteiligten Maschinen von bloßen Umsetzungsautomaten, die ein zuvor erarbeitetes Modell im Idealfall fehlerfrei reproduzieren, hin zu aktiven Teilnehmern am Entwurfsprozess, die ihren Platz erst finden müssen. Es ermöglicht auch, dass sie die wohldefinierte Umgebung eines Labors verlassen, und in einer unbestimmten und dynamischen Umwelt operieren, ohne von direkter Führung durch einen menschlichen Bediener abhängig zu sein. Die Aussicht auf diese erhöhte Autonomie und Mobilität macht die Frage der Gestaltung zu einer Frage des Verhaltens der Maschinen: Wie, in welcher Form und in welchem Ausmaß kann es so bestimmt werden, dass sein materieller Ausdruck gestalterischen Anforderungen genügt? Diese Arbeit untersucht dazu ein Verfahren, das zur Entwicklung von Steuerungen in der Robotik und in der Artificial-Life-Forschung eingesetzt wird, auf seine Übertragbarkeit für autonomes Bauen. Die Integration in den Entwurfsprozess, die relevanten Grundlagen und aktuellen Entwicklungen des Verfahrens werden behandelt. Ein Software-Framework wird vorgestellt, das es mit Hilfe eines selbst erstellten Plugins für einen leistungsstarken Robotersimulator (v-rep) implementiert. Schließlich wird ein Roboterkonzept für den autonomen Aufbau von Stabstrukturen gezeigt, und die entsprechende Mechanik, Sensorik und Steuerung für einen simulierten Bauprozess modelliert.

The integration of digital production into architecture carries the potential to unite the realms of design and construction in a way that questions many of the well established renaissance notions of the discipline-s competences and responsibilities. If the theorist Mario Carpo and the proponents of robotic fabrication are to be believed, we are already in the midst of this turnaround. Recent technological advances make it possible to incorporate real-time data into digital production processes, which reduces the neces-sity to define the exact sequence of events in advance. Thus, the potential roles of the machines involved are extended - from mere automats, aiming at the highest possible accuracy in the reproduction of a previously developed model, to active players, whose place in the design process has yet to be found. It also enables them to leave their well-defined surroundings of labs and production lines for more uncertain and dynamic environments, without the need for direct control by a human operator. Along with this prospect of higher autonomy and mobility, questions of design turn into questions of machine behaviour: How, in what form and to what extent can it be defined so that its material manifestation reflects design intent? In relation to this question, the thesis is investigating if a method that is used for the development of robot control systems and in artificial-life research can be applied to autonomous building. Its integration in a design process, the relevant technical fundamentals and developments are discussed. It is implemented as a software framework using a custom plugin for the powerful robot simulator v-rep. In addition, a conceptual robot design for the assembly of lightweight rod structures is presented, and its sensorimotor and control system are implemented in a simulated building process.