Nové technológie v architektúre

S nástupom počítačov do praxe v 90. rokoch minulého storočia sa bežný deň v architektonických kanceláriách zmenil. Okrem výkresov a vizualizácií umožňujú softvéry aj rýchlejšiu komunikáciu s klientom, prístup k podrobnejším informáciám a poskytujú aj efektívny nástroj na riadenie štúdia. Mikročipy však už zvládajú omnoho viac ako byť elektronickou obdobou rysovacej dosky. Aký vplyv bude mať štvrtá technologická revolúcia na architektúru?

Kevin Warwick bol prvým človekom, ktorý si v roku 1998 dal implantovať do tela čip RFID. „Povedal mi, že toto rozhodnutie bolo prirodzeným vyústením práce v budove vybavenej počítačovo riadenými zámkami a automatickými senzormi na ovládanie teploty a osvetlenia. Chcel byť rovnako šikovný ako stavba, v ktorej pôsobil,” píše T. D.

Max vo svojej reportáži Za hranice ľudských možností v časopise National Geographic v roku 2017. Kevin Warwick je inžinier a profesor na niekoľkých svetových univerzitách, a aj keď sa viac ako budovám venuje ľudskému nervovému systému, jeho slová odrážajú to, čo mnohí podvedome cítime – naše budovy začínajú byť rozumnejšie ako my.

Čiastočne za to môžu počítače samotné. Umelý kremíkový mozog je schopný spracovať väčšie množstvo informácií naraz, do navrhovania zrazu vstupuje omnoho viac parametrov. Navyše, počítače sú schopné udržať v pamäti postupné zmeny, a tak do navrhovania vstupuje aj časový element.

Architekti prelomu milénia „zanedbávajú“ človeka v metóde navrhovania, aby ho potom vystavili novým, nezvyklým priestorovým momentom, ktoré sa objavujú vôbec prvýkrát. Greg Lynn vytvára virtuálne prostredie, ktoré samo modifikuje vlastný priestor.

Peter Eisenman, Zaha Hadid či Rem Koolhaas prichádzajú s priestormi generovanými rovnicami a analytickými postupmi. V neskorších rokoch obdobia, ktorému hovoríme aj tretia priemyselná revolúcia, sa priestor stáva dokonca programovateľným.

Digitálna architektúra prináša potenciál maximálnej zmeny, keďže naskriptovaný priestor je premenlivý v čase. To vedie k tomu, že v niektorých prípadoch sa priestor samotný stáva omnoho dôležitejším ako napríklad jeho materiálové kvality – digitálne nástroje skutočne očisťujú podstatu, no často na úkor skutočného užívateľa.

CADD – počítač ako autor?

Za touto skratkou sa skrýva pojem Computer Aided Design and Drafting (u nás sa často prekladá ako automatizované projektovanie). CADD je základom systémov CAD a v princípe ide o programové vybavenie na geometrické a matematické modelovanie súčiastok a ich vlastností.

Okrem grafických činností, teda kreslenia výkresov či prípravy vizualizácií, CAD systémy umožňujú realizovať aj rôzne inžinierske výpočty a analýzy. Tento aspekt však v súčasnosti viac využívajú profesisti než architekti. Čiastočne nástup plného potenciálu CADD predznamenávajú systémy BIM alebo CAD systémy typu Revit, ktoré pracujú s inteligentnými knižnicami.

Ďalšou vetvou je skriptovanie – programovanie priestoru. Parametrická architektúra stále naráža na obmedzenie aplikácií, no stačí sa pozrieť na práce ETH Zürich alebo University of Stuttgard. Samozrejme, ruka v ruke s navrhovaním musí prísť aj prenesenie do reality.

Rapid Prototyping – stroj ako remeselník

Rýchle prototypovanie je súhrnný názov pre niekoľko metód, ktoré umožňujú rýchlo overiť dizajn v reálnych podmienkach. Spravidla ide o počítačom riadenú výrobu, ktorá môže vyžadovať určitý stupeň manuálneho dokončenia. Patria sem aj technológie, ktoré sa v priemysle využívajú už roky, napríklad CNC frézy alebo laserové rezanie, no jednoznačne najdiskutovanejšou témou je 3D tlač.

Technológia 3D tlače pôsobí skutočne ako zo sci-fi filmu. Princípov, na ktorých funguje, existuje niekoľko. Magazín ALL3DP ich v roku 2019 eviduje v bežnom používaní dokonca až 10. Najrozšírenejším z nich je tzv. extruder.

Roztopený alebo tekutý materiál sa pomocou pohyblivej hlavy postupne vrství, aby vytvoril výsledný objekt. Objekt má charakteristickú štruktúru a heterogénnu stenu, pretože jednotlivé vrstvy sa neprepájajú dokonale. Materiálom v tomto prípade býva štandardne termoplast, no na rovnakom princípe pracujú aj betónové tlačiarne.

Sintrové 3D tlačiarne „spekajú“ materiál, najčastejšie svetlocitlivú živicu alebo kovový prášok, pomocou laserového lúča. Výsledný objekt má v reze homogénnu stenu, nemá textúru a môže byť presný až na zlomky milimetra. Sintrové tlačiarne sa často používajú v zdravotníctve alebo priemysle.

Treťou veľkou skupinou sú tzv. binder jet tlačiarne, ktoré postupne po vrstvách pridávajú spojivo (lepidlo, živicu, katalyzátor) do práškového materiálu. Vlastnosti výtlačku veľmi závisia od použitého materiálu, ale môžu byť dokonca plnofarebné – stačí do spojiva v správnom čase primiešať farbivo.

Aplikácia technológie 3D tlače si už svoje miesto v architektúre, samozrejme, našla. Bežne sa používa najmä na výrobu modelov. Je rýchla, pri presnom nastavení aj presná a vyžaduje si minimálne dodatočné úpravy (postprocesing). Podmienkou je bezchybný 3D model, ktorý už však momentálne, v dobe nutných vizualizácií, je bežnou súčasťou prípravy projektu.

Neprehliadnite: Vytištěná “Urban Cabin” z černého bioplastu k vyzkoušení v Amsterodamu

Ceny spoľahlivých stolových tlačiarní sa dokonca začínajú už na hranici 400 €, čo z nich robí dostupný nástroj. Samozrejme, zvládnutie nuáns si vyžaduje čas a trpezlivosť, ale dnes už aj bežné hobby tlačiarne overených výrobcov dosahujú spoľahlivosť a presnosť vrcholových tlačiarní spred 5 – 6 rokov.

3D tlač navyše umožní v modeli overiť detaily, tvary alebo formy, ktoré by sa štandardnými metódami dosahovali len s veľkým úsilím, napríklad komplexné zakrivené plochy. Otvorené uvažovanie o formách znamená širšie možnosti v navrhovaní, v premýšľaní o dizajne, dokonca aj v premýšľaní o lokalite.

3D tlač celých stavieb

Jedna z prvých tlačiarní, ktorá bola niečoho takého schopná, bol projekt D-Shape od Enrica Diniho (2006 – 2008). Fungovala na princípe binder jet: do piesku s obsahom oxidu horečnatého po vrstvách vstrekovala spojivo s obsahom chloridu horečnatého, čím sa vytvárala pevná vrstva podobná pieskovcu.

Výsledný objekt bol však stále pomerne krehký a vyžadoval si veľa manuálnej práce pri odstraňovaní nadbytočného piesku. Pozornosť vzbudil aj dom Canal House, vytlačený v Amsterdame modifikovanou tlačiarňou nazvanou The Kamermaker (Výrobca izieb), ktorá z polypropylénu tlačila diely až do rozmeru 2,2 × 2,2 × 3,5 m.

S najväčšou komerčnou tlačiarňou v súčasnosti experimentuje talianske štúdio WASP. Ich modulárna a trasportovateľná tlačiareň používa ako primárny materiál zmes hliny a poľnohospodárskeho odpadu. „Náš posledný projekt, dom Gaia, bol vyrobený z odpadu z produkcie ryže.

Veríme, že v 3D tlači pre stavebníctvo sa môže použiť množstvo prírodných a recyklovaných materiálov. Mohli by sme dokonca použiť odpad z demolácií z už existujúcich budov,“ vysvetľuje štúdio WASP. Práve materiál je háčikom pri väčšine 3D tlačených projektov. Jednému z klasických stavebných materiálov však táto technológia vyhovuje.

Betónové domy má už niekoľko firiem zvládnuté tak, že ich dokážu ponúknuť za cenu nižšiu ako klasická výstavba. Ruská firma Apis Cor vyvíja mobilnú tlačiareň, ktorá by bola, podobne ako projekt WASP, schopná pracovať priamo na pozemku.

Ceny za dom s rozlohou bytu (cca 40 m²) sa pohybujú okolo 10 000 dolárov (asi 8 900 €). Už za polovicu (4 800 dolárov, asi 4 200 €) si môžete kúpiť betónový dom z čínskej produkcie. Firma Winsun bola prvá na svete, komu sa podarilo vytlačiť 10 kompletných domov za menej ako jeden deň.

Za zmienku však stojí ich vlajková loď – budova Dubai Future Foundations. Realizácia futuristicky pôsobiacej stavby trvala len 17 dní a stála 140 000 dolárov. Viac ako ich bežná produkcia, no stále výrazne menej ako predpokladaná cena pri konvenčnej metóde.

Rýchlosť a flexibilita sú, samozrejme, zaujímavé aj pre armádu. Americké námorníctvo (US Marine Corps Systems Command) minulý rok v septembri predstavilo projekt 3D tlačenej kasárne. 46 m² trvalo betónovému extruderu 40 hodín. Na porovnanie, podobná stavba z dreva zaberie desiatim vojakom päť dní.

V januári 2019 logistická divízia americkej námornej pechoty v rámci cvičenia Oceľový rytier úspešne postavila prvý tlačený most z betónovej zmesi. Úloha, ktorá zvyčajne trvá päť dní, sa skrátila na jeden. „Bežne si vyžaduje nasadenie minimálne šiestich ľudí. Nakoniec by tam mal byť len jeden človek, ktorý stlačí tlačidlo PRINT,“ objasňuje kapitán Matthew Friedell.

Budúcnosť v kozme

3D tlač sa však nemusí uplatniť len na Zemi. Pre vesmírne agentúry predstavuje reálny nástroj, ktorým by sa dali budovať základne na Mesiaci aj Marse. Sú mobilné, flexibilné a netreba im dopraviť stavebný materiál – použijú ten, ktorý majú k dispozícii.

Známym projektom je mesačný habitat, ktorý pre ESA navrhol Norman Foster. Lunar Habitation rátal s nafukovacím dómom, ktorý by sa následne obstaval pomocou 3D tlače. Ako základný materiál by mala slúžiť mesačná hornina regolit.

Na zaistenie pevnosti pri zachovaní minimálneho množstva spojiva je tlačená „fasáda“ vytvorená z dutej uzavretej bunkovej štruktúry podobnej pene. Foster + partners skutočne úspešne otestovali túto metódu vo vákuu, aby simulovali podmienky na Mesiaci.

Prečítajte si tiež: Základny na Měsíci by měly vzniknout pomocí 3D tisku

Projekt je priekopníkom v demonštrovaní potenciálu 3D tlače vytvárať štruktúry, ktoré sú blízke prirodzeným biologickým systémom. NASA zorganizovala globálnu výzvu Habitat Challenge s hlavnou cenou až dva milióny dolárov.

V roku 2015 tímy predstavili dizajnovú víziu, tri víťazné projekty následne pracovali na skutočných prototypoch v mierke 1 : 3. Tie boli podrobené náročnému testovaniu, aby sa ukázalo, či skutočne obstoja v podmienkach červenej planéty. Absolútnym víťazom sa stal tím AI Space Factory s vertikálnymi základňami Marsha.

Hoci za zmienku stojí aj to, že na palube ISS sa tiež nachádza funkčná tlačiareň, na ktorej si astronauti vyrábajú potrebné náhradné diely, táto futuristická technológia nemusí slúžiť len vesmírnym staniciam a vojakom. Vďaka digitalizácii pomocou presných 3D skenerov a fotogrametrie sú mnohé kultúrne a historické pamiatky „zálohované“ vo virtuálnych knižniciach.

Katalógy múzeí môžu byť záchranou pre pamiatky zničené vojnou alebo katastrofou. Štúdio Concr3de, ktoré založili architekti Eric Geboers a Matteo Baldassari, už predstavilo projekt, ktorým chce prispieť k obnove zničenej Notre Dame. Nimi vyvinutá tlačiareň používa zmes drveného vápenca a popola z katedrály na tlač sôch s presnosťou až 0,1 mm a bez nutnosti externých podpôr. Ako demonštráciu už vytlačili kópiu chrliča.

Rozšírená realita, virtuálna realita

Laicky povedané, rozšírená realita primiešava neexistujúce prvky do skutočného sveta, virtuálna vytvára úplne nový svet. Klasickým príkladom rozšírenej reality je aplikácia IKEA Place app, spustená na jeseň 2017. Stačí, aby ste si ju stiahli do telefónu, a len pomocou integrovanej kamery si môžete vyskúšať, ako by nový nábytok vyzeral u vás v byte.

Na vstup do virtuálnej reality však už musíte použiť špeciálne vybavenie, tzv. headset. Masívne okuliare sú vybavené dvomi displejmi, jedným pre každé oko, a gyroskopmi na zaznamenávanie pohybu hlavy. Pohyb v priestore mapujú (spravidla dva) snímače umiestnené v miestnosti.

Ako každá nová technológia, aj virtuálna realita má stále „detské choroby“. K bežným výhradám patrí diskomfort pri používaní – náhlavná súprava (headset) je často neforemná, užívateľ sa zamotáva do káblov, nehovoriac o strese z nevyskúšaného zážitku. Oči dostávajú iné informácie ako centrum rovnováhy, čo u veľa ľudí spôsobuje nevoľnosť a točenie hlavy.

Ovládanie, pohyb a interakcia s virtuálnou realitou (VR) sa zatiaľ stále deje pomocou joystickov, i keď tento aspekt sa rýchlo vyvíja. Viacero výrobcov už predstavilo VR rukavice a veľa aplikácií sa dá už ovládať priamo gestami. Výrobcov hardvéru virtuálnej reality je veľa, každý z nich má vlastnú platformu a nie sú vzájomne kompatibilné.

Cena zariadenia stále klesá (HTC Vive, jeden z lídrov v segmente, klesol za dva roky o polovicu na 500 dolárov). K náhlavnej súprave však treba pripočítať aj mimoriadne výkonný počítač. Proces zapojenia VR ako prezentačného nástroja do bežnej praxe je ešte stále kostrbatý, no črtá sa mu pozitívny výhľad do budúcnosti.

„Objavil sa jeden zaujímavý aspekt. Ľudia, ktorí mali príležitosť vyskúšať si VR, mali potom lepšiu priestorovú predstavivosť. Takže nie je to len nástroj na prezentáciu, ale môže byť aj výučbovým, tréningovým nástrojom,“ hovorí vo svojom TED talku architektka Gunita Kulikovska, zakladateľa spoločnosti Vividly, ktorá sa snaží z VR spraviť jednoduchý nástroj.

VR je možné využiť ako prezentáciu pre klienta, ktorému často chýba práve tréning v priestorovej predstavivosti, ale aj pre architektov na overenie návrhu. Je to prvý nástroj, ktorý umožňuje skutočne komplexné overenie návrhu v prvej osobe, „na vlastnej koži“ – simulácia svetelnej alebo akustickej pohody je obmedzená iba kapacitou výpočtovej techniky.

Siri alebo HAL?

V roku 1989 Tim Berners-Lee v CERNe predložil návrh nazvaný Information Management: A Proposal. Nenápadný projekt sa stal základom World Wide Web – internetu. Berners-Lee okrem invenčného zjednotenia protokolov navrhol revolučné myslenie nového internetového veku – otvorené platformy.

Počas prvých rokov fungovania internetu sa zaužívali pravidlá (decentralizácia, nediskriminácia, bottom-up design, univerzálnosť a konsenzus – spoločný štandard), ktoré viedli k novému prístupu nielen pri narábaní s informáciami – tzv. Open Data –, ale napríklad aj v politike (Open Government), vede (Open Research) či kultúre (Free Culture).

Zdieľanie informácií a know-how prerastá z virtuálneho sveta aj do každodennej reality, bežným sa stáva spoločné používanie osobných dopravných prostriedkov či dokonca domov. Zrod strojovej výpočtovej sily v 20. storočí má silnejšiu pozitívnu väzbu ako akýkoľvek doterajší vynález, a to z jedného jednoduchého dôvodu – vďaka interkonektivite.

„Žiadna doteraz vynájdená technológia – telefón, internet ani videokonferencia – neprináša plodné náhodné stretnutie, aké umožňujú veľké mestá už od doby, keď Forum Romanum ešte voňalo novotou,“ myslí si však Robert Kunzig, vedecký žurnalista a laureát ceny Aventis. Zatiaľ je technológia stále len nástroj v našich rukách.

Článok  bol uverejnený v časopise ASB 5/2019.