Come i materiali granulari autoassemblanti stanno cambiando il futuro dell'architettura

L'architettura è una disciplina conservatrice, anche a causa degli rigorosi standard di stabilità e sicurezza a cui devono aderire tutte le strutture create dall'uomo. Le forze che agiscono su e all'interno di qualsiasi struttura devono essere accuratamente calcolate e il progetto modificato di conseguenza. Poco può essere lasciato al caso.

Almeno, questa è la visione tradizionale. Ma alcuni designer stanno giocando con un'altra idea: che esiste un modo diverso di costruire che sfrutta la casualità piuttosto che evitarla. Questo tipo di edificio si baserà su nuovi tipi di materiali granulari che, una volta ribaltati in posizione, si legheranno insieme in modo da fornire stabilità strutturale. In questo modo si potevano gettare pareti, colonne e persino cupole, formando strutture complesse ma stabili.

Può sembrare fantascienza, ma oggi Sean Keller dell'Illinois Institute of Technology di Chicago e Heinrich Jaeger dell'Università di Chicago spiegano come questo tipo di architettura aleatoria stia finalmente diventando possibile. Questi ragazzi dicono che le prime strutture aleatorio sono già in costruzione e che l'approccio sta introducendo nuovi modi di pensare all'architettura e al design in generale.

Prima un po' di background. Gli umani hanno usato materiali granulari come pietre, sabbia o terra per costruire strutture per migliaia di anni. Ancora oggi, la tecnica è comune per la costruzione di dighe, frangiflutti portuali e letti di ghiaia per le ferrovie.

Queste strutture beneficiano delle proprietà speciali dei materiali granulari: la loro natura porosa che consente un rapido drenaggio e il fatto che possono essere versati in posizione rapidamente ea basso costo.

Più interessante è il modo in cui sopportano i carichi. Le strutture convenzionali richiedono colonne o archi appositamente progettati. Ma i materiali granulari si basano su catene di forza tra particelle adiacenti all'interno dei materiali che vengono impostate quando il materiale si inceppa. Allo stesso tempo, il materiale può fluire quando l'inceppamento viene rilasciato.

C'è però un aspetto negativo. La forma di queste strutture è fortemente limitata dal naturale angolo di riposo del materiale. E questo limita anche le applicazioni.

Gran parte delle proprietà dei materiali granulari sono determinate dalla forma delle particelle da cui sono costituiti. Questo è più o meno sferico in molti casi.

Ma negli ultimi anni, gli scienziati dei materiali hanno iniziato a sperimentare particelle con forme più esotiche, come forme a stella 3-D, forme a X, forme a gancio e altre. Quando vengono versati, questi si inceppano più facilmente e formano strutture stabili.

Ciò ha portato a un modo completamente nuovo di pensare al design. Tradizionalmente, gli architetti hanno iniziato con i più piccoli componenti strutturali come colonne, archi, muri e così via e li hanno uniti per formare strutture più grandi come ponti, case e grattacieli.

Ma le proprietà di questi nuovi materiali granulari ribaltano questo approccio. Con questa roba, gli architetti possono pensare alla forma complessiva e poi capire come può essere ottenuta versando il materiale granulare in posizione.

Un approccio consiste nel versare il materiale in un contenitore di tessuto ermetico che può essere confezionato sottovuoto. Questo genera la pressione che provoca l'inceppamento del materiale in più o meno qualsiasi forma desiderata. Alcuni anni fa, gli ingegneri dell'Università Tecnica di Delft hanno costruito un ponte utilizzando questa idea sgonfiabile (sotto).

Un obiettivo più ambizioso è quello di elaborare la struttura complessiva e quindi lavorare all'indietro per determinare la forma delle particelle che la produrrebbero una volta versate. Questi granuli potrebbero quindi essere stampati in 3D e versati in posizione, dove si autoassemblano o vengono assemblati utilizzando un robot.

Ciò avrà un profondo effetto sul processo di progettazione. Di conseguenza, la pianificazione preliminare non tiene conto dei dettagli strutturali locali, affermano Keller e Jaeger. Invece, il compito principale ora diventa la generazione delle forme delle particelle appropriate, nonché le condizioni generali al contorno e di elaborazione per garantire che la struttura target desiderata sia meccanicamente stabile una volta realizzata.

I primi timidi passi verso questo tipo di costruzione sono già in corso con risultati affascinanti. Potrebbe essere che la prossima casa in cui ti trasferisci sia stata versata piuttosto che costruita? Probabilmente no, ma non escludo quello successivo.

Rif: arxiv.org/abs/1510.05721 : Architetture aleatorie

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