Zakładając, że świat jest idealny, to z jakich materiałów należy zrezygnować i które materiały powinny być używane w przyszłości?
Wymagania dotyczące architektury stają się coraz bardziej złożone, nie tylko w budownictwie targowym. Aby spełnić wszystkie funkcje używanych jest dziś wiele różnych materiałów. Każdy materiał przyjmuje tylko jedną funkcję. Aby zmniejszyć wpływ na środowisko, musimy to na nowo gruntownie przemyśleć. Musimy odejść od zblokowanych i znormalizowanych zasad projektowania i konstrukcji, a także stworzyć nowe trwałe i nadające się do recyklingu projekty przy jak najmniejszym wykorzystaniu zasobów. Materiały nie powinny być dłużej oddzielane od takich aspektów, jak kształt, struktura, przestrzeń i środowisko, ale powinniśmy stworzyć systemy materialne, które umożliwią wielofunkcyjne, adaptacyjne i jednocześnie ekologiczne struktury dzięki integralnej interakcji materiału, struktury i technologii.
DTemat zrównoważonego rozwoju porusza dzisiaj wszystkich.
Jakie są według ciebie najbardziej trwałe materiały?
Wszyscy mówią o zrównoważonym rozwoju, ale temat jest tak złożony, że porównywać można tylko, jeśli w ogóle jest to możliwe, produkty podobne. Ale architekci i inżynierowie docenili już powagę tematu i szukają nowych rozwiązań w celu zmniejszenia zużycia zasobów i wytwarzania odpadów. Moim zdaniem ciekawe zmiany można znaleźć na przykład w produkcji elementów o funkcjonalnie stopniowanych właściwościach materiału. Zmieniają się ich właściwości, takie jak twardość, co najmniej w jednym kierunku przestrzennym. W ten sposób wewnętrzna struktura elementu jest optymalnie dostosowana do lokalnych wymagań i tylko tyle materiału zostaje zużyte, ile potrzeba. Przy pomocy technologii drukowania 3D możliwe jest już uzyskanie stopniowanych struktur w małej skali.
Wszyscy mówią o cyfrowym świecie. Czy digitalizacja wpływa na materiały, które będą używane w przyszłości?
Materiały takie jak stal o jednolitej strukturze materiału i łatwych do opisania właściwościach mechanicznych są nadal używane. Może się to zmienić w przyszłości z powodu digitalizacji. Dzięki wprowadzeniu wspomaganego komputerowo projektowania, symulacji i technik produkcji materiały o bardziej złożonych właściwościach mechanicznych mogą być teraz projektowane, symulowane i produkowane. Jak już wspomniano, na przykład można w ten sposób tworzyć wysoce zróżnicowane stopniowane struktury.
W twoim instytucie są ekscytujące rozwiązania dotyczące materiałów biologicznych. Czy możesz dać nam krótki przegląd korzyści z tych materiałów?
W instytucie pracujemy nad rozwojem tworzyw sztucznych na bazie biologicznej od kilku lat. Te biologiczne tworzywa sztuczne łączą zalety klasycznych tworzyw na bazie ropy naftowej i naturalnie występujących surowców. Najlepiej jest gdy surowce odnawialne są wykorzystywane do uzyskania materiałów, które mogą być swobodnie formowane a po zużyciu neutralnie spalane lub kompostowane. W porównaniu ze szkłem biologiczne tworzywa sztuczne pozwalają tworzyć przezroczyste elementy o niskiej wadze i niskiej przewodności cieplnej. Podobnie jak w tworzywach sztucznych – dzięki integracji włókien naturalnych - można zoptymalizować ich właściwości mechaniczne i termiczne.
Czy materiały biologiczne są już odpowiednie do codziennego użytku i gdzie można je najskuteczniej wykorzystać?
Przemysł opakowaniowy wykorzystuje potencjał biodegradacji bioplastików od kilku lat. Folie, sztućce jednorazowe i pojemniki jogurtowe są już dzisiaj wykonywane z kompostowalnych bioplastików. Ze względu na ich dobrą odkształcalność i niską wagę, materiały pochodzenia biologicznego są coraz częściej stosowane w sektorze motoryzacyjnym. Ale dopóki bioplastiki nie będą częścią codziennego życia w architekturze, wciąż pozostaje wiele do zrobienia. Rozwój sytuacji w tym obszarze musi być zawsze postrzegany krytycznie, ponieważ wykorzystanie odnawialnego surowca nie zawsze prowadzi do zrównoważonego produktu.
Strona internetowa twojego instytutu odnosi się do „inteligentnych materiałów”. Co możemy sobie pod tą nazwą wyobrazić?
Architektura jest stale poddana zmieniającym się wymaganiom. Zarówno klimat na zewnątrz, jak i życzenia użytkowników zmieniają się w ciągu dnia i roku lub przez całe życie. Niemniej jednak nasze konstrukcje są dziś w większości sztywne i nieruchome. Adaptacja odbywa się tylko sporadycznie w bardzo elementarnej formie, np. w ruchomych żaluzjach przeciwsłonecznych. Systemy te składają się jednak z wielu pojedynczych elementów i zewnętrznych elektrycznych i mechanicznych siłowników lub serwomotorów. Skutkuje to wysokim wysiłkiem technicznym związanym z odpowiednimi wymaganiami konserwacyjnymi, wysokimi kosztami i wysokim zapotrzebowaniem na energię dla ich funkcjonalności. Głównym celem naszych badań jest zatem opracowanie wielofunkcyjnych systemów materiałowych, oszczędzających zasoby, które mogą efektywnie dostosowywać się do zmieniających się warunków zewnętrznych i wymagań wewnętrznych.
Tematem naszego magazynu jest elastyczność. Które materiały uczynią nas jeszcze bardziej elastycznymi w przyszłości?
Ostatnie badania materiałowe pokazują, że dzięki cyfrowym metodom produkcji możliwe są innowacyjne struktury adaptacyjne wykonane z różnych materiałów wyjściowych. W instytucie od kilku lat badamy potencjał kompozytów włóknistych w architekturze. Projekty badawcze wykazały, że włókniste materiały kompozytowe można wykorzystać do opracowania wydajnych, smukłych i sprężystych systemów zaciemniających ze zintegrowanymi siłownikami pneumatycznymi, które można optymalnie dostosować do warunków słońca. Podczas gdy klasyczne systemy szybko osiągają swoje granice z powodu złożonej geometrii elewacji, nowe systemy oferują duży potencjał adaptacji.
W twoich projektach, takich jak Elytra Filament Pavilion dla Vitry, wykorzystane zostały roboty. Jaką rolę będą odgrywać ludzie w przyszłości w opracowywaniu i wykorzystywaniu materiałów?
Robotyczne procesy produkcyjne otwierają przed nami zupełnie nowe możliwości. Jednak innowacje w tej dziedzinie mogą powstać tylko przy współpracy fachowców z różnych dziedzin. W celu stworzenia nowych struktur, dostosowanych do zapotrzebowania materiałowego i lokacyjnego, należy opracować modele danych i zintegrowane łańcuchy procesów. W przyszłości architekt będzie pracował nad procesami a nie będzie już projektować ostatecznej formy. Moim zdaniem ważne jest, aby te nowe technologie były szansą, a nie czymś, co ogranicza moją kreatywność.
Załóżmy, że ty i twoi uczniowie macie pełną swobodę w projektowaniu stoiska targowego. Jak mogłoby ono wyglądać i z jakich materiałów byłoby zbudowane?
Naszym celem jest zawsze zbadanie i wykazania potencjału innowacyjnego nowych technologii w architekturze. Aby uwolnić się od powielanych struktur, często wykorzystujemy naturę jako źródło inspiracji. We współpracy z instytutem prof. Achima Mengesa (ICD), powstało stoisko Uniwersytetu w Stuttgarcie. Dzięki robotom przemysłowym powstała lekka konstrukcja modułowa, wykonana z materiału kompozytowego na bazie włókien syntetycznych. Te modułowe stoisko można schować w minimalnej przestrzeni do transportu i zbudować w wielu różnych konfiguracjach. Wysoce zróżnicowana struktura kompozytu włókna tworzy zupełnie nowy, wyrazisty wygląd. Stoisko wzbudziło duże zainteresowanie na targach w Hanowerze w 2015r.
Pani Schieber, dziękujemy bardzo za rozmowę!
Więcej o pracy naukowej pani Schieber i jej współpracowników można się dowiedzieć na stronie www.itke.uni-stuttgart.de.