Extrem leichte, aber stabile Architektur nach natürlichem Vorbild: Der ICD/ITKE Forschungspavillon

Forscher des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart haben einen Versuchsbau entwickelt, der die Zukunft der Architektur entscheidend beeinflussen könnte.

In anderthalbjähriger Arbeit entwickelte ein interdisziplinäres Team aus Biologen, Paläontologen, Architekten und Ingenieuren den ICD/ITKE Forschungspavillon. Der bionische Bau imitiert natürliche Leichtbaustrukturen, wie sie z.B. beim Kartoffelkäfer vorkommen, und zeigt der Architektur so neue Entwurfs- und Herstellungstechniken auf.

Beim Rückgriff auf die Konstruktionsprinzipien von Mutter Natur war es den Forschern wichtig, gleichzeitig neue robotische Fertigungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe zu testen. Sie erarbeiteten ein von Industrierobotern ausgeführtes Wickelverfahren für doppelschalige Fasermodule und orientierten sich dabei an den Deckflügelschalen flugfähiger Käfer. Diese sind zum Schutz des Käferhinterleibes besonders tragfähig, gleichzeitig aber zur Erhaltung der Flugfähigkeit sehr material- und gewichtssparend ausgebildet.

© ICD/ITKE University of Stuttgart

© ICD/ITKE University of Stuttgart

Die Roboter wickeln die in Harz getränkten Glas- und Carbonfasern um dünne Rahmen. Die Fasern werden dabei so übereinander abgelegt, dass sie sich wechselseitig verformen und so komplex gekrümmte Oberflächen entstehen lassen. Das kernlose Wickelverfahren ermöglicht nicht nur eine erhebliche Materialersparnis beim Formenbau, sondern stellt an sich ein sehr materialeffizientes und ressourcenschonendes Herstellungsverfahren dar. Während des Prozesses fällt keinerlei Abfall an.

Die computerbasierte Synthese biologischer Strukturen und die komplexen Wechselwirkungen aus Material, Form und robotischer Herstellung erweitern die tektonischen Möglichkeiten von Architektur enorm. Die extrem leichten und gleichzeitig stabilen strukturellen Elemente des Pavillons zeigen, was beim Bau mit Faserverbundwerkstoffen in Zukunft möglich sein wird.

Für bionische Wissenschaftler und Ingenieure, die sich mit der Reproduktion natürlicher Prozesse  beschäftigen, haben die Macher des ICD/ITKE Forschungspavillon somit ein bedeutendes Stück Pionierarbeit geleistet.

© ICD/ITKE University of Stuttgart

PROJEKT-TEAM

Institut für Computerbasiertes Entwerfen - Prof. Achim Menges

Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen - Prof. Jan Knippers

Wissenschaftliche Entwicklung & Projektleitung:

Moritz Dörstelmann, Vassilios Kirtzakis, Stefana Parascho, Marshall Prado, Tobias Schwinn

Konzeptentwicklung:

Leyla Yunis

Systementwicklung & Realisierung:

WiSe 2012 - SoSe2013: Desislava Angelova, Hans-Christian Bäcker, Maximilian Fichter, Eugen Grass, Michael Herrick, Nam Hoang, Alejandro Jaramillo, Norbert Jundt, Taichi Kuma, Ondrej Kyjánek, Sophia Leistner, Luca Menghini, Claire Milnes, Martin Nautrup, Gergana Rusenova, Petar Trassiev , Sascha Vallon, Shiyu Wie

WiSe 2013: Hassan Abbasi, Yassmin Al-Khasawneh, Desislava Angelova, Yuliya Baranovskaya, Marta Besalu, Giulio Brugnaro, Elena Chiridnik, Eva Espuny, Matthias Helmreich, Julian Höll, Shim Karmin, Georgi Kazlachev, Sebastian Kröner, Vangel Kukov, David Leon, Stephen Maher, Amanda Moore, Paul Poinet, Roland Sandoval, Emily Scoones, Djordje Stanojevic, Andrei Stoiculescu, Kenryo Takahashi, Maria Yablonina unterstützt von Michael Preisack