La madera producida robóticamente como modelo para la construcción eficiente en el uso de recursos

A medida que la población mundial continúa creciendo, la industria de la construcción enfrenta el desafío de reducir el consumo de recursos y cambiar a materiales sostenibles. Investigadores de las Universidades de Stuttgart y Friburgo están desarrollando un nuevo enfoque interdisciplinario de la construcción. Como parte de un proyecto conjunto, los científicos construyeron un pabellón de construcción de madera ligera en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Friburgo, donde están probando e investigando nuevos materiales y métodos de construcción.

Para la construcción de livMatS Biomimetic Shell @ FIT, los científicos utilizaron nuevos métodos de planificación basados ​​en computadora, procesos de fabricación y construcción robóticos y nuevas formas de interacción hombre-máquina que permiten un ahorro significativo de recursos en comparación con la construcción de madera convencional.

El pabellón, diseñado de acuerdo con los principios de la biomimética, fue creado en cooperación entre los grupos de excelencia Diseño Computacional Integrativo y Construcción para Arquitectura (IntCDC) de la Universidad de Stuttgart y Sistemas de Materiales Vivos, Adaptativos y Autonomos de Energía (livMatS) en la Universidad de Freiburg.

Materiales de madera sostenibles y producción optimizada

Durante la última década, la construcción con madera ha ganado importancia como sustituto del CO2₂– Materiales de construcción intensivos como el acero y el hormigón. livMatS Biomimetic Shell @ FIT consiste en casetes de madera huecos que minimizan el uso de materiales para la envolvente del edificio y su peso.

Un análisis detallado del ciclo de vida muestra que el consumo de materiales del edificio se reduce en más del 50 % y su potencial de calentamiento global en casi un 63 % en comparación con un edificio de madera convencional. “Ya hemos utilizado el principio de un casete hueco de material eficiente en un diseño abierto temporal para el ‘BUGA Holzpavillon 2019’, que presentamos en el Salón Nacional de Horticultura de Alemania 2019 en Heilbronn”, dice el Prof. Achim Menges del Instituto de Diseño Computacional y Estructuras (ICD) y portavoz del Clúster de Excelencia IntCDC en la Universidad de Stuttgart.

“Desarrollamos este principio para un edificio cerrado duradero que se puede usar durante todo el año. Optimizamos este método de construcción en madera utilizando materiales de madera más sostenibles y ajustando los componentes para minimizar el desperdicio durante la producción robótica”. Toda la estructura del edificio está diseñada para ser fácilmente desmontada y reutilizada, y sus componentes se pueden clasificar por tipo de material.

Bioinspiración: el esqueleto modular de un erizo de mar

La estructura modular y el diseño se basan en los principios de la construcción del esqueleto del erizo de mar. Se compone de placas dispuestas individualmente, lo que lo hace extremadamente ligero y duradero. El uso cuidadoso de recursos limitados es una ventaja evolutiva clave de las estructuras naturales.

“El pabellón muestra cómo, incluso en las condiciones actuales, es posible producir económicamente una estructura portante y eficiente en materiales. La clave de esto es la digitalización constante de la planificación y la producción”, dice el Prof. Dr. Jan Knippers del Instituto de Estructuras de Construcción y Diseño Estructural (ITKE) y portavoz adjunto del Clúster de Excelencia IntCDC de la Universidad de Stuttgart.

Fabricación y montaje de robots.

Los componentes fueron fabricados en una plataforma robótica móvil recientemente desarrollada por el socio colaborador müllerblaustein HolzBauWerke GmbH. Se utilizó realidad aumentada para integrar los pasos manuales de ensamblaje parcial de componentes especiales como elementos de iluminación y acústicos. “Esta forma de interacción hombre-máquina en el proceso de producción permite la producción eficiente y controlada digitalmente de componentes complejos con un alto grado de precisión”, dice Menges.

livMatS Biomimetic Shell @ FIT también es la primera vez que se utilizan grúas de araña automatizadas en una situación real en un sitio de construcción. Las grúas están equipadas con pinzas de vacío que recogen los componentes, los colocan automáticamente en la posición de montaje correcta y los mantienen en su lugar hasta que otra grúa los atornilla. “Para garantizar que estos trabajos de construcción funcionen con precisión, desarrollamos una red automatizada de estaciones en tiempo real para determinar su posición”, dice Menges.

El sistema de sombreado que reacciona a la temperatura y la humedad protege el interior del sol

“Nuestro objetivo es operar el pabellón de una manera energéticamente neutra”, dice el Prof. Dr. Jürgen Rühe del Departamento de Ingeniería de Microsistemas y miembro del equipo del Clúster de Excelencia livMatS de la Universidad de Friburgo.

El edificio tiene una losa de piso activada térmicamente hecha de concreto reciclado que calienta y enfría el edificio usando energía geotérmica. Un sistema de protección solar sensible a la intemperie hecho de biomateriales impresos en 4D en el tragaluz regula el clima del edificio, protegiendo el interior de las altas cargas de calor en verano y dejando entrar la luz del sol en invierno.

“En tiempos de cambio climático y el consiguiente aumento del estrés por calor, los sistemas de protección solar eficientes y libres de mantenimiento, como la “Solar Gate” implementada en livMatS Biomimetic Shell @ FIT, son cada vez más importantes”, dice el Prof. Dr. Thomas Speck, director del Jardín Botánico y miembro del Equipo de defensa del Clúster de Excelencia livMatS de la Universidad de Freiburg.

La puerta solar, que se adapta pasivamente a las condiciones solares, se basa en un principio biomimético modelado en piñas que se abren y cierran de manera controlada por la humedad. “En el futuro, también buscaremos otras soluciones para el diseño de fachadas de edificios que puedan adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes, como la temperatura. De esta forma, podemos crear un clima interior agradable y permitir que el edificio funcione en CO₂ neutral”, dice Rühe.

Puede encontrar una descripción detallada del proyecto y el paquete multimedia aquí. Aquí.