141104_Ο10_ΘΘ_ΣΤ

Νέες τάσεις και υλικά

 Η σημερινή τεχνολογική επανάσταση γίνεται στο «πολύ μικρό». Οι πιο σύγχρονες μελέτες ασχολούνται με τις μοριακές ιδιότητες των υλικών, την βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων των παραδοσιακών υλικών, τη διάδραση με τον χρήστη για την δημιουργία μεταβαλλόμενων ευφυών περιβαλλόντων διαβίωσης με την χρήση έξυπνων υλικών.

Όλα δείχνουν ότι επιστρέφουμε στην υλικότητα μέσα όμως από μια διαφορετική προσέγγιση. Πλέον γίνεται λόγος για την ψηφιακή διάσταση της αρχιτεκτονικής που υποστηρίζει παρά καθορίζει την μορφή καθώς αυτή αποτελεί μια μόνη εκδοχή ανάμεσα σε πολλαπλούς μορφογενετικούς μετασχηματισμούς. Επεμβαίνει στη δομή, δημιουργώντας πραγματικούς χώρους που αλληλεπιδρούν με τον χρήστη. Η λειτουργία της βασίζεται στη χρήση της τεχνολογίας και των ηλεκτρονικών υπολογιστών που επιτρέπουν τη μεταφορά και την επεξεργασία  πληροφορίας αλλά και την επαναχρησιμοποίησή της σε επαναλαμβανόμενες συνθήκες.

 Έτσι, στοχεύει στη δημιουργία κτιρίων-περιβαλλόντων με λειτουργίες και ιδιότητες που πλησιάζουν αυτές ενός ζωντανού οργανισμού, εμπλουτισμένες με ανθρώπινη νοημοσύνη. Περιβάλλοντα που λειτουργούν με πολλαπλούς τρόπους και ταυτόχρονα διαντιδρούν με τις μεταβαλλόμενες συμπεριφορές και επιθυμίες των ανθρώπων αλλά και με τις εξωτερικές συνθήκες.

Tα υλικά ως δυναμικά συστήματα

Με βάση όλα τα παραπάνω, διαπιστώνεται πώς τα υλικά σήμερα δεν περιορίζονται στις δύο διαστάσεις, δεν αποτελούν μόνο επιφάνειες που ορίζουν το κτήριο. Είναι 3-διαστάσεων, καταλαμβάνουν χώρο. Είναι 4-διαστάσεων, εξελίσσονται στο χρόνο. Είναι ακόμα και 5- διαστάσεων καθώς μεταφέρουν ή μεταδίδουν πληροφορία.

Ήδη εδώ και δεκαετίες έχουν αρχίσει να κοιτάνε τα υλικά ως δυναμικά συστήματα και όχι με στατικούς όρους. Και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα μια διαφορετική αντίληψη για τη σχέση υλικού και μορφής καθώς αυτή δεν επιβάλλεται απ’ έξω ούτε καθορίζεται, αλλά αναδύεται μέσα από ένα ενεργό υλικό. Έτσι το υλικό δεν αποτελεί πλέον ένα σκληρό όριο αλλά λειτουργεί σαν μία μεταβατική ζώνη ανάμεσα σε διαφορετικές καταστάσεις.

Έως τώρα αντιλαμβανόμασταν το κτήριο σαν το όριο ανάμεσα σε ένα εσωτερικό και σε ένα εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό είχε ως συνέπεια το σχεδιασμό πολύπλοκων συστημάτων υψηλής τεχνολογίας κυρίως για τις όψεις, τα δάπεδα και τις οροφές που περιφρουρούν με σταθερότητα κάθε είδους διαφορά – μεταβολή των συνθηκών ανάμεσα στο έξω και στο μέσα, εξασφαλίζοντας ένα ενιαίο και ισότροπο εσωτερικό περιβάλλον. Η αντίληψη αυτή ωστόσο είναι  αντιοικολογική δεδομένου ότι η λειτουργία ενός τέτοιου «κλειστού» συστήματος απαιτεί μεγάλες δαπάνες ενέργειας για τη διασφάλιση σταθερών εσωτερικών συνθηκών.

Έτσι η εικόνα του κτιριακού ορίου ανάμεσα σε δύο διαφορετικά περιβάλλοντα – ένα ομοιογενές εσωτερικό και ένα περιρρέον εξωτερικό – μπορεί πλέον να αντικατασταθεί από ένα δυναμικό σύστημα, δηλαδή από την ιδέα των πολλαπλών ενεργειακών περιβαλλόντων που αλληλεπιδρούν ροϊκά  και ελεύθερα με τις μεταβαλλόμενες συνθήκες.

Η λειτουργία του δυναμικού συστήματος βασίζεται στην ικανότητα αυτό-οργάνωσης και ανάδυσης ιδιοτήτων. Με τον όρο αυτό-οργάνωση εννοούμε εν γένει τη συλλογική συμπεριφορά δομικών στοιχείων σαν αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και την εμφάνιση πολυπλοκότητας κατά την οργάνωση μερών απλούστερων σε δομή. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η συμπεριφορά ενός σμήνους ή κοπαδιού όπου πουλιά ή ψάρια αντίστοιχα προσαρμόζουν δυναμικά τις θέσεις τους σχετικά μεταξύ τους ώστε να καταβάλλεται η λιγότερη προσπάθεια κατά τη διάσχιση του αέρα ή του νερού. Πιο συγκεκριμένα, σύμφωνα με το Norbert Fenzl, αυτο-οργάνωση θεωρείται  η εμφάνιση δομών του νέου συστήματος χωρίς σαφή πίεση έξω από το σύστημα, ή χωρίς να αναμειχθεί το περιβάλλον. Ο Fenzl εστιάζει κυρίως στο ρόλο της ύλης, της ενέργειας και της πληροφορίας στις αυτο-οργανωτικές διαδικασίες. Η έξοδος της ενέργειας και της ύλης και η παραγωγή πληροφορίας σχετικής του συστήματος θα είναι οι βασικές δυνάμεις της αυτο-οργάνωσης. Η ανάδυση είναι η θεμελιακή ιδιότητα των συστημάτων αυτο-οργάνωσης. Θεωρείται η εμφάνιση μιας νέας ιδιότητας του συστήματος η οποία δεν μπορεί να παρατηρηθεί προηγουμένως σαν ένα λειτουργικό χαρακτηριστικό του. Είναι αποτέλεσμα μιας εξωτερικής μεταβολής η οποία πυροδοτεί μία εσωτερική αντίδραση που έχει ως στόχο την προσαρμογή στη νέα αυτή κατάσταση. Η ανάδυση σχετίζεται άμεσα με τη μνήμη, δηλαδή αν μελλοντικά παρατηρηθεί η ίδια μεταβολή το σύστημα θα έχει αποθηκεύσει την πληροφορία και θα ανασύρει τις ιδιότητες που έχουν προηγουμένως παραχθεί.

Στα δυναμικά συστήματα είναι ανούσιο να προσπαθούμε να συλλάβουμε το τελικό αποτέλεσμα, πρέπει να φανταζόμαστε τις μετασχηματιζόμενες δράσεις και αλληλεπιδράσεις. Αυτό που άλλοτε ήταν ένας μπλε τοίχος τώρα μπορεί να προσομοιωθεί με ένα δίκτυο από μικροσκοπικά σημεία που αλλάζουν χρώμα τα οποία αποκρίνονται στη θέση του θεατή όσο και στη θέση του ήλιου. Η αρχιτεκτονική μορφή εμφανιζόταν συνήθως ως το τελικό αποτέλεσμα μιας διαδικασίας και ήταν κάτι στατικό και αμετάβλητο. Με τα συστήματα αυτά όμως η μορφή δεν μπορεί να προσδιοριστεί γιατί μπορεί να αλλάξει από στιγμή σε στιγμή αντιδρώντας στα ερεθίσματα που δέχεται. Η «μορφογένεση» είναι το βασικό αντικείμενο του DeLanda, την οποία ορίζει ως την παραγωγή σταθερών κατασκευών που πηγάζουν από ροές της ύλης. Μια τέτοια παραγωγή δεν είναι το αποτέλεσμα μιας μορφής που επιβάλλεται πάνω σε μια χαοτική ύλη, αλλά συμβαίνει όταν ένα (βιολογικό ή κοινωνικό) σύστημα φτάνει σε ένα όριο το οποίο πυροδοτεί εμμενείς διαδικασίες υλικής αυτο-οργάνωσης. Το παραπάνω συμπυκνώνεται στην παρακάτω διαγραμματική σχέση:

διαδικασία à αναδυόμενη μορφή à επιβαλλόμενη μορφή

Τα έξυπνα υλικά

Μπορούμε να ορίσουμε τα έξυπνα υλικά ως σειρές ενεργειών. Είναι  συνθετικά όσο και ατομικά, ή συναρμογές από πολλά υλικά και συστήματα, ή ακόμα περισσότερο μακριά από μια αναγνωρίσιμη μοριακή δομή.

Τα έξυπνα υλικά έχουν μεταβλητές ιδιότητες και ανταποκρίνονται σε εφήμερες ανάγκες. Έχουν δηλαδή την ικανότητα να αποκρίνονται σε πολλαπλές καταστάσεις αντί να βελτιστοποιούνται για μία μοναδική κατάσταση. Τα κτήρια άλλωστε ανέκαθεν έρχονται αντιμέτωπα με την μεταβολή των συνθηκών.

Τα έξυπνα υλικά μας αναγκάζουν να σκεφτούμε σε μικρή κλίμακα: τι χρειάζεται το σώμα και όχι τι χρειάζεται το κτήριο. Είτε πρόκειται για μόριο, για υλικό, για συνδυασμό ή για ένα σύστημα, τα έξυπνα υλικά θα παρουσιάσουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1.    Αμεσότητα (immediacy) – αποκρίνονται σε πραγματικό χρόνο

2.    Παροδικότητα (transiency) – αποκρίνονται σε περισσότερες από μία περιβαλλοντικές καταστάσεις

3.    αυτο – ενεργοποίηση (self-actuation) – η ευφυΐα τους είναι εγγενής

4.    επιλεκτικότητα (selectivity) – η απόκρισή τους είναι ξεχωριστή και προβλεπόμενη

5.    ευθύτητα (directness) – η απόκρισή τους είναι τοπική σε ένα ενεργοποιημένο γεγονός

 Είναι μάλλον αυτό το τελευταίο χαρακτηριστικό, η ευθύτητα, που θέτει την μεγαλύτερη πρόκληση στους αρχιτέκτονες και οδηγεί στην σκέψη της χρήσης των έξυπνων υλικών, επιλεκτικά και στρατηγικά. Έτσι αντί να επιλέγονται αφού έχει ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός, τα υλικά και οι ιδιότητές τους αποτελούν το σημείο εκκίνησης. Το κτήριο δεν αποτελεί πια ένα αυτόνομο αντικείμενο αλλά έναν τόπο μεταβαλλόμενο στον οποίο συνυπάρχουν και αλληλεπιδρούν πολλαπλά συστήματα, όχι απαραίτητα όλα αρχιτεκτονικά.

Διαχωρισμός απλών υλικών από τα έξυπνα

Τα καθιερωμένα υλικά είναι στατικά και σαν στόχο έχουν να αντέχουν στις δυνάμεις. Τα έξυπνα υλικά είναι δυναμικά, δηλαδή συμπεριφέρονται σε απόκριση των ενεργειακών πεδίων. Αυτός είναι ένας σημαντικός διαχωρισμός μια και τα κανονικά μέσα αναπαράστασης του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού έχουν εκχωρήσει το προνόμιο στα στατικά υλικά: η κάτοψη, η τομή και οι όψεις της ορθογώνιας προβολής σταθεροποιούν σε τόπο και σε θέαση τα φυσικά στοιχεία ενός κτηρίου. Πολύ συχνά σχεδιάζουμε με την πρόθεση να εγκαθιδρύσουμε μια εικόνα ή μία αλληλουχία εικόνων. Με τα έξυπνα υλικά όμως πρέπει να εστιάζουμε στο τι θέλουμε να κάνουνε, και όχι στο πως φαίνονται.

Όντως η ιδέα της στρατηγικής χρήσης είναι καινούργια στην αρχιτεκτονική, μια και τα υλικά στο δικό μας πεδίο σπάνια θεωρούνται ως εκτελεστικά σε άμεσο ή τοπικό ρόλο. Ακόμα περισσότερο, η επιλεκτική χρήση υποδεικνύει μια ατομική δράση αλλά όχι αναγκαστικά ένα μοναδικό υλικό.

Υπάρχουν πολλά νέα υλικά εξαιρετικά εντυπωσιακά και χρήσιμα. Πολλά από αυτά, όπως τα σύνθετα που βασίζονται στις ίνες από άνθρακα ή όπως κάποια από τα ακτινοβολούμενες κατοπτρικές μεμβράνες, δεν αλλάζουν ούτε τις ιδιότητές τους ούτε παρέχουν λειτουργίες μεταφοράς ενέργειας. Για αυτό το λόγο δεν είναι έξυπνα υλικά. Είναι μάλλον αυτό που λέμε «υψηλής απόδοσης» υλικά. Συχνά έχουν αυτό που αποκαλούμε «επιλεγμένες και σχεδιασμένες ιδιότητες» (πάρα πολύ υψηλή αντοχή και ανθεκτικότητα / ακαμψία, ή ειδικές ανακλαστικές ιδιότητες). Αυτές οι ιδιότητες έχουν βελτιστοποιηθεί μέσω της χρήσης ειδικών εσωτερικών δομών και συνθέσεων των υλικών.

Η «εξυπνάδα» απαιτεί ειδικά υλικά και προηγμένες τεχνολογίες; Πολύ πιθανόν όχι, μια και ό,τι μπορεί να κάνει ένα έξυπνο υλικό μπορεί να το κάνει και ένα συμβατικό. Ένα φωτοχρωμικό παράθυρο το οποίο αλλάζει τη διαφάνειά του σε σχέση με την ποσότητα της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να αντικατασταθεί από ένα θερμόμετρο που θα στέλνει σήματα σε ένα κινητήρα ο οποίος διαμέσου μηχανικών συνδέσεων αλλάζει τη θέση των περσίδων στην επιφάνεια υαλοστασίου και έτσι να αλλάζει την διαφάνεια του. Δύσχρηστο, αλλά εφικτό και πιθανό με τις κοινές τεχνολογίες και γνωστά υλικά. Έτσι πιθανόν οι πιο σπουδαίες σκέψεις για τα έξυπνα υλικά και τις τεχνολογίες να είναι αυτές που στοιχειολογούνται από την συμπεριφορά τους.

Τα έξυπνα υλικά δεν φαίνονται και δεν σχεδιάζονται σαν να ήταν γνωστά αντικείμενα εγκαταστημένα σε ένα τόπο και αυτό επηρεάζει και τον ίδιο τον σχεδιασμό. Ο τελικός χρήστης όμως σπάνια θα δει τη δομή και τα συστήματα που κρύβονται πίσω από αυτές τις επιφάνειες.

 Μπορούμε να διακρίνουμε δύο βασικούς τύπους έξυπνων υλικών.

Στον πρώτο τύπο  θα αναφερόμαστε στα υλικά που υφίστανται αλλαγές σε μία ή περισσότερες από τις ιδιότητές τους – χημικές, μηχανικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές ή θερμικές – σε άμεση απόκριση ενός εξωτερικού ερεθίσματος συσχετιζόμενο με το περιβάλλον που περιβάλλει το υλικό. Οι αλλαγές είναι άμεσες και αναστρέψιμες- δεν υπάρχει καμία ανάγκη για ένα εξωτερικό ελεγκτικό σύστημα που να ευθύνεται για τις αλλαγές που συμβαίνουν. Ένα φωτοχρωμικό υλικό, για παράδειγμα, αλλάζει το χρώμα της επιφάνειά του ανάλογα με την αλλαγή της ποσότητας της υπεριώδους ακτινοβολίας.

 Στο δεύτερο τύπο των έξυπνων υλικών περιλαμβάνονται τα υλικά που μετασχηματίζουν την ενέργεια από τη μία μορφή σε εξαγόμενη ενέργεια (output energy) σε μια άλλη μορφή, και το ίδιο ξανά άμεσα και αναστρέψιμα. Ένα μη-αγώγιμο ηλεκτρικής ενέργειας υλικό μετασχηματίζει την ηλεκτρική ενέργεια σε ελαστική (μηχανική) ενέργεια που με τη σειρά της αλλάζει τη φυσική μορφή του. Τα πιο γνωστά έξυπνα υλικά που ανταλλάσσουν ενέργεια είναι τα φωτοβολταϊκά, τα θερμοηλεκτρικά, τα πιεζοηλεκτρικά, τα φωτοβόλα και τα ηλεκτροσυστολικά.

Η χρήση της λέξης υλικά σε ότι αφορά το δεύτερο τύπο μπορεί να είναι παραπλανητική, καθότι τα παραπάνω «υλικά» έχουν στην πραγματικότητα κατασκευαστεί από διάφορα βασικά υλικά που έχουν σχηματισθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να παρέχουν έναν ειδικό τύπο λειτουργίας. Ένα θερμοηλεκτρικό αποτελείται στην πραγματικότητα από πολλαπλές στρώσεις διαφορετικών υλικών. Η τελική σύνθεση μπορεί να περιγραφεί καλύτερα ως ένα εργαλείο.

Τα υλικά μέχρι και τον 20ο αιώνα επιλέγονται όχι τόσο για τον τρόπο που δρουν, αλλά για αυτό που εκφράζουν. Τα έξυπνα υλικά και οι νέες τεχνολογίες θέτουν ένα δίλημμα, γιατί στην κλίμακα της συμπεριφοράς τους έχουν πολύ λίγες εκφραστικές ιδιότητες. Η «εξυπνάδα» συχνά ταυτίζεται με τον αυτοματισμό. Η διαδεδομένη υπόθεση είναι πως ένας απλός «έλεγχος» ή άμεση λειτουργία κάποιου πράγματος από μία συγκεκριμένη τεχνολογία (ένας χρονοδιακόπτης ανοίγει μια καφετέρια το πρωί) δεν θεωρείται «ευφυΐα».

Ο στόχος είναι όχι να προδιαγράψουμε ένα ιδανικό σύστημα αλλά να καταστήσουμε δυνατή μία ρευστή διάδραση ανάμεσα στον άνθρωπο και στο περιβάλλον του. Εφόσον αυτές οι κατευθύνσεις εμφανίζονται ως ανθρωποκεντρικές, εφαρμόζονται τόσο στην κοινωνία και στις κοινότητες όσο και στο ίδιο το άτομο. Σαν αποτέλεσμα, αν και κάθε άτομο μπορεί να έχει τον «έλεγχο» του περιβάλλοντος του, αυτός ο έλεγχος τοποθετείται πάντοτε σε μεγαλύτερης έκτασης πλαίσια πέρα από τον τομέα του ατομικού περιβάλλοντος. Επίσης εννοείται πως το μέσο με το οποίο οι δράσεις συμβαίνουν είναι η χρήση ενσωματωμένων τεχνολογιών που υποστηρίζονται από υπολογιστές

Έχοντας πια τη δυνατότητα να σχεδιάζουμε αρχίζοντας από το πολύ μικρό, από μια μόνη κίνηση και να δημιουργούμε τοπικά και διασυνδεδεμένα γεγονότα, το πρόβλημα της εμπειρίας, του τι αισθάνονται οι χρήστες και πώς θα μπορούσαν να διαντιδρούν με το περιβάλλον τους, επιστρέφει στο προσκήνιο της.

Παραδείγματα υλικών σχεδιασμένων με νέες ιδιότητες συγκεκριμένων προδιαγραφών από αρχιτέκτονες

 ·         Aegis Hypo-Surface – dECOI architects,1999

       Μεταλλική επιφάνεια που έχει τη δυνατότητα να παραμορφώνεται φυσικά δεχόμενη                         ηλεκτρικά ερεθίσματα από το περιβάλλον (κίνηση, ήχος, φως). Πρόκειται για μία δυναμική διαδραστική επιφάνεια παρέχει πληροφόρηση και δέχεται πληροφορίες ως ερέθισμα για την ενεργοποίηση συστημάτων θέρμανσης,κλιματισμού, αερισμού,ασφάλειας ή ψυχαγωγίας. Από το καθορισμένο μεταβαίνουμε στο διαδραστικό και ακαθόριστο

 ·        Pavillon de L’Orme – Objectile architecture, 2001

Το περίπτερο σχεδιάστηκε σαν φόρος τιμής στον εφευρέτη της στερεοτομίας. Η γενική αρχιτεκτονική του είναι ένας προοπτικός κύβος που οι τρεις ομάδες  κορυφογραμμών του συγκλίνουν στο άπειρο. Πολύπλοκα συμπλέγματα, κυματοειδείς επιφάνειες  κόμβοι που μεταβάλλονται δημιουργήθηκαν αλγοριθμικά και παράχθηκαν σε ρούτερ μέχρι και την τελευταία τους λεπτομέρεια. Μπορούμε να πούμε ότι το σημείο-κλειδί της ψηφιακής αρχιτεκτονικής μοιάζει να είναι η πλήρης συσχέτιση σχεδιασμού και παραγωγής.

·    Blur Building, Diller & Scofidio ,2002

Πρόκειται για μία αρχιτεκτονική της ατμόσφαιρας. Το κτίριο περιβάλλεται από μία ομιχλώδη μάζα. Το νερό από τη λίμνη Neuchatel φιλτράρεται και εκτοξεύεται σαν ομίχλη μέσα από σωλήνες υψηλής πίεσης. Βασίζεται σε ένα έξυπνο σύστημα που ανιχνεύει τις αλλαγές στη θερμοκρασία, την υγρασία, τη ταχύτητα και τη διεύθυνση του ανέμου και προσαρμόζει την πίεση του νερού αναλόγως. Μπαίνοντας σε αυτό το  κτίριο οι οπτικές και ακουστικές αναφορές εξαφανίζονται. Καλείσαι να αφεθείς στη χωρική και αισθητική εμπειρία, να αλληλεπιδράσεις με το χώρο. Είναι ένα κτίριο που μπορείς να το πιείς.

Αναφορικά, κάποια άλλα παραδείγματα χρήσης δυναμικών συστημάτων και έξυπνων υλικών είναι το E-motive House και το Saltwater Pavillion (ONL architecture 2002 και 1997 αντίστοιχα) και το Laban Dance Center από  Herzog & de Meuron.

Βιβλιογραφία

Δημήτρης Παπαλεξόπουλος, «επιστροφή στην υλικότητα», Highligths, τεύχος 13

Manuel DeLanda, Material Complexity, digital tectonics, ed. Neil Leach, David Turnbull, Chris Williams, Wiley – Academy, 2004

Michelle Addington & Daniel Schodek, Smart materials and technologies, Architectural Press, 2005

http://www.dsrny.com/#/projects/blur-building

http://www.hyposurface.org/

http://www.onl.eu/