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Robotic Digital Reassembly: Towards physical editing of dry joined architectural aggregations

Wibranek, Bastian (2021):
Robotic Digital Reassembly: Towards physical editing of dry joined architectural aggregations. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00018578,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Robotic Digital Reassembly: Towards physical editing of dry joined architectural aggregations
Language: English
Abstract:

The accelerating changes in how people use and occupy buildings, coupled with humanity’s growing consciousness towards the climate impact of construction, impose reconsideration of existing patterns in the built environment. Most buildings today are planned to resemble a fixed shape, binding their material into a static assemblage. In contrast, computerization in many fields of everyday life shifts our imagination to an editable world. While the digital world is constantly evolving and changes can be instantly programmed, changes in the physical world require immense labor, manpower, and machinery. However, the fast technological advances in digital design and fabrication are challenging the economies of static composition of buildings. Digital design tools offer access to the broad space of design alternatives on all scales, from building topologies to the single building element. By changing a few parameters, designers can reconfigure a design almost automatically. At the same time, architectural research on Digital Materials, Discrete Design, and robotic construction holds the potential to transport these digital qualities into the physical world. As a result, buildings can be thought of as material resources, can be reassembled, and their building elements might flow back into the industry for future building, contributing to the built environment’s shift towards circular economy. Combining digital design tools, detachable building elements, and robotic skills is worth exploring to understand their potential and qualities for an editable built environment. This thesis presents a combinatorial modeling framework for robotic assembly and reassembly of buildings. The applicability of the framework is demonstrated in four case studies employing strategies of robotic programming linked with digital design tools for dry-fitted and interlocking building elements. The use of tactile robotic skills is discussed in a comprehensive case study, utilizing machine learning for the design and robotic control of an interlocking assembly. The robot-oriented design focuses on building elements with quantities, geometries, and connections suitable for handling by a robot. This shift, in turn, enables architects not only to produce changeable structures but also to gain control and thoroughly explore the design space resulting from elements that can be reassembled. In Robotic Digital Reassembly, materialization and production of architecture are not a one-off process. They rather become a series of instances shifting and adapting into an ever-unfolding future.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Die sich beschleunigenden Wechsel in der Art und Weise, wie Menschen Gebäude nutzen und bewohnen, gepaart mit dem wachsenden Bewusstsein der Menschheit für die Auswirkungen des Bauens auf das Klima, zwingen dazu, bestehende Konzepte für die gebaute Umwelt zu überdenken. Die meisten Gebäude werden heute so geplant, dass sie einer festen Form folgen und ihr Material zu einer statischen Konstruktion zusammenfügen. Im Gegensatz dazu verlagert die Computerisierung in vielen Bereichen des täglichen Lebens unsere Vorstellungskraft auf eine veränderbare Welt. Während sich die digitale Welt ständig weiterentwickelt und Änderungen sofort programmiert werden können, erfordern Änderungen in der physischen Welt einen immensen Aufwand an Arbeit, Arbeitskraft und Maschinen. Die rasanten technologischen Fortschritte in der digitalen Konstruktion und Fertigung stellen die Ökonomie des statischen Aufbaus von Gebäuden in Frage. Digitale Entwurfswerkzeuge bieten Zugang zu einem umfangreichen Raum von Entwurfsalternativen in allen Maßstäben, von Gebäudetopologien bis hin zum einzelnen Gebäudeelement. Durch die Änderung einiger weniger Parameter können Designer einen Entwurf fast automatisch neu konfigurieren. Gleichzeitig birgt die architektonische Forschung zu Digitalen Materialien, Diskretem Design und robotischem Bauen das Potenzial, diese digitalen Qualitäten in die physische Welt zu transportieren. Infolgedessen können Gebäude als materielle Ressourcen betrachtet werden, die wieder zusammengebaut werden können, so dass ihre Bauelemente wieder in die Industrie zurückfließen und für zukünftige Bauten verwendet werden können, was zum Wandel der Architektur in Richtung Kreislaufwirtschaft beiträgt. Die Kombination von digitalen Designwerkzeugen, demontierbaren Bauelementen und Roboterfähigkeiten ist es wert, erforscht zu werden, um deren Potenzial und Qualitäten für eine editierbare gebaute Umwelt zu verstehen. In dieser Arbeit wird ein kombinatorischer Modellierungsrahmen für die robotergestützte Montage und Wiedermontage von Gebäuden vorgeschlagen. Die Anwendbarkeit des Konzepts wird in vier Fallstudien demonstriert, in denen Strategien der Roboterprogrammierung in Verbindung mit digitalen Entwurfswerkzeugen für trocken montierte und miteinander verzahnte Bauelemente eingesetzt werden. Der Einsatz von taktilen Roboterfähigkeiten wird in einer umfassenden Fallstudie diskutiert, in der maschinelles Lernen für die Konstruktion und Robotersteuerung für verzahnten Bauelementen eingesetzt wird. Der roboterorientierte Entwurf konzentriert sich auf Bauelemente deren Menge, Geometrie und Verbindungen, für die Handhabung durch einen Roboter geeignet sind. Diese Verlagerung wiederum ermöglicht es Architekten, nicht nur veränderbare Strukturen zu produzieren, sondern auch die Kontrolle zu erlangen und den Designraum, der sich aus wieder zusammensetzbaren Elementen ergibt, umfassend zu erkunden. In Robotic Digital Reassembly sind Materialisierung und Produktion von Architektur kein abgeschlossener Prozess. Vielmehr werden sie zu einer Reihe von Instanzen, die sich verschieben und an eine sich immer weiter entfaltende Zukunft anpassen.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: V, 229 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 670 Industrielle Fertigung
700 Künste und Unterhaltung > 720 Architektur
Divisions: 15 Department of Architecture > Fachgruppe B: Gestalten und Darstellen > Digital Design
Date Deposited: 13 Jul 2021 10:41
Last Modified: 13 Jul 2021 10:41
DOI: 10.26083/tuprints-00018578
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-185782
Referees: Tessmann, Prof. Dr. Oliver ; Meister, Prof. Dr. Anna-Maria
Refereed: 1 July 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/18578
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