Architektura modularna i prefabrykacja - czyli obiekty z metra?

Z laboratorium na plac budowy: Koncepcja Lab Grown w architekturze

‍

Czy przeniesienie produkcji ze świata naturalnego do laboratorium to trend, który przyniesie ulgę nadwyrężonej już mocno przez działalność ludzką planecie? Czy dzięki takiemu działaniu zmniejszymy degradację środowiska, zminimalizujemy negatywne zmiany klimatyczne? Takie pytania narzuca mi dość młoda i modna obecnie koncepcja Lab Grown.  Chociaż już w pierwszej połowie XX wieku brytyjski polityk Winston Churchill prorokował, że w przyszłości uciekniemy od absurdu hodowania całego kurczaka w celu zjedzenia piersi czy skrzydełek, a alternatywą stanie się hodowanie tych części osobno w odpowiednim środowisku laboratoryjnym. Współcześnie w takich krajach jak Singapur, czy USA, mięso wychodowane w laboratorium jest już dostępne dla zainteresowanych.

‍

Wraz z rozwojem technologii wzrasta również wiedza na temat biotechnologii oraz możliwości wytwarzania syntetycznych produktów bezpośrednio z komórek macierzystych zwierząt, roślin, czy grzybów. Takie technologie można spotkać nie tylko w przemyśle spożywczym, lecz także w jubilerstwie (gdzie coraz słynniejsze stają się diamenty i kamienie szlachetne typu Lab Grown), medycynie, branży kosmetycznej, modowej czy nawet                           w architekturze. Wytwarzanie biomateriałów, np. opartych na grzybach, technologie druku 3D z materiałów organicznych, szkło syntetyczne czy materiały z recyklingu i upcycklingu – to tylko jedne z wielu przykładów. Idea Lab Grown nie dotyczy jedynie wytwarzania innowacyjnych materiałów, obejmując alternatywne metody budowy, np. zastosowanie robotyki i automatyzacji, technologii druku 3D budowy, a także bardziej efektywne wykorzystanie zasobów. Metody, takie jak skanowanie 3D całych budynków w coraz większym stopniu ułatwiają badania powykonawcze. Metody te wciąż się rozwijają, znajdując zastosowanie w codziennej praktyce architektonicznej. Zdolność do wstępnego definiowania form i właściwości może zostać wykorzystana do opracowania rozwiązań dostosowanych do indywidualnych potrzeb. Przykładowo, można by stworzyć wydajne komponenty, które mają odpowiednie właściwości wytrzymałościowe w obszarach, na które działa największa siła, podczas gdy w obszarach mniej obciążonych, mogłaby zostać zmniejszona. Forma mogłaby być zaprojektowana tak, aby reagować i idealnie łączyć się z istniejącymi strukturami, np. przy użyciu generatywnych metod projektowania.

Zaobserwowałam, że w świecie architektury, decyzja o zaprojektowaniu obiektu prefabrykowanego narzuca nierzadko wizję powtarzalnej i monotonnej architektury, której brakuje indywidualnego charakteru. Taka idea, szczególnie architektom, kojarzy się z ograniczeniem swobody twórczej. Jednak czy faktycznie prefabrykacja i modularyzacja doprowadzi do projektowania obiektów „z metra”? Uważam, że wręcz przeciwnie. Poniższe przykłady ukazują, jak kreatywnie można podejść do projektowania form i materiałów wykraczając poza konwencjonalny świat żelbetu i pustaków ceramicznych, a wkraczając              w świat projektowania generatywnego, „sumbiotecture” oraz tworzenia wyrafinowanych form biomorficznych. 

Innowacje w praktyce. Przełomowe projekty z biomateriałów

‍

Możliwość definiowania właściwości i kształtów biologicznych materiałów budowlanych na poziomie molekularnym obiecuje produkcję złożonych form biomorficznych. W połączeniu z metodami projektowania generatywnego można tworzyć innowacyjne i inteligentne struktury, takie jak MycoTree opracowane przez Block Research Group w Instytucie Technologii                      w Architekturze w ETH Zurich, który wykorzystuje narzędzia cyfrowe do optymalizacji kształtów geometrycznych w celu nadania grzybni właściwości nośnych.

MycoTree zaprojektowano na Biennale Architektury i urbanistyki w Seulu 2017 r. Jest to przestrzenna, rozgałęziająca się struktura, wykonana z nośnych elementów grzybni. Jej geometria została zaprojektowana przy użyciu statyki graficznej 3D, utrzymując słaby materiał tylko w stanie ściskania. Złożone węzły wyhodowano w cyfrowo wykonanych formach. Wykorzystując wyłącznie grzybnię i bambus, struktura ta reprezentuje prowokacyjną wizję tego, jak wyjść poza wydobywanie materiałów budowlanych ze skorupy ziemskiej; jak osiągnięcie stabilności poprzez geometrię, a nie poprzez wytrzymałość materiału, otwiera możliwość strukturalnego i bezpiecznego wykorzystania słabszych materiałów. Ostatecznie, w jaki sposób zasoby regeneracyjne w połączeniu ze świadomym projektowaniem strukturalnym mogą stanowić alternatywę dla uznanych materiałów konstrukcyjnych dla bardziej zrównoważonego przemysłu budowlanego. W przypadku elementów niekonstrukcyjnych (takich jak wypełnienia lub okna) warto uwzględnić nieregularne formy, które można ukształtować w taki sposób, aby idealnie pasowały do starych budynków (a które z biegiem lat utraciły swoje proste linie). 

Rysunek 1 MycoTree, Block Research Group, ETH Zurich, źródło: https://www.world-architects.com/en/architecture-news/works/mycotree

Rysunek 2 MycoTree – projekt cyfrowy, Block Research Group, ETH Zurich,  źródło: https://www.world-architects.com/en/architecture-news/works/mycotree

‍

Pionierski projekt zatytułowany „To Grow a Building” został zaprezentowany podczas Jerusalem Design Week 2022, demonstrując, w jaki sposób materiały organiczne mogą być wykorzystywane do drukowania 3D budynków. Jedenasta edycja najważniejszego izraelskiego wydarzenia poświęconego projektowaniu zaprosiła twórców do zajęcia się tematem „Na razie” i projektowaniem efemeryczności. Zespół projektantów zadebiutował swoim projektem znanym jako „To Grow a Building”, wyobrażając sobie świat, w którym budynki są drukowane w 3D z materiałów organicznych. Zamiast budynków wykonanych z betonu i stali, projekt proponuje sposób wykorzystania lokalnej gleby i korzeni jako elementów konstrukcyjnych architektury organicznej.

Pomysł polega na tym, że dzięki cyfrowemu przepływowi pracy, drukowaniu 3D warstw materiału organicznego jedna na drugiej, struktury stworzą własne życie. Nasiona wykiełkują ze ścian gleby, pokrywając zewnętrzną część zieloną roślinnością, podczas gdy korzenie zakorzenią się w ścianach i utworzą trwały materiał budowlany. „Wyhodowanie budynku pozwala nam na nowo przemyśleć architekturę, która jest całkowicie lokalna, organiczna i naturalna”, wyjaśnia projektant Nof Nathansohn, który zainicjował projekt.

Projektanci stworzyli wykonane na zamówienie robotyczne ramię, które jest zaprogramowane przez komputer do metodycznego budowania małych, zielonych struktur z surowej i naturalnej mieszanki gleby i nasion. Jest to intuicyjny i inteligentny proces, który po raz pierwszy zaobserwowano w zewnętrznej przestrzeni laboratorium performatywnego podczas Jerusalem Design Week 2022 i wygląda na to, że to dopiero początek pomysłu, który może zmienić sposób, w jaki powstają budynki na naszej planecie. Spojrzenie w przyszłość, która obejmuje alternatywne zasoby i bardziej zrównoważone opcje materiałowe, może być pozytywnym krokiem naprzód.

‍

Rysunek 3 Projekt „To Grow a Building”. Robotyczne ramię, które buduje struktury z surowej mieszanki gleby i nasion źródło: https://www.designboom.com/technology/to-grow-a-building-3d-printing-organic-architecture-seeds-soil-jerusalem-design-week-07-22-2022/

‍

PLP Labs, biuro projektowo-badawcze londyńskiej firmy architektonicznej PLP, opracowało innowacyjny modułowy blok budowlany wykonany z grzybni, wegetatywnej części grzyba. Ich podejście polega na łączeniu grzybni z drewnianymi powłokami drukowanymi                  w 3D. PLP Labs przedstawia swoje nowe bloki oparte na grzybni jako wszechstronne, biodegradowalne, wielokrotnego użytku, lekkie i ognioodporne. Są one tworzone poprzez wypełnienie formy wydrukowanymi w 3D drewnianymi skorupami przy użyciu trocin, konopi i lnu, przez które rośnie grzybnia, tworząc sieć, która ma zastąpić tradycyjne cegły i inne materiały budowlane. PLP Architecture odchodzi od tradycyjnej architektury na rzecz „sumbiotecture”, nowego podejścia skupiającego się na współpracy z naturą. Zespół PLP dąży do rozszerzenia funkcjonalności grzybni z drobnych zastosowań, takich jak izolacja i płyty akustyczne, do głównych zastosowań konstrukcyjnych, w tym bloków nośnych.

‍

Rysunek 4 Moduły budowlane wykonane z grzybni, PLP labs, źródło: https://www.mushroomrevival.com/blogs/podcast/mushroom-architecture-with-plp-labs?srsltid=AfmBOopowpO8OAXy2nFjKUzCBH9UG2AJJh0M3T_-on3O_tbNB39CaBKg

‍

Potencjał i wątpliwości: Blaski i cienie architektury z laboratorium

Główne zalety i wątpliwości dotyczące wprowadzenia Lab Grown do świata architektury

Korzyści, jakie widzą w tym trendzie wiodący przedstawiciele branż, to przede wszystkim minimalizacja wpływu na środowisko, redukcja emisji gazów cieplarnianych oraz zmniejszone zużycie zasobów naturalnych. Czy faktycznie jest tak kolorowo, jak powiadają? To z pewnością wymagałoby kompleksowych badań w tym obszarze. Osobiście podchodzę dość sceptycznie do haseł, które są głoszone, gdyż wszystko to zależy od tego, co akurat weźmie się pod lupę. Materiały wyhodowane w laboratorium są wciąż dalekie od komercjalizacji i jawią się niczym science fiction, zatem określenie konkretnych zastosowań oraz możliwości w zakresie zrównoważonego rozwoju jest wysoce spekulatywne. Wczesny etap rozwoju wspomnianych technologii oznacza, że wpływ na środowisko można ocenić jedynie w skali pilotażowej.

Produkowanie komponentów budowlanych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, z pewnością niesie za sobą wiele korzyści. Prefabrykacja ogranicza ilość generowanych odpadów budowlanych, minimalizując m.in. liczbę operacji docinania na budowie elementów. Takie działania bardzo dobrze wpisują się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym. 

Naukowcy z MIT podsumowali swoje badania na temat materiałów produkowanych               w laboratorium, przydatnych w architekturze w publikacji „Toward customizable timber, grown in a lab”. Badacze widzą ogromny potencjał w tej technologii, podkreślając wysoki stopień swobody projektowania, możliwość wytwarzania złożonych geometrii, które nie występują              w warunkach naturalnych. Niestandardowa produkcja na poziomie molekularnym daje także możliwość dostosowania właściwości mechanicznych i fizycznych do obowiązujących wymagań. 

Oprócz bezpośredniego wpływu na środowisko procesu produkcyjnego, materiały uprawiane laboratoryjnie mają również pośredni wpływ. Produkując drewno lub izolację w zamkniętym zakładzie, eliminuje się potrzebę naturalnego wydobycia, potencjalnie unikając wpływu na środowisko tradycyjnych metod pozyskiwania drewna. Podczas gdy drewno wyhodowane w laboratorium jest zbyt kosztowne jako paliwo, jego wykorzystanie w budownictwie może zmniejszyć presję ekonomiczną na lasy, pomagając w ich ochronie. 

Ponadto utrzymanie optymalnych warunków produkcji (takich jak stałe oświetlenie lub temperatura) na wszystkich etapach procesu produkcyjnego może przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych. 

Wszechstronność kształtów i funkcji, do których dąży produkcja laboratoryjna, może pomóc w realizacji obiektów z użyciem materiałów z biomasy, które obecnie są niewykonalne, zwiększając tym samym ich globalny potencjał wykorzystania w architekturze. 

Produkcja materiałów laboratoryjnych w pobliżu miejsca ich zastosowania może zmniejszyć potrzebę transportu na duże odległości i pomóc obniżyć koszty, zapotrzebowanie na energię i emisje. 

Podsumowanie

Ponieważ wiedza na temat procesów technicznych i biomateriałowych wykraczałaby daleko poza wiedzę architektoniczną, konkretny przykład materiałów wyhodowanych w laboratorium wysuwa na pierwszy plan potrzebę współpracy między różnymi dyscyplinami i ekspertami. Sama technologia i badania, podobnie jak projektowanie i architektura, nie mogą doprowadzić do transformacji w kulturze materialnej.

W tym kontekście zarówno architektura, jak i design mają za zadanie podkreślić potencjał, jaki mogą zaoferować technologie i „nowe” materiały poprzez opracowanie konkretnych i przekonujących przykładów zastosowań, ponieważ nieznane technologie                       i „nietypowe” materiały wymagają ponownego przemyślenia kultury budowlanej w celu uzyskania akceptacji społecznej i znalezienia drogi do codziennego użytku. W końcu potrzeba transformacji nie tylko kwestionuje obecną praktykę architektoniczną, lecz także nauczanie na uniwersytetach. Jako instytucje edukacyjne dla następnego pokolenia projektantów                       i architektów, uniwersytety mają szczególny obowiązek zapewnienia „przestrzeni” dla odpowiednich eksperymentów i testowania konkretnych zastosowań obiecujących technologii i materiałów w dziedzinie zrównoważonej architektury. 

Trend przeniesienia produkcji materiałów budowlanych ze świata naturalnego do kontrolowanego środowiska laboratoryjnego wydaje się ciekawą ideą i może z pewnością zrewolucjonizować budownictwo, a co za tym idzie – sposób, w jaki żyjemy w przyszłości. Prefabrykacja i modularyzacja to już nie tylko powtarzalne jednostki tworzone w fabryce, lecz także rozwój zupełnie nowych, innowacyjnych, bardziej organicznych form i struktur                        w architekturze.  

‍