Pabellón de fibra de carbono inspirado en el caparazón de un escarabajo

Un pabellón de fibra de carbono tejido robotizado basado en el caparazón ligero que recubre las alas y el abdomen de un escarabajo es una estructura revelada por el equipo de arquitectos e ingenieros de la Universidad de Stuttgart.

El proyecto fue desarrollado por académicos de la Universidad de Stuttgart's, Instituto de Diseño Computacional  (ICD) y el  Instituto de Estructuras de Edificación y Diseño Estructural  (ITKE), que han colaborado previamente un pabellón sobre la base de exoesqueleto de una langosta y una estructura modelada en el  esqueleto de un erizo de mar.

"El proyecto presenta un enfoque novedoso para las estructuras de fibra compuesta en la arquitectura", explicó el investigador del ICD y miembro del equipo Marshall Prado.

"Se basa en el desarrollo de un proceso de fabricación robótica para estructuras compuestas de fibra de doble capa modulares, que reduce al mínimo el encofrado requerido manteniendo un alto grado de libertad geométrica. Esto permitió la transferencia de los principios funcionales de los sistemas ligeros naturales a estructuras arquitectónicas ", dijo.

El resultado es un pabellón de doble cúpula con paredes y techos en forma de telaraña. Cubre un área de 50 metros cuadrados, pero pesa solo 593 kilogramos.

"Ofrece no solo una expresión arquitectónica única y una experiencia espacial, sino que también es extremadamente liviana y eficiente en el uso de los recursos", dijo Prado.

El equipo de investigadores y estudiantes utilizó modelos tridimensionales de alta resolución de varios escarabajos, conocidos como elytra, para realizar un análisis de las intrincadas estructuras internas, trabajando en estrecha colaboración con biólogos y paleontólogos de la Universidad de Tuebingen .

"El rendimiento de estas estructuras livianas se basa en la morfología geométrica de un sistema de doble capa y las propiedades mecánicas del compuesto de fibra natural", explicaron.

"La morfología Elytra se basa en una estructura de doble capa que está conectada por elementos de soporte doblemente curvados en forma de columna: las trabéculas. La disposición de la fibra dentro de una trabécula fusiona los segmentos superior e inferior de la cubierta con fibras continuas", dijeron.

Estas estructuras se tradujeron luego en una serie de principios de diseño, realizados utilizando polímeros reforzados con fibra de vidrio y fibra de vidrio para dar al pabellón una relación óptima resistencia / peso.

"El devanado de filamentos sin núcleo no solo ahorra recursos sustanciales a través de la inutilidad de los moldes individuales, sino que es en sí mismo un proceso de fabricación muy eficiente desde el punto de vista del material, ya que no hay residuos ni piezas cortadas", dijo el equipo.

El proyecto es parte de un programa en curso que investiga cómo las estructuras ligeras naturales pueden recrearse utilizando la arquitectura . Cada pabellón se investiga y se construye en un período de 18 meses.

Capas de módulos

Fabricación robótica

Diagrama de primer plano de un robot

Equipo de proyecto

Instituto de Diseño Computacional - Prof. Achim Menges 

Instituto de Construcción de Estructuras y Diseño Estructural - Prof. Jan Knippers.

Desarrollo de investigación y gestión de proyectos

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

Desarrollo del concepto

Leyla Yunis.

Desarrollo y realización del sistema

2012: Desislava Angelova, Hans-Christian Bäcker, Maximilian Fichter, Eugen Grass, Michael Herrick, Nam Hoang, Alejandro Jaramillo, Norbert Jundt, TaichiKuma, Ondrej Kyjánek, Sophia Leistner, Luca Menghini, Claire Milnes, Martin Nautrup , GerganaRusenova, PetarTrassiev, Sascha Vallon, ShiyuWie.

2013: Hassan Abbasi, Yassmin Al-Khasawneh, DesislavaAngelova, YuliyaBaranovskaya, Marta Besalu, Giulio Brugnaro, Elena Chiridnik, Eva Espuny, Matthias Helmreich, Julian Höll, Shim Karmin, GeorgiKazlachev, Sebastian Kröner, VangelKukov, David Leon, Stephen Maher, Amanda Moore, Paul Poinet, Roland Sandoval, Emily Scoones, DjordjeStanojevic, Andrei Stoiculescu, Kenryo Takahashi, Maria Yabloninas apoyadas por Michael Preisack.