La seguente è la traduzione di una parte di testo tratto da un articolo di Branko Kolarevic (Università della Pennsylvania).
Con l’inserimento di infrastrutture digitali in città ed edifici, stanno emergendo nuove forme e metodi di organizzazioni spaziali (Mitchell 1995). Le architetture tecnologiche vengono sostituite da architetture computazionali di spazi geometrici topologici non euclidei, da sistemi cinetici e dinamici e da algoritmi genetici.
Secondo P Zellner (1999) l’architettura si sta rimodellando , diventando in parte un’investigazione sperimentale di geometrie topologiche, in parte un’orchestrazione computazionale della produzione di materiale robotico e in parte una scultura dello spazio generativa e cinematica.
L’era dell’informazione, come prima l’era dell’industrializzazione, presenta quindi una sfida non solo in relazione a quello che stiamo progettando ma a come lo stiamo progettando.
Il potenziale generativo e creativo dei media digitali sta aprendo nuove dimensioni emergenti in architettura.
Secondo Bart Lootsma (Zellner 1999) invece di cercare di convalidare un modo convenzionale di pensare l’architettura in un reame diverso, la nostra strategia di oggi dovrebbe essere quella di infiltrare l’architettura con altri media e discipline per produrre un nuovo incrocio.
Le architetture computazionali
Si riferiscono ai processi di creazione e trasformazione di forme che sono di base computazionali – la morfonogenesi digitale.
Diverse architetture computazionali sono identificate in base ai concetti portanti così come lo spazio topologico (architettura topologica), le superfici isomorfiche (architettura isomorfica), la cinematica e la dinamica del movimento (architettura animata/ in movimento), l’animazione secondo una forma chiave ( architettura metamorfica), la progettazione parametrica (architettura parametrica), e gli algoritmi genetici (architettura evolutiva /evoluzionale), come indicato nei seguenti paragrafi.
1-L’architettura topologica
Il saggio di Greg Lynn (1993) sulla “curvilinearità dell’architettura” è uno dei primi esempi del nuovo approccio topologico alla progettazione che si allontana dall’allora dominante logica deconstruttivista del “conflitto e della contraddizione” per sviluppare “una logica più fluida della connettività”, manifestata da superfici continue e altamente curvilinee.
L’elemento significativo (che definisce) dell’architettura topologica è il suo allontanarsi dalla geometria euclidea di volumi discreti rappresentati nello spazio cartesiano, e l’uso estensivo di geometria topologica ‘rubber-sheet’ (a foglio di gomma) di curve e superfici continue, descritte matematicamente come NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines). Nello spazio topologico la geometrie è rappresentata non da equazioni implicite, ma da funzioni parametriche, che descrivono una gamma di possibilità (Piegl e Tiller 1997).
La forma di una curva o di una superficie NURBS è controllata manipolando la locazione /posizione dei punti di controllo, dei pesi e dei nodi. Le NURBS rendono computazionalmente possibili le forme eterogenee ma coerenti dello spazio topologico.
Cambiando la posizione dei punti di controllo, dei pesi e dei nodi, si può produrre un numero indefinito di curve e superfici.
2- L’architettura isomorfica
Le superfici isomorfiche rappresentano un altro punto di allontanamento dalla geometria euclidea e dallo spazio cartesiano. I Blobs o metaballs, come le superfici isomorfiche vengono spesso chiamate, sono oggetti amorfi costruiti come assemblaggi compositi di oggetti parametrici che si flettono reciprocamente (?) con forze interne di massa e attrazione. Esercitano campi o regioni di influenza, che potrebbero essere aggiuntive (positive) o detrattive (negative). La geometria è costruita “computando” una superficie nella quale il campo composito ha la stessa intensità – da qui il nome – superfici isomorfiche
Le superfici isomorfiche aprono inoltre un altro universo formale dove le forme possono subire variazioni dando origine e nuove possibilità. Gli oggetti interagiscono gli uni con gli altri invece di occupare semplicemente lo spazio; diventano connessi attraverso la logica dove il tutto/l’insieme è sempre aperto a variazioni come l’aggiunta di nuovi blobs (campi di influenza) o il formarsi di nuove relazioni, creando così nuove possibilità. La superficie di confine del tutto/dell’insieme (la superficie isomorfica) si sposta o si muove come i campi di influenza modificano la loro posizione ed intensità. In tal modo, gli oggetti iniziano ad operare in una geografia dinamica piuttosto che statica.
3- Le architetture animate (in movimento)
Greg Lynn (1999) è stato uno dei primi architetti ad utilizzare il software di animazione non come mezzo di rappresentazione ma di generazione di forme. Secondo Lynn, il “modello cinematico” prevalente del movimento in architettura elimina la forza e il movimento dall’articolazione della forma e li reintroduce più tardi, dopo la realtà (realizzazione) del progetto, attraverso concetti e tecniche di “progressione ottica”.
Di contro, afferma Lynn, “la progettazione (il design) animata è definita dalla compresenza di movimento e forza al momento della concezione formale”. La forza come condizione iniziale diventa la causa sia del moto sia di particolari flessioni di una forma. Secondo Lynn, mentre “il moto implica movimento e azione, l’animazione implica l’evoluzione di una forma e le sue forze modellanti”.
Nei suoi progetti Lynn utilizza un intero repertorio di tecniche modellanti basate sul moto/movimento, come l’animazione da una struttura chiave (?), la cinematica progressiva e inversa (?), la dinamica (campi di forza) e l’emissione di particelle.
La cinematica è usata nell’animazione nel suo vero significato meccanico: studiare il moto di un oggetto o di un sistema gerarchico di oggetti senza considerare la sua massa o le forze che vi agiscono. Come si applica il moto, le trasformazioni si propagano lungo la gerarchia verso il basso nella cinematica progressiva e lungo la gerarchia verso l’alto nella cinematica inversa. In alcuni dei progetti di Lynn, quali il prototipo di casa a Long Island, scheletri con un involucro globale sono deformati usando la cinematica inversa sotto l’influenza di varie forze indotte da un sito/area.
In contrasto con la cinematica, la simulazione dinamica considera gli effetti di forze sul moto di un oggetto o di un sistema di oggetti, specialmente di forze che non hanno origine all’interno del sistema stesso. Vengono definite le proprietà fisiche degli oggetti, come la massa (densità), l’elasticità, la frizione statica e cinetica (o ruvidità). Si applicano le forze di gravità, il vento o il vortice, si specificano il rilevamento della collisione e gli ostacoli (deflettori) e si computa la simulazione dinamica. Il progetto di Greg Lynn di un tetto di protezione e di uno schema di illuminazione per il terminal degli autobus a New York mostra un esempio efficace dell’utilizzo di sistemi di particelle per visualizzare i campi di gradiente di attrazione presenti sul sito, creati dalle forze associate dal movimento e flusso dei pedoni, delle auto e dei bus sul sito.
4- L’architettura metamorfica
La generazione metamorfica di forme include diverse tecniche come l’animazione da una forma chiave, le deformazioni dello spazio modellante attorno al modello utilizzando (a bounding box) un’area di limite (deformazione reticolare), una curva spline, o uno degli assi o piani del sistema coordinato, e l’animazione a traiettoria (?), che deforma un oggetto come questo si muove lungo una traiettoria/percorso selezionata.
Nell’animazione da una forma chiave, i cambiamenti nella geometria sono registrati come strutture chiave (forme chiave) e il software computa quindi gli stati intermedi. Nelle deformazioni dello spazio modellante, le forme dell’oggetto si conformano / aderiscono ai cambiamenti nella geometria dello spazio modellante.
5- L’architettura parametrica
Nella progettazione (design) parametrica sono i parametri di una particolare progettazione che vengono dichiarati, non la sua forma. Assegnando diversi valori ai parametri, si possono creare facilmente diversi oggetti o configurazioni. Le equazioni si possono usare per descrivere le relazioni tra gli oggetti, definendo così una geometria associativa, cioè la geometria costituente che è reciprocamente legata (?) (Burry 1999). In tal modo si possono stabilire interdipendenze tra oggetti e si può definire il comportamento di oggetti sotto trasformazioni. Come osservò Burry (1999) la capacità di definire e riconfigurare le relazioni geometriche è di particolare importanza.
La progettazione parametrica spesso comporta una descrizione procedurale e algoritmica della geometria. In questi ‘spectaculars’ algoritmici, cioè esplorazioni algoritmiche di produzione tettonica, usando il software Matematica, Marcos Novak (1996) costruisce modelli matematici e procedure generative che sono costrette (legate) da numerose variabili inizialmente non in relazione ad alcun interesse pragmatico… Ogni variabile o processo è uno ‘slot’ nel quale si può mappare un’influenza esterna, sia staticamente sia dinamicamente. Nelle sue esplorazioni Novak si preoccupa meno della manipolazioni di oggetti e maggiormente della manipolazione di relazioni, dei campi e delle dimensioni superiori, e infine della curvatura dello spazio stesso. L’implicazione è che la progettazione parametrica non proclama necessariamente forme stabili. Come dimostra Burry (1999) si può progettare (?) un paramorph – una descrizione topologica e spaziale di forme instabile con caratteristiche stabili.
6- L’architettura evolutiva
Propone il modello evolutivo della natura come processo generazionale per le forme architettoniche (Frazer 1995). In questo approccio secondo Frazer i concetti architettonici sono espressi come regole generative così che la loro evoluzione e sviluppo possono essere accelerati e testati con l’uso di modelli al computer. I concetti sono descritti in un linguaggio generico che produce uno script di istruzioni in codice per la generazione di forme. I modelli al computer sono usati per simulare lo sviluppo di forme prototipiche che sono poi valutate sulla base della loro prestazione in una ambiente simulato. Altissimi numeri di steps evolutivi possono essere generati in un breve spazio di tempo e le forme emergenti sono spesso inaspettate.
Il concetto chiave dietro l’architettura evolutiva è quello dell’algoritmo genetico, “una classe di procedure di ricerca adattive altamente evolutive in parallelo” (?), come Frazer ha definito. La loro caratteristica chiave è una struttura simile ad una stringa equivalente ai cromosomi della natura, alla quale si applicano le regole di riproduzione, incrocio genetico e mutazione. Vari parametri si codificano nella struttura simile ad una stringa e i loro valori sono cambiati durante il processo generativo.
Un numero di forme simili, pseudo-organismi, vengono generati e questi sono poi selezionati dalle popolazioni generate sulla base di criteri di qualità /idoneità predefiniti.
Gli organismi selezionati e i corrispondenti valori di parametro, sono poi incrociati utilizzando i relativi metodi di “crossover” e “mutazione”, trasmettendo così alle nuove generazioni tratti benefici che promuovono la sopravvivenza. Ottime soluzioni si ottengono mediante piccoli cambiamenti incrementali su diverse generazioni.
Nel processo di codificazione genetica, il fattore centrale è la modellazione della logica interna più che della forma esterna. Altri elementi ugualmente importanti sono la definizione di criteri spesso mal definiti e in conflitto/contraddizione e il come i criteri definiti operano per la selezione dei migliori (i più adatti). Ugualmente stimolante è la questione di come l’interazione della forma costruita e del suo ambiente sono trascritte nei processi morfologico e metabolico.
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