Progettazione e prototipazione di sistemi dinamici per l'architettura

The technology advancements in industrial fabrication and geometry generation software have undoubtedly been one of the most powerful catalyst in defining contemporary architecture. Specifically, some technical solutions, such as the dynamic systems, have undergone a rapid development, shifting from the speculative nature of universities and research institutions to large scale, real life applications. Therefore, it is then necessary to assess at what extent the new tools of the Digital Fabrication and Computational Design have influenced the design of such systems. In particular, parametric modeling software is now sufficiently mature to replace the previously preferred design methods, thanks to flexible software with highly specialized features implemented as plugins or add-ons. The following thesis analyzes how the available tools simplify the design of dynamic systems and the relative development of their control algorithm. It also evaluates the effect that the Digital Fabrication has on the production of such systems and how it modifies the prototyping and production phases. Lastly, it compares the different microcontrollers and microprocessors now available, aiming to evaluate their potentialities, assessing whether or not they represent a valid option for the prototyping and production of dynamic systems. The original contribution is composed of the prototyping and production of three dynamic systems. The projects span between different types of systems, ranging from the control of discrete elements in a kinetic structure to the shape variation of complex geometries based on the origami folds. The last project approaches dynamic systems from a manufacturing point of view, prototyping a reconfigurable template for the production of plastic panels. The projects are developed starting from the schematic design and presenting the intermediate steps that lead to the final concept. Particular emphasis is placed on the selection of the mechanical components of the system and the underlying control hardware, cross testing between different setups and configurations. The mechanical functioning is analyzed in its key aspects, often recurring to custom solutions appositively designed for the particular application. These solutions are validated by physical prototypes, used as input for new design iterations. Lastly, the software framework is broken down in its main logical components, with a particular emphasis on scalability and future development capabilities. In conclusion, the effects of these new technologies on the design process of dynamic systems are recognized, allowing a first prototyping platform which to build upon or serving as a reference for the design of custom control software.

Lo sviluppo tecnologico in ambito di produzione industriale e modellazione geometrica è sicuramente uno dei catalizzatori più potenti dell’architettura contemporanea. In particolare si è assistito come determinate soluzioni tecniche, quali i sistemi dinamici, abbiano subito un rapido sviluppo, passando dal campo speculativo delle università e dei laboratori di ricerca ad applicazioni in grande scala e di notevole impatto ingegneristico ed estetico. È quindi necessario valutare quanto i nuovi strumenti forniti dalla Digital Fabrication e dal Computational Design abbiano influito nello sviluppo dei sistemi dinamici. In particolare gli strumenti sviluppati per la gestione di geometrie complesse hanno raggiunto un livello di maturità tale da spesso soppiantare sistemi precedenti, con pacchetti software flessibili, ma allo stesso tempo altamente specializzati in determinati campi della modellazione. Qui si posiziona l’elaborato di tesi seguente, ricercando come gli strumenti attuali semplifichino la gestione di sistemi dinamici e il relativo sviluppo dei sistemi di controllo che li regolano. Si valuta inoltre l’effetto che la Digital Fabrication ha sulla produzione dei manufatti e di come questa possa essere impiegata nelle fasi di prototipazione e realizzazione dei sistemi presentati. Infine si valuta la prestazione dei microcontrollori e minicomputer disponibili sul mercato attuale al fine di valutare quali siano le reali potenzialità di questi strumenti e qualora rappresentino la soluzione corretta nelle fasi di prototipazione e produzione dei sistemi dinamici. Il contributo originale prodotto è costituito dalla progettazione e realizzazione di tre prototipi di sistemi dinamici. Questi indagano diverse tipologie di sistemi dinamici, variando dal controllo della posizione di elementi discreti all’interno di strutture cinetiche alla movimentazione di geometrie complesse basate sugli origami e infine alla produzione di pannelli personalizzati mediante stampo dinamico. Nell’esposizione dei vari progetti si fa riferimento al processo di ideazione e selezione della soluzione finale, evidenziando gli step critici nella definizione degli obiettivi. Si è prestata particolare attenzione nella scelta dei sistemi di movimentazione e all’hardware dei prototipi, eseguendo numerose prove incrociate tra i diversi sistemi proposti. La meccanica è stata anch’essa analizzata nei suoi aspetti principali, spesso ideando soluzioni ad hoc per il caso di studio e validando quest’ultime mediante la produzione di prototipi concreti impiegati come base per future iterazioni di design. Infine si espongono le logiche governanti il sistema di controllo, con una particolare enfasi sulla scalabilità e potenzialità dei framework generati. In conclusione vengono riconosciuti gli enormi meriti che queste tecnologie hanno nel definire il successo di un particolare sistema dinamico, e fornire una prima base prototipale sulla quale implementare successivamente nuove funzioni o servire da riferimento per la generazione di software e soluzioni ad hoc.