Směrem k biodigitální konvergenci

publikováno:
PROCESY STAVĚNÍ: Způsob by mohl být zásadně změněn díky inspiraci u živých systémů, které vytvářejí struktury daleko komplexnější a s větší informační kapacitou, než dokážou současné nejmodernější stavební technologie. PROCESY STAVĚNÍ: Způsob by mohl být zásadně změněn díky inspiraci u živých systémů, které vytvářejí struktury daleko komplexnější a s větší informační kapacitou, než dokážou současné nejmodernější stavební technologie.

V polovině 19. století vyvolal růst měst, podnícený průmyslovou revolucí, naléhavé společenské a environmentální problémy. Města reagovala nároky, jež vyžadovaly množství zdrojů, vybudování centralizovaných sítí pro zásobování vodou, energií a bezpečným jídlem. Sítě měly rovněž umožnit obchod, usnadnit dopravu a udržovat pořádek. Měly také poskytovat přístup ke zdravotní péči a energii. Tento stav v podstatě přetrvává dodnes. Stále mnoho účastníků plánování ve svých úvahách o sociálně-technických systémech používá zjednodušené modely, které redukují společenské interakce pouze na pravidla a regulativy. V souvislosti s novými výzvami je nutné se zaměřit na sledování jemných způsobů chování nejen mezi lidmi či mezi lidmi a prostředím, ale i mezi lidmi, „stroji“ a prostředím.

ZELENÉ MĚSTO: Celý proces plánování od predikce rozvoje či úpadku až po návrh konkrétních staveb je postaven na obyvatelích měst a na soudobé úrovni poznání.Potřebné algoritmické nástroje dovolují studovat i miliardy individuálních směn, během nichž si lidé vyměňují myšlenky, peníze, zboží a další digitální stopy, které zaznamenávají náš život podle toho, jak se ubírá. Nástroje jsou schopny predikovat konkrétní lokality i pozemky, kde má docházet k rozvoji, a v daných místech plánovat stavby, jež obyvatelé potřebují. Na této úrovni jsou následně do algoritmického modelu přidávána další data. Výsledkem je virtuální prostorový plán zástavby, který může být dostupný z webové aplikace. Jedná se o datový zdroj dávající možnost komukoli se interaktivně vyjadřovat k designu plánu. Neignoruje chování lidských entit a ze sbíraných dat umožňuje objevovat atraktivity částí měst. Celý proces plánování od predikce rozvoje či úpadku až po návrh konkrétních staveb je tedy postaven na obyvatelích měst a na soudobé úrovni poznání. Systémy postupně získávají inteligenci. Algoritmy umělé inteligence, autonomní a humanoidní robotika, syntetická biologie či klonování představují jen několik pojmů formujících charakter společnosti.

Způsob uvažování o interpretaci prostoru se mění a roste význam práce s technologiemi, které jsou schopny prostřednictvím algoritmů UI generovat jakýkoli digitálně plánovaný objekt a mají schopnost strojů rozeznávat vzory, obrázky, slova i zvuky, učit se, zpracovávat informace do podoby autoprogramování i komunikovat jako my lidé. Všechna zařízení, jež používáme ke komunikaci, nakonec zcela zmizí a v budoucnu budeme možná zadávat pokyny telepaticky. Trendem není názorový a výrazový kolektivismus, ale individualismus jak v rovině ideové a tematické, tak při plánování, výrobě a provádění. Máme příležitost se o sobě dozvědět mnohem více na to, abychom mohli generovat kvalitnější sídelní společensko-sociální systémy nebo procesy od integrované výroby přes robotické systémy až po biodigitální konvergenci.

INTEGROVANÁ VÝROBA

Roste zájem o procesy inovativního plánování a stavění prostřednictvím generativního modelování založeného na principech topologické optimalizace i algoritmů UI. Je možné programu sdělit, co je třeba dělat a jakou výzvu řešit, namísto vytváření cadovského výkresu. Algoritmus je zkrátka hnací silou ve všech fázích plánování celků i architektury: od prvotního nápadu po koncept přes design konstrukce, stavebních komponentů, jejich vývoj, testování, ověřování, plánování výroby až po vlastní realizaci. Virtuální model se stává čím dál důležitější a dostupnost tohoto modelu začíná být klíčovým faktorem úspěšnosti integrovaného procesu výroby.

URBANISMUS BUDOUCNOSTI: Kdyby naše budoucí domovy byly živé, zůstává otázkou, zda by náš tradiční slovník a jazyk stačil na to, aby vyjádřil nové  prostředí, které bude možná zpola vyrostlé a zpola vyrobené či zcela vyrostlé.Flexibilita uspořádání umožňuje výrazné časové úspory, neboť se dají simulovat nejen jednotlivé fáze stavby, ale také chování jednotlivých komponentů pro různé designy tvaru a materiálu. Změny parametrů komponentů se provádí v simulaci, což výrazně krátí, zlevňuje a zpřístupňuje celý proces, protože samotná fyzická fabrikace a zprovoznění se realizuje až v případě, kdy je simulacemi ověřeno, že stavební komponent má odpovídající vlastnosti v požadovaných souvislostech. Aby bylo možno digitálně propojit všechny zmiňované procesy, je třeba aplikovat pojem virtuální dvojče. Nejen architektům a operátorům, ale i nástrojům poskytují všechny potřebné informace pro automatickou fabrikaci.

Smíšeným řídicím a výkonným systémům pracujícím na těchto principech se obecně říká kyber-fyzikální systémy a jejich prostřednictvím mohou komponenty na míru plánované architektury komunikovat mezi sebou navzájem. Mohou si „říct“ o zrychlení či zpomalení parametrů stavebněvýrobního procesu fabrikace nebo signalizovat nutnost své opravy. Komponenty s vestavěnými řídicími a obslužnými zařízeními mohou například pomocí RFID čipů distribuovaným způsobem „sdělit“ strojům, čím a jak mají být technicky i designově opracovány, zda automaty, roboty nebo aditivní výrobou. V současnosti se stále jedná o týmovou spolupráci, v krátkém časovém horizontu ale dojde k tomu, že všechny tyto úlohy zvládne nejprve jeden člověk a následně roboti.

ROBOTICKÉ SYSTÉMY

Rostou požadavky na vývoj stavebních systémů citlivých vůči životnímu prostředí, a proto bude nutné držet krok s rychlým vývojem v oblasti plánování, výroby i provádění a vyvinout nové adaptabilní systémy. Budou představovat nové možnosti fabrikace, která se bude spoléhat na autonomní komponenty, nikoli na různé a současně složité stroje. Na principu modulárních robotů se vyvíjí systémy a jejich modifikace řízené algoritmy UI, které budou schopny variantně transformovat modulovou strukturu na více cílových struktur, jež mohou sloužit rozdílným funkcím.

Design struktury, sám o sobě, nemusí být vyloženě specifikovaný, pouze její požadovaná funkce, a proto algoritmus sestavování potřebuje současně ovládat nejen sekvence struktury, ale i sekvence její dekonstrukce. Robotika pracuje se samoreplikujícími moduly, které mění svůj vlastní tvar díky přeskupování spojů svých komponentů. Problém plánování spočívá v určení sekvence pohybů, jež mění počáteční sestavu na plánovanou sestavu.

 

„Aby byla naše budoucnost skutečně udržitelná, potřebujeme dynamické struktury, které dávají stejně jako berou. Musíme stavět s přírodou přírodně, ne proti ní.“

 

Procesy samosestavování a samoreplikace představují nevyhnutelnou revoluci, která stojí před naším fyzickým světem. Naléhá na plánování a provádění stavebních systémů, abychom přehodnotili své pracovní procesy, ohlédli se zpět na to, co jsme se naučili z dat a počítačů. Třeba z důvodu, že potřebujeme realizovat architektury přesnější, větší či menší a s nízkou spotřebou energie.

Důvodem je vzrůstající síla algoritmů UI, rozšířená dostupnost algoritmicky řízené výroby a rostoucí komplexnost našeho zastavěného prostředí. Procesy stavění mohou být zásadně změněny díky inspiraci u živých systémů, které vytvářejí struktury daleko komplexnější a s větší informační kapacitou, než dokážou současné nejmodernější stavební technologie. Z důvodu ohleduplnosti k životnímu prostředí by takové systémy měly být složeny z modulárních robotů z adaptabilních přírodních materiálů a s předem naprogramovanými vlastnostmi tak, aby vyhovovaly rozmanitým měnícím se požadavkům od obnovy infrastruktury přes stavby, městské celky, artefakty až po výzkum vesmíru.

BIODIGITÁLNÍ KONVERGENCE

Roste povědomí o procesech, kterými jsou emergence, samoorganizace, samosestavování a samoreplikace, jež jsou intenzivně zkoumány i průběžně zaváděny a mají dalekosáhlé etymologické důsledky na jazyk architektury, urbanismu, designu i umění. V té souvislosti živé dýchající struktury, stavby a celky nemusí být v budoucnu tak vzdálené, jak by se mohlo zdát. Aby byla naše budoucnost skutečně udržitelná, potřebujeme dynamické struktury, které dávají stejně jako berou. Musíme stavět s přírodou přírodně, ne proti ní. Člověkem i přírodou inspirované výtvory jsou uspořádány stále na „mechanických“ principech, rozlišují konstrukci, materiál, technologické vrstvy a nejsou adaptabilní, natož autonomní. Jedná se o zacyklený proces orientovaný do minulosti, která probíhá mimo pokrokové směry postavené na biodigálních procesech založených na konvergenci nelineárního „vidění světa“, v němž je vše propojeno.

ALGORITMUS ARCHITEKTURY: Co kdyby naše budoucí stavby  fungovaly jako symbiotické sítě?

Ano, příroda funguje na „živých“ principech, nerozlišuje konstrukci a materiál, je adaptabilní i autonomní. Je nutné přijmout, že i v naší profesi dlouhodobě dochází k hlubokým změnám, které vyžadují pochopení mimo hranice oboru. Co kdyby naše budoucí stavby fungovaly jako symbiotické sítě? Co kdyby naše budoucí domovy byly živé? Otázkou zůstává, zda náš tradiční slovník a jazyk bude stačit na to, aby vyjádřil nové prostředí, které bude možná zpola vyrostlé a zpola vyrobené či zcela vyrostlé.

 

„Nyní vstupujeme do éry biologické revoluce, v níž se učíme číst a přepisovat kód života.“

 

Biodigitál jde dále než přístupy inspirované biologií. Týká se začlenění živých organismů jako základní složky systému, která mění hranice přirozeného a zastavěného prostředí, a proto vykazuje poptávku po datech živých systémů jaké představují lidé, živočichové, rostliny, houby a bakterie. Nástroj CRISPR s algoritmy UI přispívá k pochopení genetické exprese, jež se používá k modifikaci DNA existujících organismů za účelem vzniku částečných či zcela nových syntetických živých organismů. Manipulace generují hybridní formy života takovým způsobem, že by mohly proměnit způsob, jakým žijeme a jak se projevujeme jako druh. Již více než polovinu století prožíváme ve věku mikročipů, počítačů, internetu a algoritmů UI. Nyní vstupujeme do éry biologické revoluce, v níž se učíme číst a přepisovat kód života. Nabyté vědomosti mohou zásadně proměnit nejen náš život, ale i zefektivnit nástroje a procesy pro plánování směrem k cirkulárnímu fungování Země.

Fotografie byly vybrány redakcí.

Autor:

Doc. Ing. arch. Miloš Florián, Ph.D., zastává názor, že algoritmus je hnací silou ve všech etapách plánování architektury, urbanismu a umění. Jde o algoritmy umělé inteligence s novými formami interaktivity, jež souvisí s virtualizací a technikami analýzy velkých dat, počítačové simulace, pokročilých materiálů, systémů a struktur, 3D/4D tisku, robotických systémů, syntetické biologie a kódování lidských schopností.

Založil a vede ateliér FLO | W na Fakultě architektury ČVUT. Výstupy členů ateliéru získaly mnohá ocenění a jsou prezentovány nejen prostřednictvím posterů, videí, virtuální reality, dizertačních prací a modelů na principu e-manufacturingu, ale i formou výstav, sympozií a workshopů s předními zahraničními ateliéry a univerzitami.