Felix Amtsberg, investigador de la Universidad de Stuttgart, en colaboración con un equipo proveniente del MIT y de la Universidad de Aquisgrán, ha descubierto un nuevo uso para algo que hasta ayer era un desecho en la elaboración de la madera, es decir, las horquillas de los árboles. La investigación de Amtsberg y sus compañeros demuestra que estas bifurcaciones de ramas puedan ser utilizadas como elementos de conjunción en las estructuras, reduciendo el impacto medioambiental.
Las ramificaciones de los árboles se han considerado siempre un material de desecho, un residuo inutilizable, al alterar la forma longilínea y regular del tronco. Para darles valor ha hecho falta una investigación puesta en marcha por Felix Amtsberg, investigador de la Universidad de Stuttgart, junto con Yijiang Huang, Daniel J.M. Marshall y Caitlin Mueller, del Massachusetts Institute of Technology, y Kevin Moreno Gata, Técnico de Estructuras y Diseño Estructural de la Universidad de Aquisgrán. El equipo se concentró en las posibilidades que podía ofrecer esta parte tan irregular que presenta una configuración única y una resistencia estructural inigualable.
Las juntas que se emplean en las construcciones suelen estar realizadas con materias primas, como el metal, cuya extracción tiene un tremendo impacto ecológico. La investigación en cuestión propone por ello un cambio de dirección, concretando la posibilidad de utilizar en lugar de los metales, menos sostenibles, un elemento natural y cuya disponibilidad es copiosa: las bifurcaciones de los árboles. Sobre todo teniendo en cuenta que se talan miles y miles de ellos. Y hay que admitir que se ha explorado muy poco para encontrar un uso a las ramificaciones, a pesar de que es algo que aplicado a gran escala podría generar un impacto de lo más positivo.
Caitlin Mueller, profesora asociada en el Building Technology programme del MIT y directora del grupo de investigación sobre estructuras digitales, describe las ramificaciones de los árboles como: “conexiones estructurales diseñadas de forma natural que funcionan como vigas en los árboles, lo que significa que tienen la capacidad de transferir la fuerza de forma muy eficiente gracias a su estructura de fibras internas”. Continúa Mueller: “Si tomamos una horquilla de árbol y la cortamos por la mitad, lo que vemos es una increíble red de fibras que se entrelazan para crear estos puntos, a menudo tridimensionales, de transferencia de carga en un árbol. Estamos empezando a hacer lo mismo con la impresión en 3D, pero nada que ver con lo que hace la naturaleza en cuanto a la orientación y geometría de las fibras.”
El equipo de investigación ha desarrollado un proceso de trabajo en cinco fases que van desde el proyecto a la fabricación, combinando las estructuras naturales con los instrumentos digitales e informáticos que ahora se usan habitualmente en proyectación arquitectónica. El uso de instrumentos de cálculo derivados de aprendizaje automático y diseño generativo, permite optimizar la detección de la bifurcación que tenga la forma más adecuada para responder a las necesidades de proyecto, utilizándola con el menor número de cortes posible.
El primer paso es definir las necesidades de proyecto y catalogar las bifurcaciones disponibles en una librería digital. Esto se realiza mediante un escaneado en 3D, que se puede llevar a cabo incluso con una aplicación en el móvil.
En el segundo paso se busca una afinidad entre la librería digital y las formas de una determinada estructura que se vaya a realizar. Un proceso que realiza el software automáticamente.
El tercer paso sirve para ajustar mediante un algoritmo las combinaciones encontradas, y modificar en caso necesario el proyecto y la estructura. Resumiendo, el software volverá a optimizar la disposición de las bifurcaciones en la estructura.
Una vez completada la fase de diseño el cuarto paso es el corte de las horquillas, reduciéndolo al mínimo indispensable, con el fin de eliminar la corteza y adaptar la junta a la estructura artificial. También esta fase está gestionada por un algoritmo que genera las instrucciones de corte, que a continuación lleva a cabo un robot del Autodesk Technology Center de Boston.
Para terminar, la quinta fase es la única que no incluye el soporte de tecnologías avanzadas, y es de hecho el montaje de la estructura manualmente.
Ahora toca pasar de la investigación a la implementación en el mundo real. Como recuerda Mueller, se trata de un enfoque que: “al menos potencialmente se puede expandir y realizar en nuestros sistemas de procesamiento de materiales industrializados”.
Francesco Cibati
Photo by Felix Amstberg
Research credits: Felix Amtsberg, Yijiang Huang, Daniel J.M. Marshall, Kevin Moreno Gata, Caitlin Mueller
Original research paper: https://thinkshell.fr/wp-content/uploads/2019/10/AAG2020_25_Amtsberg.pdf
