monografia - Stefano Mega

Transcrição

Integração de Dispositivos
Robotizados na Representação
em Arquitetura e no Design
STEFANO MEGA
Orientador:
PROFESSOR DOUTOR ARTHUR HUNOLD LARA
STEFANO MEGA
Trabalho Final de Graduação apresentado à Faculdade de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo
Orientador:
PROFESSOR DOUTOR ARTHUR HUNOLD LARA
INTEGRAÇÃO DE DISPOSITIVOS ROBOTIZADOS NA
REPRESENTAÇÃO EM AQUITETURA E NO DESIGN
São Paulo, junho de 2013
Agradecimentos
Atribuo o sucesso deste trabalho:
Aos meus pais que sempre me apoiaram incondicionalmente, mesmo em momentos onde
meu comportamento deu a entender que eu não seguiria em frente, que a rua não tinha saída.
Ao Prof. Arthur Lara que acreditou que, mesmo sem que eu tivesse conhecimentos técnicos
profundos sobre eletrônica ou robótica, eu seria capaz realizar um trabalho que abrange áreas
tão numerosas e diversas do conhecimento. Sinto-me realizado por ter conseguido inventar e
construir robôs que, há um ano, não me julgaria capaz. Saio dessa experiência me sentindo
mais apto a lidar com o mundo.
A Leandro Yanase. Apesar de nunca termos nos encontrado pessoalmente, suas experiências
prévias com robôs em seu trabalho de doutorado, abriu portas para o conhecimento que –
através do Prof. Arthur Lara – embasou o tema deste projeto de TFG.
Aos membros da banca – Profª Claudia Terezinha de Andrade Oliveira e Prof. João Carlos de
Oliveira Cezar – que, mesmo convidados sem a antecedência necessária, se dispuseram a fazer
parte da equipe avaliadora.
Às pessoas do Laboratório de Garagem e principalmente ao coordenador de projetos Maurício
Ortega. A ajuda técnica e cortesia – além dos preços honestos – oferecida pela equipe da
empresa foi crucial para que eu, um iniciante no vasto universo da eletrônica, vencesse etapas
espinhosas do trabalho.
A José Pedro Lopes da Silva que, com seu trabalho incansável, me ajudou a anular
preocupações limitantes, viabilizou meu retorno à universidade e não desistiu de dar
empurrões estratégicos nos momentos de maior dúvida.
Aos meus três gatos, Mari, Duchamp e Sofia pelo apoio moral – ainda que não proposital – e
companheirismo irrestrito em todas as incontáveis horas trabalhadas – que seriam de total
solidão, caso não estivessem presentes.
Índice
INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 1
Tema ....................................................................................................................................... 2
Contextualização ..................................................................................................................... 2
Problema ................................................................................................................................. 6
Objetivos ................................................................................................................................. 7
Metodologia ............................................................................................................................ 8
Estrutura do trabalho .............................................................................................................. 9
TEORIA ................................................................................................................ 10
Usos de Robôs na Arquitetura, no Design e na Arte ............................................................. 14
Grupos de estudo ............................................................................................................... 14
Exemplos de experimentos relevantes ................................................................................ 15
PRÁTICA .............................................................................................................. 17
Desenvolvimento da página eletrônica ................................................................................. 18
Atividades derivadas da aula AUT5834 ................................................................................. 23
Demonstração técnica na disciplina AUT2501 ...................................................................... 28
Dispositivos: base tecnológica............................................................................................... 30
Documentação do desenvolvimento dos dispositivos .......................................................... 31
Dispositivo 01: proposta, registro, evolução e resultados.................................................... 31
Dispositivo 02: proposta, registro, evolução e resultados.................................................... 35
CONCLUSÕES ....................................................................................................... 37
Análise crítica da tecnologia .................................................................................................. 38
Observações finais ................................................................................................................ 47
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 48
Referências bibliográficas, sitográficas e iconográficas ......................................................... 48
Introdução
FAUUSP TFG Jun.2013 | 1
Tema
Este trabalho de conclusão de curso focou-se na investigação dos potenciais da Fabricação
Digital (FD), com ênfase em aplicativos e hardware livres que, aliados a soluções disponíveis no
mercado especializado de eletrônicos e à comunicação em rede, oferecem soluções para a
produção acessível de protótipos.
Dentre todas as técnicas de FD disponíveis que estão prestes a revolucionar as relações entre
indústria e consumo (THE 3D, 2012) – com suas possibilidades de armazenamento e transporte
virtual de objetos, produção e customização no ato da compra e manufatura pessoal –
propusemos-nos a estudar a tecnologia cuja compreensão é atualmente limitada, por conta de
sua adoção recente: os braços robóticos, tradicionalmente associados à linha de montagem
industrial e empregados na execução de movimentos complexos e precisos, mas repetitivos.
Contextualização
O tema da pesquisa nasceu do diálogo entre o interesse incipiente do orientando em
Prototipagem Rápida (PR) – um ramo específico da FD – por deposição em camadas e a
pesquisa do orientador, que trata de tecnologias de vanguarda e deslocou o tema para um
com urgência de ser estudado.
A impressão 3D é um tema recorrente na mídia atual e por isso vale a pena mencionar que o
interesse original do orientando o levou a ter contato com o trabalho de TFG de Pedro
Guglielmo, – Representações de Projeto (GUGLIELMO, 2011) –, principalmente porque esse
trabalho incluiu a criação de uma impressora 3D, que seria usada para conduzir experimentos
com a intenção de explorar as possibilidades criativas do uso da técnica de fabricação aditiva
por camadas de plástico fundido.
O produto legítimo da relação entre programas de computer-aided design and drafting (CADD)
e impressão 3D é um objeto impresso que não existe apenas como um substituto de maquetes
que podem ser feitas manualmente, dando à técnica a função de idealizar e materializar
formas complexas – geradas através de modelagem com parâmetros em aplicativos
específicos como, por exemplo, o CATIA, e o Grasshopper (DAVIDSON, 2012), (um plugin de
modelagem paramétrica de uso livre e de código aberto, para o aplicativo Rhinoceros) – em 3D
logo nas etapas iniciais de projeto, ao contrário do sistema tradicional que materializa os
conceitos em 3D na etapa final em maquetes físicas artesanais.
As imagens a seguir demonstram as diversas aplicações da impressão 3D, por deposição de
plástico fundido:
Fig. 1: Imagem dos produtos gerados com o aplicativo
para customização de capas de iPhone feito pela
MakerBot. Disponíveis para fabricação na página da
comunidade Thingiverse (MAKERBOT, Customizeable
iPhone Case, 2013)
Fig. 2, 3 e 4: Trama multifuncional (aplicada à uma bolsa de festa) composta por segmentos de plástico, também
disponível para impressão na página do Thingiverse. (HULTGREN, 2012)
Fig. 5: Molde de plástico, feito com o script paramétrico para OpenSCAD (WEBB, 2012), que transforma objetos
salvos no formato STL em moldes para impressão 3D, para injeção de peças que podem ser feitas em outros
materiais alternativos ao plástico.
Fig. 6 (acima) e 7: Vestidos do designer Iris Van Harpen no Paris Fashion Week 2013, desenvolvidos junto ao MIT
Media Lab, executados com impressão 3D. (OKUN, 2013).
Um tipo de comércio híbrido, dotado de uma fábrica digital, poderá surgir com a adaptação à
crescente oferta de equipamentos e custos de produções cada vez menores, inversamente
proporcionais ao aumento da qualidade e velocidade. Esse comércio-fábrica pode ao mesmo
tempo oferecer produtos customizados e produzidos segundo o desejo de um cliente e no
próprio local e eliminar os custos embutidos com transporte ou com uma cadeia produtiva
pulverizada, caso o produto fosse fabricado num local remoto.
Segundo Volpato (2007) uma das técnicas mais importantes de PR surgiu primeiro sistema
comercial surgiu no fim da década de 80 - a estereolitografia, um processo aditivo que usa um
laser ultravioleta para curar um fotopolímero líquido em camadas sucessivas – e desde o início
esteve intimamente ligada à automatização computadorizada de seus movimentos e aos
programas CAD. Apesar de os materiais empregados não serem resistentes para a produção de
protótipos fiéis, hoje já existem máquinas capazes de produzir modelos razoavelmente
precisos que dispensaram o uso de ferramentas ou fôrmas para serem construídos. São
modelos que fornecem uma forma de visualização que contribui para acelerar a
implementação de mudanças positivas nos ciclos iniciais de um projeto, principalmente
quando a tomada de decisões envolve interpretar formas complexas. Essa nova ferramenta
estende a capacidade de conceber e manipular essas formas e sua agilidade confere novas
possibilidades para o ensino com significativas mudanças na metodologia de projeto.
Problema
A definição do problema ampara-se na potencial relevância da tecnologia para a FD, aliada à
escassez de estudos explorando-a. Os impactos de seu uso na arquitetura e no design
merecem ser estudados com cuidado.
Outra pergunta importante é: o que levou um grupo de arquitetos e designers a tirar os robôs
industriais de seu contexto original e empregá-los em seus escritórios e estúdios?
Ao nos enveredarmos pelo tema, também nos deparamos com equipamentos de custo
elevado, voltados para uso exclusivo em produções de larga escala; e aplicativos também
inespecíficos, voltados para o uso de produção em série, como apontado por Brawman e
Cokcan:
“One problem arises as soon as (parametric) freeform designs
are to be materialized: architects do not have appropriate
software to control the very end of the overall design process:
fabrication. Leading CAAD developers have so far not provided
adequate solutions for directly linking different types of
machines to CAD systems. The building industry involved in
freeform architecture has overcome this deficit by developing
their own “in-house” custom-made
(BRAWMANN, 2011, p.239)
software
tools.”
A preocupação foi desenvolver um modelo que pudesse ser reconstruído com o mínimo custo,
para que pudesse ser construído por outros, explorado sob outros ângulos, fornecer uma
alternativa de design aberto para estimular seu uso no ensino e em escritórios.
Por último, além de construir dispositivos, havia a necessidade de testar a tecnologia para
avaliá-la criticamente. Logo a última parte da problematização foi desenhar um experimento
que nos permitisse estudar a técnica e avaliar suas implicações para a arquitetura e o design.
Objetivos
Respondendo aos problemas propostos e ajustando-o para uma escala compatível ao escopo
de tempo, custo e conhecimento do TFG, o objetivo prático que se pretendeu alcançar neste
trabalho foi produzir protótipos de dispositivos eletrônicos que satisfizessem as questões
propostas no Problema e para que fornecessem dados que pudessem ser estudados. Isso
significou produzir um robô capaz de criar de modelos rápidos para arquitetura e design.
Outro objetivo pré-determinado desde o principio do trabalho foi documentar os
experimentos, para tornar a experiência reprodutível e extensível. Para este fim, foi criado um
site (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2012) que auxilia na organização e facilita o
acesso aos dados compilados. Inclui três sessões principais: teoria – que inclui uma cópia dos
documentos entregues à disciplina e apresentações feitas até o momento, além de uma
bibliografia com alguns itens acessíveis em rede – prática – que lista aspectos da construção
dos dispositivos como o registro de desenvolvimento e o registro de custos – e estruturação –
que engloba um registro cronológico de atividades realizadas durante o desenvolvimento do
TFG, uma lista de tarefas a serem realizadas e itens que não servem em outras categorias.
Todas as formas de registro mencionadas estão descritas em maior detalhe na Síntese do
TFG1.
Ao final do experimento desenvolveu-se uma análise crítica sobre a experiência. Como não foi
possível amadurecer o design de nenhum dos dispositivos dentro do tempo disponível, foi
feita uma análise de obras realizadas com braços robóticos, segundo os princípios de
legitimidade de emprego da técnica.
Fig. 8: Capacete da Gambiologia
(Capacete_gambiologia.jpg, 2009)
Além da preocupação com o design aberto, uma comparação
interessante que ilustra parte dos objetivos da pesquisa é a
comparação das nossas soluções de projeto com o movimento
gambiologista, cujo nome alude ao neologismo gambiarra,
mas cujo significado real é bem menos pejorativo: diz respeito
a encontrar soluções criativas frente às limitações, como por
exemplo a escassez de recursos (inclusive financeiro) através
do reaproveitamento de componentes a partir do lixo
eletrônico ou da aquisição de peças do comércio de
componentes usados. Está associado também com a cultura
hacker – no sentido de explorar os limites do design – e do faça
você mesmo.
Abaixo, uma citação de Marcus Bastos encontrada na página do Coletivo Gambiologista, ilustra
com mais clareza o conceito:
“Gambiologia é um trabalho de construção de eletrônicos com sotaque
antropofágico. Por meio de aparelhos reciclados, traz um novo
significado para o contexto tecnológico, ao assumir uma postura de
recontextualização criativa de materiais normalmente entendidos
como refugo. A elaboração de artefatos de maneira improvisada
retrata a espontaneidade do cotidiano das metrópoles e propõe uma
reflexão sobre a perecibilidade, deteorabilidade e reinvenção da
tecnologia, em um contexto em que o excesso de objetos fora de uso
acumulados sobre a superfície do globo é uma questão crucial.”
(COLETIVO GAMBIOLOGIA, 2013)
Metodologia
A estratégia básica empregada para atingir os Objetivos descritos, dependeu da seleção
criteriosa das leituras propostas no início do primeiro semestre, já que não houve tempo de ler
tudo.
Por causa da ênfase prática do trabalho, a bibliografia técnica – formalizada na proposta do
TFG1 (Por exemplo, Saraiva (2008)) ou em um dos muitos recursos da rede consultados. – foi
priorizada, além de cursos e atividades frequentados, além do contato com pessoas com maior
experiência no assunto, e, graças a isso os subsídios teóricos básicos necessários foram
conseguidos para a execução dos experimentos práticos. Em segundo plano ficou a literatura
que relaciona considerações e estudos feitos por autores que já exploraram diretamente esse
tipo de ferramenta com o processo criativo da arquitetura e do design técnica de consulta e o
material constituidor dos alicerces teóricos da proposta. Infelizmente também precisou fazer
parte da estratégia metodológica eliminar alguns títulos interessantes.
Estrutura do Trabalho
A monografia está dividida em quatro partes, além da Introdução: Teoria, Prática e
Conclusões e Referências.
A sessão Teoria, divide-se em dois sub-tópicos principais: Fabricação Digital e Prototipagem
Rápida – onde alguns dos tópicos tratados na Introdução recebem um tratamento teórico
mais aprofundado – e Usos de Robôs na Arquitetura, no Design e na Arte, onde estão
documentados exemplos de uso de equipamentos semelhantes aos desenvolvidos neste
trabalho e os grupos de estudos na vanguarda dos estudos teóricos mais importantes desse
campo.
Em Prática, estão detalhados os aspectos mais importantes do desenvolvimento dos
dispositivos, da página eletrônica desenvolvida para documentar a pesquisa, das tecnologias
relevantes diversas que direta ou indiretamente figuraram no desenvolvimento do trabalho e
de atividades desenvolvidas em aulas ministradas pelo Professor orientador das quais o
orientando participou como ouvinte.
Na terceira parte – a Conclusão –, conclui-se a monografia com duas análises críticas de obras
de arquitetura que empregaram robôs em sua construção, já que não foi possível concluir os
dispositivos em tempo de testá-los e produzir um parecer crítico direto.
Referências é a última parte. Trata-se de uma lista com todas as obras, recursos e serviços
usados como referências para o trabalho, formatados segundo a norma ABNT.
Boa parte dos dados foram adaptados para poderem ser comportados por uma mídia estática.
Para compreender melhor a experiência deste TFG, aconselha-se visitar a página eletrônica
(MEGA, Site com a documentação do TFG, 2012).
Teoria
É um fenômeno recente que, para desenhar soluções para seus próprios problemas, as
pessoas possam recorrer a máquinas aditivas de extrusão de plástico que, se comparadas com
outras tecnologias de FD de design aberto – que também têm versões abertas disponíveis na
rede, como é o caso da cortadora laser da buildlog.net (BUILDLOG, 2011), ou a router Kikori
(SHER, 2011), atualmente em fase de desenvolvimento – PR aditiva não é a que oferece maior
flexibilidade em relação a materiais, nem é a que oferece o melhor acabamento mas é a que
menos exige conhecimento técnico para utilizar por exigir pouco planejamento do caminho da
ferramenta já que, por mais que um objeto seja complexo, entalhes, reentrâncias, finas arestas
e protuberâncias são construídos em camadas. Em máquinas-ferramentas fresadoras e
routers, por exemplo, existe atrito entre ferramenta e material e o planejamento cuidadoso do
caminho da ferramenta pré-fabricação é necessária porque que a ferramenta pode destruir a
peça quando muda de ciclo se nem todos os volumes tiverem sido contabilizados. A tendência
de aumento da qualidade e velocidade de impressão veremos a fronteira entre PR e FD ficar
cada vez mais esmaecida.
O problema é que, mesmo sendo mais simples do que outras tecnologias FD, se tomarmos
como parâmetro o público em geral essas máquinas ainda são razoavelmente complexas e a
documentação muito pouco amigável. Estão, portanto, estão fora do alcance de muitas
pessoas sem acesso a equipamentos para fabricar as peças básicas e sem o conhecimento
técnico necessário para escolher e comprar todas as partes necessárias. Preenchendo este
vazio, surgem empresas como a Makerbot (MAKERBOT, [s.d.]) que ramificaram sua linha de
produtos a partir de uma versão inicial da RepRap. Oferecendo um serviço de suporte mais
cuidadoso e vendem kits desmontados completos ou mesmo impressoras montadas.
Paralelamente a empresa sustenta outra iniciativa: o Thingiverse (THINGIVERSE, [s.d.]), que é
uma comunidade destinada a ser um repositório virtual de objetos fabricáveis – não só na
Makerbot, mas em qualquer outro equipamento de FD – para profissionais, estudantes e
empresas que acreditam no design aberto.
Uma iniciativa parecida, mas nacional de uma comunidade para compartilhamento de
soluções desenhadas por outros usuários, construída em torno da PR é o portal Imprima 3D.
Com a diferença que, ao invés de pertencerem à um fabricante de impressoras, têm uma
parceria com uma: empresa Robtec, que comercializa dois modelos de impressoras pequenas
– a Cube e a CubeX – que têm aparência e interface simplificada e são, portanto, mais
acessíveis à um número maior de usuários. Outra diferença em relação ao portal americano é
que a Imprima 3D oferece também um serviço de impressão para pessoas que não possuem o
equipamento, que ainda é incomum no Brasil. Um objeto no formato STL é enviado para o
portal e o usuário só precisa escolher as especificações do material para receber um
orçamento.
Um tipo de comércio híbrido, dotado de uma fábrica digital, poderá surgir com a adaptação à
crescente oferta de equipamentos e custos de produções cada vez menores, inversamente
proporcionais ao aumento da qualidade e velocidade. Esse comércio-fábrica pode ao mesmo
tempo oferecer produtos customizados e produzidos segundo o desejo de um cliente e no
próprio local e eliminar os custos embutidos com transporte ou com uma cadeia produtiva
pulverizada, caso o produto fosse fabricado num local remoto.
No mundo globalizado, imprimir suas próprias soluções localmente quando houver demanda
reduz parte da atual cadeia produtiva pulverizada onde há redução de custos e principalmente
no encurtamento do ciclo de vida dos produtos e dos custos (matéria prima, transporte e
distribuição).
As técnicas de FD evoluíram quando o mercado de setores antes considerados estratégicos
para os Estados, blindados sob o pretexto de proteger a indústria nacional, abriram-se – como
a produção de moldes e equipamentos de precisão, importantes para a indústria bélica, por
exemplo – beneficiando também outras áreas do conhecimento. Na área médica, já existem
equipamentos capazes de imprimir dentes, ossos e articulações artificiais que substituem
tecido original (WASHINGTON, 2011). Usar uma impressora de extrusão comum também pode
ser útil para o planejamento médico em simulações de cirurgias ortopédicas. Para isso, são
criados protótipos dos ossos a serem operados a partir de imagens capturadas por tomografia
computadorizada (FRAME, 2011). Também já é possível imprimir um tecido cartilaginoso
híbrido (IOP NEWS, 2012) composto inicialmente por material artificial estruturante poroso e
algumas células vivas, que com o tempo se multiplicam e preenchem os poros com cartilagem.
No contexto específico da arquitetura – e das universidades que formam esses profissionais –,
a FD cria as condições necessárias para a reaproximação do arquiteto com o fazer, permitindo
a fabricação de objetos e peças construtivas, principalmente nos casos de formas criadas
parametricamente, complexas demais para ser executada manualmente. Na participação no
processo criativo de arquitetos e designers, o potencial da FD não deve se limitar apenas a ser
um criador de substitutos de maquetes que podem ser feitas manualmente. Quando a forma
for demasiadamente intricada para ser compreendida no plano do monitor, a técnica pode ser
usada também para idealizar, materializar formas em 3D logo nas etapas iniciais de projeto,
contribuindo com o potencial de estender a capacidade de conceber e manipular formas
complexas e sua agilidade confere novas possibilidades para o ensino com significativas
mudanças na metodologia de projeto.
Em 2011, um escritório norueguês de arquitetura adquiriu um braço robótico industrial para
transformar troncos de madeira em espaços (SNOHETTA, 2011). Foi uma das primeiras vezes
que um equipamento industrial, usado para executar movimentos repetitivos em linhas de
produção, foi tirado de seu contexto habitual para se comportar como uma ferramenta de
extremamente versátil de customização.
Johnannes Braumann (BRAUMANN, 2011) salienta a importância de formar profissionais que,
para além de saberem usar o computador como ferramenta potencializadora da criatividade,
tenham também conhecimento sobre os métodos que serão empregados na fabricação de
seus designs complexos. O autor aponta que os braços robóticos como solucionadores do
problema da fabricação de formas complexas paramétricas, desde que aliados ao ensino
adequado, mas apontam que os softwares disponíveis para controlá-los fora do contexto
industrial ainda estão na sua infância e, portanto, são demasiadamente complexos para serem
acessíveis aos profissionais e estudantes no geral e são difíceis de compatibilizar com os
formatos de arquivos geralmente utilizados nos softwares mais comuns da arquitetura e do
design.
Outra autora que antevia o uso dos braços já em 2009 – Anita Aigner (AIGNER, 2009) – alerta
para o fato de que a lógica pictórica das formas de representação digital tende a esconder
aspectos importantes da fabricação e exequibilidade de estruturas que, acabam deixando para
uma fase mais tardia do projeto acrescentando custo, aumentando o desperdício e, se
acompanhado de um desconhecimento da ferramenta de fabricação, levando a sofríveis
resultados visuais de continuação das superfícies. Aigner cita ainda como vantagens do uso dos
robôs como ferramenta de fabricação:




Por causa da flexibilidade espacial, os robôs conseguem desbastar o material
trabalhado em qualquer ângulo.
A área de trabalho não é cúbica, ao contrário de fresadoras e routers, que trabalham
com eixos ortogonais. Objetos muito grandes diminuem essa flexibilidade.
O robô é capaz de saber exatamente onde ele está em relação ao modelo, permitindo
que ciclos de refinamento de uma superfície possam ser executados fora de
sequência.
Pode ser usado para executar diversos tipos de tarefa.
Como exemplos ilustradores deste último item, podemos citar as capacidades motoras:
manipular, empilhar, encaixar objetos complexos com precisão; e a capacidade de empregar
diversos tipos de ferramentas: de remoção, como por exemplo, fresas e brocas; de adição,
exemplificadas por pistolas de tinta e extrusores de plástico; e conformação, como pinos para
deformação de chapas metálicas (ROBOTS IN, 2012); além de ferramentas para dobragem de
vergalhões (MCDOWELL, 2012) e ventosas para conformar chapas metálicas (EPPS, 2012).
Uso de Robôs na Arquitetura, no Design e na Arte
Durante a busca pela compreensão das implicações do uso de robôs na arquitetura e no
design, nos deparamos com exemplos relevantes que contribuíram para o entendimento da
tecnologia.
Grupos de Estudo
Durante a pesquisa, dobre o uso de braços robóticos no design e na arquitetura, dois núcleos
de estudo importantes se sobressaíram por estarem desenvolvendo experimentos, softwares
que compatibilizem o equipamento com usos não industriais. São eles:
Fundado em 2010 pelos arquitetos Sigrid Brell-Cokcan e Johannes Braumann, o grupo
Association for Robots in Architecture (ROBOTS IN ARCHITECTURE, [s.d.]) nasceu como um
braço da Universidade de Tecnologia de Viena. O grupo é responsável por desenvolver um
plugin para Grasshoper, o KUKA|Prc que permite o controle paramétrico de braços industriais
KUKA (KUKA, [s.d.]).
Além disso, estão engajados em várias frentes de pesquisa, com publicações técnicas sobre
fresagem com braços industriais, controle de robôs e fabricação de superfícies de forma livre;
e desenvolvem experimentos que podem ser vistos na página, onde inventam diversos tipos
de ferramentas para ser usadas pelos robôs. Algumas de extrema utilidade e outras com
caráter quase performático.
Fig. 9: Exemplos de ferramentas para robôs, empregadas nos experimentos do grupo. [REFERENCIA]
Outro grupo que está na vanguarda da pesquisa com robôs é a dupla de arquitetos Fabio
Gramazio e Matthias Kohler. (GRAMAZIO & KHOLER, [s.d.]), ligados ao instituto de tecnologia
em arquitetura da faculdade de arquitetura de Zurich. Definem sua linha de pesquisa:
“Our research focuses on additive digital fabrication techniques used to
build non-standardized architectural components. Simply put, additive
fabrication can be described as a three-dimensional printing process.
By positioning material precisely where it is required, we are able to
interweave functional and aesthetic qualities into a structure. We can
thus “inform” architecture through to the level of material. Our aim is
to develop criteria for a new system of structural logic which can be
applied to architecture and that is intrinsic to digital fabrication. We
started with modules such as bricks as a basic material and are now
expanding the spectrum to include fluid materials.” (GRAMAZIO &
KHOLER, [s.d.])
Exemplos de Experimentos Relevantes
Fig. 10: Paul, o robô, gerando uma imagem.
O robô Paul (TRESSET, 2011) é o último de uma
série de robôs desenvolvidos pelo artista
francês Patrick Tresset. Paul é composto por
câmera, um braço robótico com articulações
que se deslocam paralelamente a uma mesa e
uma unidade de processamento. Através da
leitura da câmera, interpretada por um
algoritmo, o robô é capaz de produzir desenhos
com um grau de graciosidade e irregularidade
tal, que mimetizam obras feitas por pessoas.
Fig. 11: Arcos feitos com blocos de poliuretano customizados em massa.
A imagem acima é de um experimento com blocos de poliestireno arquitetado pela dupla
Gramazio e Kohler (GRAMAZIO, Instalação de módulos de poliestireno, 2010). Um braço
robótico equipado com uma ferramenta de fio quente customizou os tijolos a partir de um
design generativo paramétrico. A montagem dos arcos foi feita manualmente.
Fig. 12: Espaço de formas livres, criado com fresagem em blocos.
A imagem acima foi extraída de um artigo originário da universidade de tecnologia de Viena
(COKCAN, 2010). Demonstra as etapas de fabricação arquitetônica em módulos, de um espaço
de superfícies de forma livre. No primeiro quadro o robô executa o desbaste grosseiro; no
segundo, nivela as superfícies onde for desejado. Nos últimos dois quadros, é possível ver que
em alguns lugares a aparência da fase de desbaste grosseiro foi mantida.
Fig. 13: Robô
experimental,
desenvolvido pela
universidade de
Pittsburg, (WOMAN
WITH, 2012) demonstra o
potencial da técnica
também para o universo
médico, como próteses
que garantem a
mobilidade de pessoas
que do contrário seriam
totalmente dependentes
de outros.
Com a evolução do conhecimento sobre interfaces mente máquina e com intervenções cada
vez menos invasivas para estabelecê-la, os braços robóticos começam a devolver a dignidade
para pacientes com deficiências de mobilidade mais sérias, como a quadriplegia de Jan
Scheuermann.
Prática
Foi necessário incluir no grupo de objetos a serem estudados as tecnologias e conhecimentos
correlatos que necessariamente integram o universo dos processos do funcionamento do
dispositivo, ou seja, os materiais e tecnologias de FD empregados na construção das estruturas
ou mecanismos dos dispositivos, ou materiais para serem manipulados pelo próprio
dispositivo – e todas as tecnologias eletrônicas necessárias para o controle eletroeletrônico.
Essa ponte da transmissão de dados entre usuário e robô é listada e inter-relacionada na
cadeia abaixo:
A transmissão entre a intenção do usuário e o dispositivo robótico se dá a partir de uma
interface. No primeiro estágio de desenvolvimento da pesquisa, por exemplo, o dispositivo foi
controlado por uma interface mecânica composta por potenciômetros diretamente ligados à
placa controladora (1), mas outros tipos de transmissão de dados – que farão parte da próxima
iteração de estudos – serão implementadas, por exemplo, em (2), onde o usuário interage
diretamente com o computador e o aplicativo ou através de uma interface intermediada por
um periférico externo ao computador.
Como exemplos de periféricos é possível citar o Kinect (KINECT, 2012) – um equipamento para
o vídeo-game XBOX que é uma alternativa acessível para explorar olhar computacional, com
uma câmera infravermelha e sensores de movimento, além de uma câmera comum –
associado ao Processing – um pacote que inclui linguagem, IDE (Integrated Development
Environment) e bibliotecas diversas, permitindo explorar os recursos do Kinect criativamente e
com relativa facilidade – e o Makey Makey (MAKEY MAKEY, [s.d.]) uma placa que permite usar
qualquer objeto como botão ao transformar o corpo humano em um grande circuito, ou seja,
quando a pessoa aperta um botão ela está na verdade servindo como um condutor de
corrente.
Já na relação entre CPU e placas controladoras, o aplicativo Rhinoceros associado ao plugin
Grasshopper e Firefly – que dá funcionalidades paramétricas ao controle da placa – serão
responsáveis pela transmissão de dados. Em alguns casos, as funções da placa controladora
Arduino (BANZI, 2005) podem ser insuficientes para controlar o dispositivo, como é o caso dos
atuadores lineares usados no primeiro dispositivo, que precisariam de outro circuito
customizado para administrar a corrente que precisa ser fornecida ao terminal de sinal para
que o motor possa chegar a determinadas posições.
Desenvolvimento da página eletrônica
Durante o desenvolvimento da pesquisa, a página do TFG (MEGA, Site com a documentação do
TFG, 2012) teve um papel crucial na centralização e categorização do grande volume de
informações coletadas e produzidas que, do contrário poderia teria se perdido.
As áreas mais importantes da página são o registro de desenvolvimento dos dispositivos (Fig.
15), o registro de ideias e atividades (Fig. 14), a listagem de referências eletrônicas (Fig. 16) e
o registro de gastos (Fig. 17).
CMS (content management system ou sistema de gerenciamento de conteúdo) é um aplicativo
que permite a publicação, edição e manutenção de conteúdo, através de uma interface
administrativa centralizada. No caso de páginas e portais eletrônicos, o aplicativo – escrito em
ASP, PHP ou qualquer outra linguagem server-side – deve ser instalado em um servidor com
suporte à linguagem em que foi escrito o aplicativo.
Especificamente no caso desta pesquisa, um sistema desse tipo tornou mais simples o trabalho
de registro de ideias e atividades durante os períodos mais tumultuados de trabalho ao longo
do semestre letivo, ainda que sua implementação tenha consumido um tempo considerável no
período vago das férias acadêmicas.
A instalação e customização deste sistema foram relativamente simples, mas o processo de
seleção envolveu aprender sobre o funcionamento de cada CMS e sobre seus temas e
extensões disponíveis; além de diagramá-lo, editando todos os elementos do tema numa folha
de estilo. O sistema escolhido foi o Wordpress (WORDPRESS.ORG) porque, apesar de ser um
sistema complexo, é extremamente bem escrito, e tem todas as funcionalidades bem
compartimentadas. Todos os aspectos de seu código estão exaustivamente documentados,
existe uma comunidade ativa e muitas extensões – escritas por usuários – servem para
adicionar funcionalidades importantes com extrema facilidade.
Meu tempo pôde ser bem gasto apenas com as customizações necessárias: no tema – ou seja,
na estrutura PHP das páginas (principal e a que mostra imagens individuais) e na folha de estilo
– e nas extensões – que precisaram ser escolhidas, testadas e também precisaram de algumas
modificações.
O registro de desenvolvimento dos dispositivos é um documento visual de controle de versão
organizado através de um diagrama de árvore, que decompõe os dispositivos em diferentes
partes funcionais, a fim de facilitar a compreensão das mudanças implementadas. No topo da
página estão explicitadas as referências práticas usadas no dispositivo.
Esta página também se beneficiou da implementação do CMS da Wordpress, e o ponto de
partida para o desenvolvimento do novo sistema foi um clone do que já havia sido
desenvolvido para o registro de ideias e atividades de maneira que o diagrama de árvore é
automaticamente gerado na tela, a partir de dados estruturados em um arquivo no formato
XML.
No entanto ao invés de exibir a tabela de títulos, seguida por todas as entradas linearmente
dispostas em ordem cronológica em sua página principal, o registro de desenvolvimento de
dispositivos exibe um diagrama de árvore mostrando os quatro segmentos da estrutura, e
cada uma das imagens dos módulos das versões contém links para as páginas que
documentam individualmente a parte em questão, com vídeos, descrições, considerações e
imagens. Esse sistema de criação de subpáginas automaticamente – nativo do sistema
Wordpress – foi o que promoveu o maior ganho de tempo, no caso do registro de
desenvolvimento dos dispositivos. Com a interface administrativa amigável, os inúmeros
documentos que devem corresponder a cada uma das partes da versão do dispositivo,
puderam ser facilmente diagramados, armazenados e atualizados quando necessário.
A sessão contendo a listagem de referências eletrônicas surgiu pelo mesmo motivo que
surgiram as duas páginas acima: necessidade de visualizar e disponibilizar para consulta um
grande volume de informação, no caso links eletrônicos trocados entre orientando e
orientador. A tabela – incluindo as miniaturas das páginas – é gerada automaticamente,
através de dados – endereço eletrônico, breve descrição e palavra-chave – estruturados em
um XML fácil atualização.
O registro de gastos é um simples arquivo de texto, formatado em fonte mono espaçada onde
os gastos são lançados rapidamente a cada compra. Alguns gastos, como o m² do MDF e o
custo da hora de corte a laser foram estimados, já que algumas vezes foram usados materiais
da universidade.
Fig.14: Estrutura do registro cronológico de ideias e atividades (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2013)
Fig. 15: Registro de dispositivos (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2013)
Fig. 16: Listagem de referências eletrônicas (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2013)
Fig. 17: Registro de gastos (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2013)
Atividades derivadas da aula AUT5834
Frequentar a disciplina AUT-5834 – novas tecnologias de simulação e modelagem da
arquitetura – foi uma das atividades paralelas mais importantes durante o desenvolvimento do
TFG. Das aulas surgiu conhecimento necessário para que as peças de ambos os dispositivos
pudessem ser fabricadas.
A principal dessas atividades foi a introdução ao plugin Grasshopper (DAVIDSON, 2012), para o
aplicativo Rhinoceros (MCNEEL, 2012). O Rhinoceros é um programa para modelagem NURBS
que, ao ter suas capacidades estendidas pelo Grasshopper, passa a ser também um programa
de modelagem paramétrica.
Fig. 18: Exemplo de definição de componentes para Grasshopper. Neste caso especificamente o plugin Firefly
(PAYNE, 2012) – que controla Arduinos – está sendo usado para controlar quatro LEDs. Os vermelhos piscam em
intervalos diferentes. Quando os três piscam ao mesmo tempo, o LED verde acende, indicando a sincronia.
Os componentes vistos na imagem acima são representações visuais abstratas de elementos
comuns às linguagens de programação: classes e funções. Simplificadamente, cada
componente é uma caixa preta (FLUSSER, 1985) encapsulada, que processa os dados recebidos
pelas variáveis na esquerda e devolve resultados esperados nas variáveis da direita. Em
conjunto, componentes de diversos tipos se são combinados para formar um sistema
funcional, que é na verdade um aplicativo escrito visualmente pelo usuário, sem que nenhuma
linha de código tenha sido escrita.
Além de servir para gerar formas complexas através de parâmetros, foi usado também para
criar a definição que controla o segundo dispositivo, gerando os ângulos dos motores
necessários para que a ponta da ferramenta posicione-se em um ponto no espaço. Serviria
também para viabilizar a captura de dados de usuário pelo Kinect (KINECT, 2012), através do
plugin Firefly (PAYNE, 2012) para Grasshopper, caso o dispositivo 02 atingisse a maturidade em
tempo.
Fig. 19: Exemplo de definição para o Grasshopper, com subdivisão da forma e alinhamento das partes para
fabricação.
O exemplo prático acima ilustra como um design paramétrico pode assimilar diversas
variáveis, inclusive subdivisão da forma produzida e preparo para fabricação.
Desenvolvido a partir de um exercício construído pelo Prof. Ernesto Bueno (BUENO, 2009)
durante a palestra “A disrupção do design generativo e da fabricação digital na arquitetura”
ministrada na FAU em 18 de outubro de 2012, a definição acima gera, a partir de quatro breps
cúbicos dispostos na área de trabalho do Rhino e de parâmetros diversos – como altura da
casca, dos arcos laterais e o número de divisões do sólido no sentido X ou Z.
As partes componentes da casca são então alinhadas com o plano XY para que possam ser
fabricadas com facilidade através de impressão 3D.
Outra atividade extremamente importante para o TFG foi o exercício que envolveu a criação
de uma luminária (Fig. 24). Gerada parametricamente no Grasshopper (DAVIDSON, 2012),
tivemos a oportunidade dividi-la em peças planificadas no aplicativo 123D Make da Autodesk
(AUTODESK, 2012), para em seguida executar o produto final em MDF 3mm na cortadora laser
disponível no LAME. Ou seja, pela primeira vez foi possível para o orientando executar um
ciclo completo de FD, do design generativo à montagem. As imagens nas próximas páginas
ilustram o processo.
Fig. 20: Forma paramétrica da luminária gerada à partir de um componente MetaBall.
Fig. 21: Definição dos componentes no Grasshopper.
Fig. 22: Decomposição do sólido produzido em planos intertravados para que, depois de planificados em uma
prancha, possam ser fabricados.
Fig. 23: Peças recém cortadas em MDF 3mm.
Fig. 24: A luminária concluída, pronta para receber um soquete e uma lâmpada.
Apresentação Técnica na aula de AUT2501
Por causa das minhas experiências prévias com controle digital de Arduinos (BANZI, 2005)
durante o semestre, fui convidado pelo Prof. Arthur Lara a fazer uma demonstração técnica
sobre a operação digital de motores através da interface do aplicativo Firefly (PAYNE, 2012)
intermediada por uma placa controladora Arduino -, para os alunos da disciplina optativa que
o Prof. lecionou neste ano.
Criação do italiano Massimo Banzi, o Arduino foi desenvolvido em 2005 para que seus alunos
do Interaction Design Institute de Ivrea pudessem começar aprender eletrônica diretamente
na prática. Por ser um hardware de design aberto, de baixo custo e de grande facilidade de
uso, a notoriedade do Arduino se espalhou rapidamente pela rede, permitindo que pessoas de
diferentes formações e níveis técnicos pudessem, pela primeira vez, construir seus próprios
dispositivos. A plataforma usa a linguagem Processing. Desenvolvida no MIT, é também aberta,
amigável e já vem com uma IDE. A plataforma Arduino abre assim, um espaço inusitado para a
criação de soluções tecnológicas em áreas antes dominadas exclusivamente por grandes
fabricantes.
O Arduino tem tensão compatível com a das saídas para periféricos dos computadores – ou
seja 5V – e pode ser alimentado diretamente através de um cabo USB.
Primeiro houve uma breve introdução sobre a interface e os componentes do Firefly e sobre o
funcionamento das placas Arduino que seriam utilizadas. Na sequência uma pequena
introdução ao funcionamento dos motores – um servo de 5V e um atuador linear de 12V –
seguida da demonstração prática sobre a articulação entre o hardware e o controle digital – ou
seja, a construção do sistema paramétrico no Firefly/Grasshopper.
As imagens na próxima página foram retiradas de um relatório que fiz para que os alunos
pudessem consultar o que foi dito em aula e ilustram o conteúdo da demonstração.
Fig. 25: À esquerda, a ligação entre o Servo de 5V e o Arduino. À direita o servo usado na demonstração.
Fig. 26: O shield que, acoplado ao Arduino, permitiu que o motor DC de 12 V fosse controlado.
Até esse momento os testes com motores não tinham acontecido na prática por falta de
tempo e a apresentação foi crucial para acelerar a aplicação do conhecimento adquirido, que
foi fundamental para o desenvolvimento bem sucedido do dispositivo 02.
Dispositivos: base tecnológica
Nesta sessão listo algumas tecnologias importantes, que tiveram importância no
desenvolvimento ou tiveram seu uso cogitado, mas não tiveram espaço para aparecer em
nenhum outro lugar na monografia.
O Raspberry Pi (RASPBERRY PI, 2013) é uma CPU
completa, do tamanho de um cartão de crédito, de baixo
custo, criado com a intenção de viabilizar o ensino de
eletrônica e programação para crianças.
Tem um hardware poderoso e pode ser usado para criar
dispositivos ainda mais sofisticados do que os criados com
Arduino, graças à suas placas de áudio, vídeo e LAN
integradas.
O Circuit Lab (CIRCUIT LAB, 2013) é um CAD para
eletrônica com um simulador integrado. Durante o
curso do TFG foi usado em diversas ocasiões para
testar circuitos criados para viabilizar o controle
dos motores de 12V do dispositivo 01 com um
Arduino através do uso de transistores.
O Kinect (KINECT, 2012) é um periférico para o
videogame XBOX que é uma alternativa
acessível para pessoas interessadas em
explorar olhar computacional. Equipado com
um sistema de emissão e leitura de raios UV o
equipamento é capaz de detectar a profundidade de objetos situados à sua frente. Pode ser
usado também como scanner 3D ou entrada de dados de usuário, se integrado com aplicativos
que entendam o formato do sinal produzido.
O Makey Makey (MAKEY MAKEY, 2013) é uma pequena
placa visualmente simples de ser compreendida, que,
através do uso de fios, permite que crianças transformem
qualquer objeto em um joystick. Um fio saindo da placa é
ligado à criança e outro aos objetos que se deseja
transformar em controle. Quando a criança toca o objeto,
um circuito se fecha e o sinal é transmitido.
Dispositivo 01: proposta, registro, evolução e
resultados
O primeiro dispositivo foi desenvolvido como um exercício para introdução à robótica, que
acabou consumindo a maior parte do tempo disponível para o TFG. A meta de
desenvolvimento era criar um robô simples e funcional, com o propósito de explorar e adquirir
os conhecimentos em eletrônica e mecânica necessários para o desenvolvimento do segundo
dispositivo, mais complexo. Para consegui-lo, foi necessário:






Criar uma estrutura que pudesse sustentar seu próprio peso e o peso dos motores –
um teste que serviria para determinar quanto peso extra os motores suportariam
ainda precisa ser realizado, mas já é possível afirmar que a estrutura plástica tende a
deformar, mesmo sem nenhuma carga extra. Essa estrutura deveria também
potencializar o movimento das hastes – que, entre a máxima expansão e a mínima
contração, movem-se apenas oito milímetros – usando um sistema de alavanca
inversa, que não prioriza multiplicação da força mecânica, mas a ampliação do
deslocamento do movimento circular.
Estudar o funcionamento dos motores atuadores de farol, cuja documentação na rede
é extremamente escassa, por ser um conhecimento que só interessa às montadoras.
Estudá-los envolveu abri-los e tentar compreender seu funcionamento, recuperando
parte do conhecimento de elétrica adquirido no segundo grau e acrescentando novas
informações sobre eletrônica através de conversas com colegas, leitura da bibliografia
técnica de consulta e pesquisas na rede.
Desenvolver sistemas de engaste entre motores e estrutura, que fossem capazes de
aguentar a força aplicada pelo peso da estrutura e dos motores.
Fixar firmemente os motores na estrutura. A solução foi adaptar da melhor forma
possível os elementos modulares do kit construtivo à topografia irregular dos motores,
de forma a fornecer o máximo de apoio possível, para então fixá-los no lugar com fios
metálicos deformáveis, revestidos de plástico.
Estabilizar o peso total na base, de forma que a estrutura em balanço não derrubasse
o dispositivo, mesmo quando completamente estendida.
Depois de muitas tentativas e estudos, optar por abandonar provisoriamente a ideia
de controlar o dispositivo com Arduino – complexa demais para o atual estágio de
desenvolvimento – e preparar uma interface com três potenciômetros (fig. 9)
correspondentes a cada um dos motores, movendo-os quando girados manualmente.
Além disso, foi necessário substituir a primeira garra mecânica que não funcionava –
originalmente desenvolvida com as peças padrão do sistema construtivo usado (ROBOTA,
[s.d.]) – por outra em MDF (fig. 8), com encaixes e movimentos de maior precisão. Como esse
era um objeto de razoável complexidade, uma garra existente de design aberto (MEGA, Garra
robótica desenvolvida para o TFG, 2012) – distribuída sob a licença Attribution –
NonCommercial – ShareAlike 3.0 da Creative Commons – disponível na comunidade
Thingiverse foi usada como base e o resultado também foi disponibilizado sob a mesma licença
na mesma comunidade(JAAP, 2010).
Nas páginas seguintes, as imagens ilustram duas versões importantes no desenvolvimento do
robô: a versão 1.0, que inaugurou o desenvolo,e e a versão 1.3.1.
Fig. 27: Versão 1.0 do dispositivo 01.
Fig. 28: Vista lateral da versão 1.0 do dispositivo 01.
Fig. 29: Detalhe da interface de comando com potenciômetros da versão 1.0 dos motores do dispositivo 01.
Fig. 30: Vista geral da versão 1.3.1 do dispositivo 01.
Dispositivo 02: Proposta, Registro, Evolução e
Resultados
O desenvolvimento do segundo dispositivo aconteceu apenas no final do segundo semestre e
nem chegou a ser documentado na página apropriadamente, tamanha era a urgência de
terminá-lo em tempo para o final do TFG.
Trata-se de um dispositivo montado usando como base uma estrutura de acrílico adquirida
pela internet de um fabricante independente (FIGUEIRA, 2013). Foi adaptada para acomodar
um motor de 12000rpms para fresagem de materiais macios, mas até o momento da
finalização desta monografia, o motor não pode ser usado adequadamente por ser muito
pesado e provocar problemas de sobrecarga nos servos das outras articulações.
Outra adaptações significativas foram a fabricação de uma nova base, mais adequada ao novo
uso do robô e uma nova articulação antes do motor de fresagem, que confere à ferramenta a
amplitude de movimentos necessária para desempenhar bem sua tarefa. A nova base, serve a
três propósitos: dá maior estabilidade ao robô, já que o motor da ferramenta tem peso e
vibração consideráveis; acomoda os eletrônicos e refrigera os componentes com um
ventilador integrado.
Fig. 31: Motor da ferramenta de fresagem, envolto pela estutura que o prende ao robô.
Fig. 32: Vista geral da versão 1.3.1 do dispositivo 01.
Fig. 33: O robô em seu atual estado de desenvolvimento, sem suportar o motor da ferramenta.
Conclusões
Análise Crítica da Tecnologia
Como já mencionado, por falta de experiência no assunto, o tempo de desenvolvimento dos
dispositivos eletrônicos foi desproporcionalmente longo se comparado com inicialmente
previsto e o segundo dispositivo – que deveria ser capaz de fresar materiais macios – foi
desenvolvido em um tempo ainda mais restrito e não pode ser concluído plenamente, como
descrito previamente nesta monografia.
Com isso, ao invés de produzir a análise crítica baseada em experimentos desenhados para
testar a FD com os robôs do TFG, foi necessário criticá-la a partir de outras experiências
existentes, construídas com braços industriais.
A primeira dessas obras é o ICD/ITKE Research Pavillion, um projeto multidisciplinar
concebido por estudantes da universidade de Stuttgart – mais especificamente do Institute for
Computational Design (ICD) e Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE).
Construído com fios compósitos de fibra de carbono e de vidro e, segundo o texto
disponibilizado pelos professores responsáveis para divulgação na mídia (MENGES, 2013), o
partido arquitetônico que produziu a forma deste pavilhão foi um experimento para investigar
a relação entre o design biomimético – segundo os autores o processo generativo da forma
contou com o auxílio de biólogos e a orientação e distribuição das fibras, assim como a
espessura e dureza das camadas do exoesqueleto de lagostas foram cuidadosamente
investigadas – e o método inovador de construção com robôs.
Fig. 34: (DESIGN BOOM, Robotically fabricated carbon and glass fibre pavilion by ICD + ITKE, 2013)
Fig. 35: Teste construtivo preliminar e detalhe da ferramenta adaptada à ponta do robô. (DESIGN BOOM,
Robotically fabricated carbon and glass fiber pavilion by ICD + ITKE, 2013)
Fig. 36: Construção do pavilhão com um robô de 6 eixos (DESIGN BOOM, Robotically fabricated carbon and glass
fibre pavilion by ICD + ITKE, 2013)
Fig. 37: Decomposição do processo criativo e construtivo. (DESIGN BOOM, Robotically fabricated carbon and glass
fibre pavilion by ICD + ITKE, 2013)
Os fios recebem um banho de resina e são enrolados como bobinas no entorno de uma
estrutura metálica de tubos dentados, capazes de acomodar os fios dispostos pelo robô como
em uma bobina. A imagem acima mostra que a lógica de distribuição dos fios também foi
estudada de forma a criar seis padrões diferentes e complementares com a intenção de
aperfeiçoar a distribuição de cargas de tração na concha de fios, de forma a reduzir o uso de
material e hierarquizar o uso dos dois tipos de fios:
“the glass fibres are mainly used as a spatial partitioning element and
serve as the formwork for the following layers, whilst the stiffer carbon
fibres contribute primarily to the load transfer and the global stiffness
of the system.” (MENGES, 2013, p. 2)
Como exercício teórico, é um experimento interessante. No entanto, observando a relação
entre a obra e o emprego do braço, despindo-a de seu discurso conceitual acessório, é possível
afirmar que um robô de seis eixos é desnecessário para executar o trabalho. É uma estrutura
radialmente simétrica, não há complexidade formal suficiente e os únicos dois parâmetros que
precisam ser controlados são a altura e inclinação do fio – já que até mesmo a rotação da peça
é feita por um eixo extra, em frente à área de trabalho do robô (Fig. 36).
O robô de seis eixos, poderia portanto ser substituído por um equipamento de apenas dois
eixos: um vertical, que controlaria a altura da saída do material; e outro horizontal, que
direcionaria o fio para o dente correto, tencionando-o apropriadamente.
O segundo projeto analisado criticamente é o Wave Pavillion, dos Arquitetos MacDowell e
Tomova (MCDOWELL, 2012).
O robô usado neste projeto emprega uma ferramenta adaptada (Fig. 39) - que nada mais é do
que uma garra de dois pontos de pressão arredondados, ou seja, adaptados para ajustarem-se
ao diâmetro da barra – para produzir o movimento no sentido correto e desta forma dobrar
barras de metal segundo instruções derivadas de uma forma complexa, pré-estruturada
parametricamente. Além da garra, o robô precisa de um segundo artifício: fixado ao piso na
área de trabalho, um sistema com duas roldanas preênseis multifuncionais, que conseguem
tanto fixar a barra no momento da dobragem, permitindo a conformação dos ângulos
moldados no perímetro da roldana; ou soltar o fio, para que um novo trecho da barra metálica
possa ser posicionado entre as roldanas.
Depois de fabricados, os elementos são soldados manualmente (Fig. 37 e Fig. 38).
A Fig. 40 ilustra resumidamente as etapas digitais do processo de tradução da curva projetada
pelo usuário até a execução pelo robô. Primeiro a polyline é decomposta em linhas e curvas,
salvas em dois arrays separados, por tipo de geometria. A coreografia entre o abrir e fechar
das roldanas preênseis e a ferramenta do robô se dá a partir da leitura desses arrays,
intercaladamente: um elemento linha indica que as roldanas devem abrir-se e o robô deve
deslocar a barra metálica a uma distância compatível com a do comprimento da linha; Um
elemento curva sinaliza que as roldanas devem fecharem-se e o robô deve curvar a barra de
forma a conseguir um raio e comprimento de arco compatível com a da curva.
Fig. 37: Barras metálicas dobradas pelo robô e catalogadas para a montagem manual. (DESIGN BOOM,
Macdowell.tomova: wave pavilion, 2013)
Fig. 38:.Imagem dos elementos soldados, de dois em dois pontos. (DESIGN BOOM, Macdowell.tomova: wave
pavilion, 2013)
Fig. 39: Ilustração demonstrando a ferramenta responsável por dobrar barras. (DESIGN BOOM,
Macdowell.tomova: wave pavilion, 2013)
Fig. 40: Explicação do percurso feito desde a curva criada pelo usuário em um CAD até a tradução e execução do
desenho pelo robô. (DESIGN BOOM, Macdowell.tomova: wave pavilion, 2013)
Fig. 41: Sequencia de montagem dos elementos. (DESIGN BOOM, Macdowell.tomova: wave pavilion, 2013)
Apesar de estar executando apenas uma parte do trabalho, o uso de robôs aqui é justificável já
que dificilmente o uso de um ser humano conseguiria substituí-lo. Primeiro porque, para que a
geometria final possa se articular com precisão, os ângulos de dobras das barras metálicas –
ligeiramente diferentes entre si – precisam ser extremamente precisas e sutis. Somente com o
controle numérico digital é possível coordenar os dados necessários para se alcançar esse
resultado.
A soldagem das unidades produzidas a partir das barras dobradas pode ser executada por
pessoas, mas mesmo assim é possível observar que as peças precisaram ser muito bem
identificadas (Fig. 37) devido à sutileza da customização entre uma peça e outra.
Minha única observação é que, como as dobras tem um sentido mais ou menos prédeterminado – conferindo às peças um aspecto plano de fita no plano da , com uma ligeira
envergadura na coordenada Z –, o uso de um braço com tantas articulações parece excessivo.
As unidades poderiam ser fabricadas com alguma outra máquina de três eixos ortogonais –
como routers, fresas e impressoras 3d – adaptada para usar a ferramenta de dobra de barras
metálicas vista nas imagens e uma superfície de trabalho inclinável, capaz de produzir a
envergadura necessária.
Observações Finais
Por um lado, este trabalho representou para o orientado um monumental salto de
conhecimento em diversas áreas do conhecimento, como por exemplo, processos de FD,
hardware aberto, eletrônica, mecânica, dentre outros; além de ter proporcionado explorações
de feiras e comércio especializados: componentes eletrônicos, parafusos, plásticos industriais,
peças para máquinas e outros.
Por outro lado, exatamente por ter sido um trabalho com forte ênfase em aspectos práticos,
no desenvolvimento de soluções funcionais na forma de dispositivos robóticos e na
documentação dos processos envolvidos, não houve tempo hábil para que as considerações
teóricas fossem aprofundadas com o devido zelo.
Com o conhecimento adquirido ao longo deste ano memorável, é possível dar continuidade ao
trajeto trilhado pelo universo da FD através da construção de outras máquinas de design
aberto e da proposição de novos objetivos de estudo relacionados. Hoje seria possível, por
exemplo, construir uma impressora 3D como a que inspirou a proposta original, baseada no
trabalho do colega Pedro Guglielmo (GUGLIELMO, 2011).
Referências Bibliográficas, Sitográficas e
Iconográficas
AIGNER, A.; BRELL-COKCAN, S. Surface structures and robot milling: the impact of curvilinear
structured architectural scale models on architectural design and production. In: INNOVATIVE
DESIGN AND CONSTRUCTION TECHNOLOGIES CONGRESS, 2009, Milano. Anais… Milano:
Maggiooli Editore, 2009. p. 433-445.
AUTODESK. 123d make: Página do aplicativo. Disponível em: <http://www.123dapp.com/
make> Acesso em 2. dez. 2012.
BAIRROS, Jonas T. Armbot. Projeto aberto de braço robótico simples para iniciantes. [S.l.: S.n.],
[s.d.] Disponível em: <http://www.jonasbairros.xpg.com.br/robotica%20armbot.pdf> Acesso
em 10 set. 2012.
BANZI, M. Arduino UNO. Página da lista de produtos digital. Ivrea, Itália: [s.n.], 2005.
Disponível em: <http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno> Acesso em 2 dez. 2012.
BRAUMANN, J.; BRELL-COKCAN, S. Parametric Robot Control: Integrated CAD/CAM for
Architectural Design. In: ANNUAL CONFERENCE OF THE ASSOCIATION FOR COMPUTER AIDED
DESIGN IN ARCHITECTURE, 31., 2011, Banff, Alberta. Anais… Stoughton, Wisconsin: Printing
house, 2011. p. 242-251.
BUENO, Ernesto. Site pessoal do arquiteto. Porto Alegre: [s.n.], 2009.
<http://ernestobueno.blogspot.com.br/> Acesso em 2 dez. 2012.
Disponível em:
BUILDLOG LASER CUTTER. Cortadora a laser open source. [S.l.: S.n.], 2011 Disponível em:
<http:// www.buildlog.net/blog/2011/02/buildlog-net-2-x-laser/> Acesso em 2 dez. 2012.
Capacete_gambiologia.jpg. 2009. Altura: 960 pixels. Largura: 837 pixels. Formato JPG bitmap.
Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Capacete_gambiologia.jpg> Acesso
em 25 jun. 2013.
CIRCUIT LAB. Aplicativo disponivel em rede, para projeto e simulação de circuitos eletrônicos.
California: [S.n.], 2013. Disponível em: <https://www.circuitlab.com/> Acesso em 25 jun. 2013.
COKCAN, B. BRAUMANN, J. A new parametric design tool for robot milling. In: ANNUAL
CONFERENCE OF THE ASSOCIATION FOR COMPUTER AIDED DESIGN IN ARCHITECTURE, 30.,
2010. Anais… Disponível em: <http://www.robotsinarchitecture.org/wpcontent/uploads/2011/09/ACADIA2010_brecobrau.pdf> Acesso em 25 jun. 2013.
COLETIVO GAMBIOLOGIA. Sessão Quem Somos do blog do coletivo. Belo Horizonte: [s.n.],
2013. Disponível em <http://www.gambiologia.net/blog/about/> Acesso em: 25 jun. 2013.
DARWIN. Documentação digital do primeiro modelo da impressora RepRap. Bath, UK: [s.n.],
2008. Disponível em: <http:// www.reprap.org/wiki/Darwin> Acesso em 2 dez. 2012.
DAVIDSON, Scott. Grasshopper: modelagem generativa para Rhino. Versão 0.8. Lynnwood,
Washington: [s.n.], 2012. Disponível em <http://www.grasshopper3d.com/page/download-1>
Acesso em 10 set. 2012.
DESIGN BOOM. Robotically fabricated carbon and glass fibre pavilion by ICD + ITKE. [S.l.:
S.n.], 2013. Disponível em <http://www.designboom.com/architecture/ robotically-fabricatedcarbon-and-glass-fibre-pavilion-by-icd-itke/> Acesso em 25 jun. 2013.
______. Macdowell.tomova: wave pavilion. [S.l.: S.n.], 2010. Disponível em < http://www.
designboom.com/architecture/macdowelltomova-wave-pavilion/> Acesso em 25 jun. 2013.
EPPS, Greg; PIKER, D. Robofold facade fabrication workshop. Londres: [s.n.], 2011. Disponível
em: <http://vimeo.com/38594547> Acesso em 3 dez. 2012.
EPPS, Gregory. Robots and Architecture. An introduction to the emerging trend of robotics in
the field of architecture. Londres: [s.n.], 2011. Disponível em:
<http://www.robofold.com/download/RoboFold_Robots AndArchitecture_v1 .pdf> Acesso em
9 set. 2012.
FIGUEIRA, Sebastião. Kit Braço Robótico. Versão: Abril/2013. Página comercial do autor.
Fortaleza: [S.n.], 2013. Disponível em: < http://www.projetoespecial.com.br/?p=197> Acesso
em 27 jun. 2013.
FLUSSER, Vilém. A filosofia da caixa preta: ensaios para uma futura filosofia da fotografia. São
Paulo: Editora Hucitec, 1985.
FRAME, Mark. Técnica de impressão de modelos plásticos de ossos fraturados para
planejamento de cirurgias ortopédicas. Glasgow, UK, [S.n.], 2011. Disponível em:
<http://www.shapeways.com/blog/archives/995-3D-Printing-Bone-on-a-budget!.html> Acesso
em 2 dez. 2012.
GUGLIELMO, Pedro. Representações de projeto. 54 f. Trabalho Final de Graduação (Graduação
em Arquitetura e Urbanismo)–Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São
Paulo, São Paulo, 2011.
GRAMAZIO & KHOLER. Página eletrônica dos arquitetos. Disponível em
<http://www.gramaziokohler.com/> Acesso em 25 jun. 2013.
GRAMAZIO, F.; KOHLER M. Instalação de módulos de poliestireno. In: Designers Saturday
exhibition. 2010. 9 fotografias. < http://www.dfab.arch.ethz.ch/web/e/forschung/191.html>
HULTGREN, Kacie. Clutch. Bolsa feminina para festa feita a partir de trama plástica para
impressão 3D. Nova Iorque: [s.n.], 2012. Disponível em <http://www.thingiverse.com/thing:
31234> Acesso em 25 jun. 2013.
IMPRIMA 3D. Portal digital nacional para compartilhamento de soluções open source. São
Paulo, 2013. Disponível em: <http://www.thingiverse.com> Acesso em 25 jun. 2013.
IOP NEWS. 3D printer for cartilage construct. [S.l.: S.n.], 2012. Disponível em:
<http://www.iop.org/news/12/ nov /page_58984.html> Acesso em 3. dez. 2012.
JAAP, J. Robotic arm with 7 servos. Referência para a garra robótica desenvolvida no TFG.
Holanda: [s.n.], 2010. Disponível em: <http://www.thingiverse.com/thing:2433> Acesso em 2
dez. 2012.
KINECT. Equipamento de entrada de dados que inclui sensor de movimento, sensor de
profundidade, câmera RGB e sistema de microfones. In: WIKIPEDIA, the free encyclopedia.
Flórida: Wikimedia Foundation, 2012. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Kinect>.
Acesso em: 13 set. 2012.
KUKA Robotics. Página eletrônica da empresa. Disponível em: <http://www.kukarobotics.com/en/> Acesso em 25 jun. 2013.
MAKERBOT. Customizable iPhone Case. Aplicativo que permite que o usuário customize capas
para o iPhone para serem fabricadas com impressão 3D. Nova Iorque: [s.n.], 2013. Disponível
em: < http://www.thingiverse.com/thing:40703> Acesso em 25 jun. 2013.
MAKERBOT. Impressora 3D comercial. Disponível em: < http://www.makerbot.com/> Acesso
em 3. dez. 2012.
MAKEY MAKEY. Sessão explicativa sobre a tecnologia, na página da empresa. Massachussets,
[S.n.], 2013. Disponível em: <http://www.makeymakey.com/howto.php> Acesso em 25 jun.
2013.
MCDOWELL, Parke; TOMOVA, Diana. Robots, drawing and space: wave pavilion. p. 83-86.
Thresholds, Cambridge, Massachussetts, v. 39, 2011. Disponível em <
http://thresholds.mit.edu/issue/39/MacDowell_Thresholds_FINAL.pdf > Acesso em 11 dez.
2012.
MCNEEL EUROPE. Página eletrônica do aplicativo Rhinoceros. Barcelona: [S.n], 2012.
Disponível em: <http://www.rhino3d.com/> Acesso em 2 dez. 2012.
MEGA, Stefano. Garra robótica desenvolvida para o TFG. Página eletrônica do projeto na
comunidade digital para open source designs thingiverse. São Paulo: [s.n.] Disponível em:
<http://www.thingiverse.com/thing:33783> Acesso em 2 dez. 2012.
______. Site com a documentação do TFG. São Paulo: [s.n.], 2012. Disponível em:
<http://www.stefanomega.com.br/tfg/> Acesso em 25 jun. 2013.
MENGES, Achim; KNIPPERS, I. J. ICD/ITKE research pavilion 2012. Texto sobre o projeto
redigido para a imprensa. Sttutgart: [s.n.], 2013. Disponível em <http://www.itke.unistuttgart.de/download.php?id=565> Acesso em 25 jun. 2013.
OKUN, Alana. Soon you’ll be able to print your clothes. Buzz Feed. Nova Iorque, 2013.
Disponível em <http://www.buzzfeed.com/alannaokun/soon-youll-be-able-to-print-out-yourclothes> Acesso em 25 jun. 2013.
PAYNE, Andy; Johnson, J. K. Firefly: Sistema de componentes para Grasshopper com protocolo
de comunicação em tempo real para comunicar-se com o Arduino. Versão 1.0067. Cambridge,
Massachussetts: [s.n.], 2012. Disponível em: <http://fireflyexperiments.com/download/ >
RASPBERRY PI. Sessão explicativa sobre o dispositivo na página da empresa. Cambridge: [S.n.],
2013. Disponível em: <http://www.raspberrypi.org/about> Acesso em 25 jun. 13.
ROBOTA. Kit de robótica infantil. Mogi Mirim: [s.n],
<http://www.robotaeducacional.com.br /> Acesso em 2 dez. 2012.
[s.d]
Disponível
em:
ROBOTS IN architecture at KUKA CEE opening. Produção: Internacional association for robots
in architecture. England: [s.n.], 2012. Viena: [s.n.], 2012. Disponível em: <
http://vimeo.com/38925727> Acesso em 11 dez. 2012.
ROBOTS IN ARCHITECTURE. Página eletronica do grupo. Disponível em
<http://www.robotsinarchitecture.org/> Acesso em 25 jun. 2013.
SARAIVA, J. P. et al. Sistema de controle de braço mecânico automatizado. 46 f. Monografia
apresentada para conclusão das disciplinas de automação, microprocessadores, banco de
dados, engenharia de software e sistemas de comunicação (Graduação em engenharia da
computação) Curso de engenharia da computação, Instituto de estudos superiores da
Amazônia, Belém, Pará, 2008. Disponível em < http://www3.iesampa.edu.br/ojs/index.php/computacao/article/viewFile/203/194> Acesso em 25 jun. 2013.
Trabalho Final de Graduação (Graduação em Arquitetura e Urbanismo)–Faculdade de
Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011.
SHER, Judah. Kikori open source CNC router. Somerville, US: [s.n.], 2011. Disponível em:
<http://www.kickstarter.com/projects/1738994529/kikori-open-source-cnc-gantry-router>
Acesso em 2 dez. 2012.
SNOHETTA. Wild reindeer Center pavillion. Glaria eletrônica de exibição do projeto. Drove,
Noruega: [s.n.], 2011. Disponível em: <http://www.designboom.com/architecture/snohettanorwegian-wild-reindeer-centre-pavilion/> Acesso em 3 dez. 2012.
THE 3D printing revolution. Produção: Christopher Barnatt. Nottingham, England: [s.n.], 2012.
Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=CP1oBwccARY> Acesso em 11 set. 2012.
THINGIVERSE. Comunidade digital de open source designs. [S.l.: S.n.], [s.d] Disponível em:
<http://www.thingiverse.com> Acesso em 2 dez. 2012.
TRESSET, Patric. Paul. Londres: [S.n.], 2011. Disponível em <http://doc.gold.ac.uk/~ma701pt/
patricktresset/?page_id=142#2> Acesso em 25 jun. 2013.
WASHINGTON STATE UNIVERSITY. Impressora 3D para próteses ósseas e dentárias.
Washington: [s.n.], 2011. Disponível em: <http://news.wsu.edu/pages/publications.asp?
Action=Detail&PublicationID=29002&TypeID=1 > Acesso em 2 dez. 2012.
WEBB, Jason. Parametric two-part mold generator for OpenSCAD. Scripts paramétricos para
OpenSCAD, que gera moldes prontos para impressão a partir de arquivos STL. Kearney, NE:
[s.n.], 2012. Disponível em: < http://www.thingiverse.com/thing:31581> Acesso em 25 jun.
2013.
WOMAN WITH quadriplegia feeds herself chocolate using mind-controlled robot arm in
Pitt/UPMC study. Revista digital da UMPC. Pittsburg, 2012. Disponível em:
<http://upmc.com/media/media-kit/bci/Pages/default.aspx> Acesso em 25 jun. 2013.
WORDPRESS.ORG. Sistema de gerenciamento de conteúdo de código aberto, para instalação
em servidor próprio. Disponível em: <http://wordpress.org/> Acesso em 25 jun 2013.
VOLPATO, Neri. (Ed.) Prototipagem Rápida: Tecnologias e Aplicações. 1. ed. São Paulo:
Blücher, 2007.

monografia - Stefano Mega

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