Integração de Dispositivos Robotizados na Representação em ... · Aos membros da banca –...

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

FAUUSP TFG Jun.2013 | 1

Introdução


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 software tools.”

(BRAWMANN, 2011, p.239)

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.


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.

Fig. 8: Capacete da Gambiologia

(Capacete_gambiologia.jpg, 2009)


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.

Outro grupo que está na vanguarda da pesquisa com robôs é a dupla de arquitetos Fabio

Fig. 9: Exemplos de ferramentas para robôs, empregadas nos experimentos do grupo. [REFERENCIA]


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

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.

A imagem acima é de um experimento com blocos de poliestireno arquitetado pela dupla

Fig. 10: Paul, o robô, gerando uma imagem.

Fig. 11: Arcos feitos com blocos de poliuretano customizados em massa.


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.

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.

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.

Fig. 12: Espaço de formas livres, criado com fresagem em blocos.

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.


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. 15: Registro de dispositivos (MEGA, Site com a documentação do TFG, 2013)

Fig.14: Estrutura do registro cronológico de ideias e atividades (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.

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. 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.


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. 19: Exemplo de definição para o Grasshopper, com subdivisão da forma e alinhamento das partes para

fabricação.


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.

http://fireflyexperiments.com/


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.

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.


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)


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:

Fig. 37: Decomposição do processo criativo e construtivo. (DESIGN BOOM, Robotically fabricated carbon and glass

fibre pavilion by ICD + ITKE, 2013)


“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. 39: Ilustração demonstrando a ferramenta responsável por dobrar barras. (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. 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 pré-

determinado – 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).


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