Τυπολογίες δομών Οrigami για εφαρμογές στην αρχιτεκτονική
Authors: Ιωαννίδη Αναστασία 
Published: June 2024

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά χαράξεις Origami με σκοπό να σχεδιαστούν τριδιάστατες κυψελοειδείς δομές που έχουν τη δυνατότητα της αναδίπλωσης. Οι χαράξεις Origami επιλέχθηκαν ως σχεδιαστική αφετηρία διότι η αρχαία τέχνη του Origami αποτελεί ιδανική βάση για το σχεδιασμό αναδιαμορφώσιμων συστημάτων. Οι κατασκευές Origami εγγενώς διαθέτουν γεωμετρικές ιδιότητες που τους επιτρέπουν να συμπεριφέρονται ως μηχανισμοί και να αναδιατάσσονται στο χώρο. Οι αρχές που διέπουν τις χαράξεις Origami και τους επιτρέπουν να μετασχηματίζονται στο χώρο αφορούν μόνο στη γεωμετρία τους και είναι ανεξάρτητες από την κλίμακα. Ο όρος «αναδίπλωση» αναφέρεται στη δυνατότητα μιας χωρικής κατασκευής να αναδιατάσσει τη δομή της ώστε να μετασχηματίζεται από τη μία μορφή στην άλλη (από τη θέση λειτουργίας σε κλειστή θέση ελάχιστου όγκου). Αντικείμενο της παρούσας έρευνας είναι ο σχεδιασμός διευσταθών δομών (bistable structures) δηλαδή δομών που έχουν δύο ευσταθείς μορφές, δύο θέσεις στις οποίες ισορροπούν. Η μία θέση ευστάθειας είναι η θέση λειτουργίας τους όπου οι κατασκευές βρίσκονται στην πλήρως ανεπτυγμένη τους μορφή. Η άλλη θέση ευστάθειας είναι η κλειστή τους θέση όπου οι κατασκευές είναι συνεπτυγμένες σε ένα ελάχιστο όγκο υποπολλαπλάσιο του αρχικού ώστε να μπορούν να μεταφέρονται και να αποθηκεύονται με ευκολία. Στην παρούσα μελέτη διερευνώνται 2 διαφορετικοί τρόποι χαράξεων που επιτρέπουν τη δημιουργία χωρικών μοτίβων: Στη πρώτη περίπτωση διερευνώνται μοτίβα πτύχωσης τα οποία όταν διπλώνονται δίνουν μορφές που μπορούν να λειτουργήσουν ως τρισδιάστατες μονάδες. Οι μονάδες αυτές μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους σε ένα τρισδιάστατο κάναβο συνθέτοντας μία χωρική δομή που έχει κυψελοειδή μορφή. Αυτή η προσέγγιση δίνει τις λεγόμενες δομοστοιχειωτές κατασκευές (modular structures). Στη δεύτερη περίπτωση τα μοτίβα πτύχωσης όταν διπλώνονται δίνουν τρισδιάστατες μορφές που λειτουργούν ώς αναδιπλούμενες επιφανειακές δομές και μπορούν να οργανωθούν σε στρώσεις ή στάθμες. Οι στάθμες αυτές με αλλεπάλληλη υπέρθεση ανάμεσά τους και με τη συναρμογή μεταξύ τους με εγκάρσια στοιχεία οδηγούν και πάλι σε κυψελοειδείς δομές. Τα επιμέρους ζητούμενα που κάλυψε η παρούσα έρευνα στις κατασκευές που αναπτύσσει είναι τα παρακάτω: 1) Απο την πλήρως ανεπτυγμένη μορφή διπλώνουν σε μία πλήρως συνεπτυγμένη μορφή σε μία συνεχόμενη και μονοβάθμια κίνηση -μία κατασκευή εκτελεί μονοβάθμια κίνηση όταν ένα από τα μέλη της κινηθεί, όλα τα υπόλοιπα μέλη της συντονίζονται στην κίνηση αυτή. Όταν ένα δομικό σύστημα μπορεί να αναπτυχθεί σε μία συνεχόμενη και μονοβάθμια κίνηση παρέχει αυτονομία σε αυτούς που θα τη χρησιμοποιήσουν: δεν υπάρχει ανάγκη από ειδικευμένο ή πολυάριθμο εργατικό δυναμικό: η διαδικασία είναι απλή και μπορεί να επιτελεστεί από τους ίδιους τους χρήστες (ή το χρήστη) της κατασκευής. Αυτή η ιδιότητα έχει ιδιαίτερη σημασία διότι μια τέτοια κατασκευή μπορεί να εγκατασταθεί σε περιβάλλον ακραίων συνθηκών όπου κατά τεκμήριο δε μπορεί να υπάρξει πρόσθετη βοήθεια για την ανάπτυξή της. 2) Η δομή και η μορφολογία των συγκεκριμένων κυψελοειδών κατασκευών όταν βρίσκονται στην πλήρως ανεπτυγμένη μορφή τους, επιτρέπει την υποδιαίρεση του εσωτερικού χώρου και τη δημιουργία διαφορετικών συνδυασμών υποχώρων. Η δυνατότητα διαμερισματοποίησης του εσωτερικού μιας κατασκευής προσφέρει εξατομικευμένες λύσεις σε διαφορετικές απαιτήσεις και έχει κεντρική σημασία όταν το ζητούμενο είναι η μεταβλητότητα και η προσαρμοστικότητα σε διαφορετικές ανάγκες. 3) Η μορφολογία των κατασκευών επιτρέπει τη σύνδεση με άλλες όμοιές τους είτε κατ’ επέκταση είτε καθ’ ύψος. Η σύνδεση καθ’ ύψος γίνεται με υπέρθεση της μιας δομής επί της άλλης ενώ η κατ’ επέκταση συναρμογή τους μπορεί να γίνει απλά με τοποθέτηση της μίας εφαπτομενικά δίπλα στην άλλη. Η δυνατότητα συνδυασμού πολλών αναδιπλούμενων δομών σε ένα σύνολο συνεισφέρει περεταίρω στη δημιουργία ευέλικτων συστημάτων ικανά να αναδιατάσσονται στο χώρο με πολύ απλές κινήσεις ώστε να λειτουργήσουν με διαφορετικό τρόπο και να εξυπηρετήσουν διαφορετικές ανάγκες. 4) O όγκος της κατασκευής στην κλειστή θέση είναι υποπολλαπλάσιος του όγκου που αυτή καταλαμβάνει στην ανοικτή της θέση. Η παρούσα μελέτη, χωρίς να αποκλείει τα υλικά τεχνολογικής αιχμής επιλέγει να ανεξαρτητοποιηθεί από αυτά. Η επιλογή αυτή γίνεται διότι η έρευνα στοχεύει σε ελαχιστοποίηση του όγκου των μελών (άρα και των κατασκευών συνολικά) η οποία βασίζεται στον καινοτομικό γεωμετρικό σχεδιασμό χωρίς την επικουρία των υλικών τεχνολογικής αιχμής. 5) Τέλος, η διευστάθεια (bistability) των δομών που αναπτύχθηκαν στην έρευνα και η δυνατότητα αναδιάταξής τους στο χώρο εξαρτάται μόνο από τη γεωμετρία που τις διέπει και συνεπώς να είναι ανεξάρτητη της κλίμακας.