Современные возможности древесины - параметрическое формообразование из дерева

УДК 678

А. С. Михайлова

СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ -

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ИЗ ДЕРЕВА

Ключевые слова: дерево, древесина, дерево в дизайне, дерево как материал в промышленном формообразовании, дизайн, па-

раметризм, параметрический дизайн, деревянный параметризм.

В статье рассматривается древесина как материал в промышленном дизайне, в том числе дизайне интерьера, новые технологии его обработки, особенности проектирования из дерева и применение дерева в новом стилистическом направлении - параметризме.

Keywords: tree, wood, wood in design, wood as material in industrial shaping, design, parametric, parametrical design, wooden

parametr^ design, wooden design.

In article wood as material in industrial design, including interior design, new technologies of its processing, feature of design from a tree and application of a tree in the new stylistic direction - a parametric direction is considered.

Древесина - древнейший материал, используемый человеком в самых разных отраслях. Ее прочность, твердость, износостойкость и одновременно хорошая деформативность, упругость, водопогло-щение и водоотталкивание, гигроскопичность, внешние свойства (текстура, фактура, блеск, окрас), диэлектрические качества, анизотропность делают древесину уникальным и универсальным материалом, применение которого закреплено в истории и культуре человечества.

Древесина стала авторским материалом культовых архитекторов и дизайнеров ХХ века: Михаэль Тонет, Уильям Моррис, Чарльз Макинтош, Антонио Гауди, Карло Моллино, супруги Имсы. Известный дизайнер Алвар Аалто сравнивал древесину с живым материалом, структура которого похожа по своему строению на человеческие мышцы. Действительно, сложно найти какой-либо другой материал, который мог бы сравниться с деревом по естественной красоте и универсальности. Множество современных дизайнеров вновь и вновь подвергают этот материал испытаниям своей фантазией, находя все новые способы обработки и вариации использования, в том числе сочетания с другими материалами. Отвечает древесина и стремлению современного человека найти спокойствие и умиротворение в окружающих предметах. Тактильные и визуальные ощущения от дерева соответствуют потребности современного человека снять напряжение, обрести равновесие, хоть как-то сгладить некомфортное воздействие высокоурбанизированной среды.

Помимо этого, современный человек ищет альтернативу, находящуюся в гармонии с экологией и устойчивым развитием. Дерево и здесь занимает лидирующую позицию.

Древесина - сама по себе чрезвычайно красивый материал, однако в созвучии с металлом или стеклом (или акрилом, эпоксидной смолой) приобретает особый оттенок, усиливая свои эстетические свойства. При этом эпоксидная смола или алюминий, как текучие материалы, очень часто используются для эстетического заполнения трещин в дереве. А смесь эпоксидной смолы с флуоресцентным порошком позволяет достичь интересного эффекта светимости

проектируемого объекта - такой прием все чаще встречается в дизайне мебели._

Рис. 1 - Примеры соединения древесины с акрилом и алюминием

Заглядывая в историю дизайна, мы видим, что древесинасреди дизайн-наций особенно популярна в Японии и Скандинавских странах. Особенности формообразования в названных странах активно влияют на наше восприятие и использование материала, идеи красоты, функциональности и легкости конструкций находят отклик в работах дизайнеров других стран. На протяжении всего прошлого века скандинавы демонстрировали нам синтез традиций и инноваций.

Эксперименты культового дизайнера АлвараА-алто с применением гнутого дерева привели к целому ряду известных объектов (табурет, кресло-качалка, ширма), мотивы которых легко угадываются в современных мебельных формах IKEA. Без преувеличения можно утверждать, что Алвар Аалто не просто вывел формообразование из древесины на новый уровень, но и во многом создал лицо скандинавского дизайна. Его влияние распространилось на всю Европу и даже Америку, к примеру, Чарльз и Рэй Имс и Ээро Сааринен (рис. 2,3).

С постоянным растущим количеством инновационных технологий меняется и подход к проектированию. Рубеж XX-XXI века был обозначен переходом на системы автоматизированного проектирования в дизайне и архитектуре и новыми стилевыми

тенденциями в области городской среды и интерьера. Научно-техническая революция середины XX, ознаменовав переход к новому типу общества, содействовала и изменению окружающей среды и средств ее создания. Стали использоваться более гибкие методы проектирования, использоваться вычислительный метод. Это стало предпосылками появления параметризма, алгоритмического или генеративного проектирования. Сегодня параметризм объединяет в себе множество различных направлений и находит применение в арт-дизайне, архитектурном и предметном проектировании и прочих областях [3].

Рис. 2 - Скульптуры из гнутой древесины Рэй Имс

Рис. 3 - Детали деревянной мебели Алвара Аалто

Основным лозунгом нового стиля стал принцип "непрерывного дифференцирования" [4], «текучести», элегантности бесшовного перетекания одной формы в другую. Естественно, попытки проектировать подобные объекты вручную чрезвычайно сложны, их построение возможно лишь с применением параметрических алгоритмов и вычислительной геометрии.

Параметризм объединяет в себе множество различных направлений, затрагивая как объемно-пространственное проектирование, так и плоскостное, получившее название параметрического орнамента [5]. Параметрический орнамент предполагает неоднократное повторение геометрического паттерна, наложенного на поверхности, в том числе и искривленные (рис. 4).

Параметризм, именуемый новым крупным стилем после модернизма, стал новой вехой в проектировании и заслуживает внимания дизайнеров из различных областей, потому что эффектно соединяет в себе искусство и программирование, используя возможности современной техники [2].

[М

< 'Ж

якж

щ

• щю

Рис. 4 - Пример параметрического орнамента из дерева

Автоматизированное проектирование и параметрическое моделирование предметных форм поставили перед разработчиками ряд новых вопросов о способах реализации создаваемых объектов, используемых в этом процессе материалах и их качестве. Все чаще в качестве необходимых свойств будущего изделия звучит «устойчивость», «экологичность», «сочетание традиционности и новаторства», «при-родность», «бионичность» и т.п. Дерево и тут проявляет свои лидерские качества и бьет рекорды по использованию.

Безусловно, обозначенные требования связаны с конгломератом проектных параметров, немаловажную роль в котором играет выбранный дизайнером материал, и форма изделия, также зависящая от используемого материала и технологии обработки. Даже в зарубежных изданиях мы встречаем критический взгляды о разобщенности формы и материала, не смотря на то, что во всех дизайнерских образовательных программах такая взаимосвязь — один из основных законов проектирования.

Все больше архитекторов и дизайнеров по всему миру выступают за интегративное проектирование с надеждой, что обедневшее за последнее время представление о роли формы изделия и логической связи с материалом, изменится в лучшую сторону. Например, архитекторы Ахим Менгес и Михаэль Хен-зель настаивают на идее интегративного проектирования в будущем и усиливают осмысленную роль применения материала [1]. С их точки зрения, материал становится важным инструментом понимания самой сути формы, а форма помогает раскрыться материалу во всех его достоинствах. Эта дуалистич-ность рождает новые комплексные взаимоотношения формы и материала, а не их разделение, распространившееся в конце ХХвека. Хорошим примером такого образования является инсталляция Штефана Райхерта«Responsive Surface Structure» (отзывчивая поверхностная структура), в которой прекрасно отражены гигроскопические свойства древесины.

Инсталляция из небольших тонких деревянных пластин становится и эстетическим объектом, и хорошим показателем влажности в пространстве Проект наглядно демонстрирует поглощение древесиной влаги из воздуха и, в связи с этим, изменение размера модулей, из которых состоит конструкция (рис.1).

Рис. 5 - Инсталляция Штефана Райхерта «Responsive Surface Structure»

Современные цифровые производственные методы в сочетании с пониманием особенностей материала, как было продемонстрировано в прошлом примере, становятся мощными инструментами реализации идей дизайнеров.

Например, быстрое прототипирование (RapidPro-totyping) позволяет экспериментировать с материалами, вырабатывая новый язык и тектонические формы.

К сожалению, цифровые инструменты производства — станки с числовым программным управлением и манипулятором, по-прежнему требуют достаточно больших издержек. Тем не менее, архитекторы и дизайнеры не отказываются от этого перспективного направления, сочетая высокотехнологическое производство с ручным трудом.

Модель объекта выполняется посредством параметрического компьютерного моделирования, после чего автоматически происходит разбор модели на элементы, раскладка их на листах деревянного материала, нарезка. Сбор модели осуществляется уже вручную, причем монтаж может быть осуществлен даже неподготовленными специально людьми.

Рис. 6 - Camera Obscura на Лонг Айленд

Параметрические методы проектирования позволяют реализовывать высокоточное использование стройматериалов. Профессор Ахим Менгес в Высшей школе дизайна в Оффенбахе успешно экспериментирует с древесиной и деревосодержащими материалами. В его проекте «Гироскоп. Метеочувствительная морфология» в соавторстве со Штефаном Райхертом достигается эстетически привлекательная биоморфная форма, реагирующая раскрытием некоторых элементов на содержание влаги в воздухе [2]. Это чрезвычайно показательный пример, демонстрирующий нам, что в череде нагнетаемого техницизма и электронизации нашего предметного окружения, есть абсолютно простой способ получения живого отклика от объектов в среде. Сама природа

древесины предлагает нам потряс^щие возможности реагирования, что отвечает современному требованию человека к отзывчивости объектов, их интерактивности.

Рис. 7 - Ахим Менгес. Штефан Райхерт. Гироскоп. Метеочувствительная морфология

Основная гипотеза проведенных экспериментов была резюмирована следующим образом. Можно разработать специальную стратегию для того, чтобы использовать гигроскопичное поведение древесины для создания архитектурной материальной системы, которая будет взаимодействовать с окружающей средой, и развивать функциональные возможности через это поведение.

Рис. 8 - Ахим Менгес. Метеочувствительная морфология-2

В другом проекте «Дифференцированная растяжимая деревянная морфология ламината» мы наблюдаем взаимодействие отдельных модулей, связанных с друг другом. Авторами представляется система элементов из ламината, которая ведет себя как активная — растяжимая и сжимаемая — структура с дифференцированной поверхностной артикуляцией. Исследование, проявившее себя в этой легкой структуре, сосредоточено на инструментализа-ции кривых поверхностей, преобразовываемых через манипуляцию геометрии и ориентации волокна в непрочные упругие модули, способные к поддержанию растяжимого груза.

Модуль для каждой единицы состоит из двух типов связанных элементов — и и V — принимающих на себя нагрузку разного направления. В вычислительном отношении распределение силы определено через простую сетку частиц и пружин. Оба элемента модуля сотрудничают как растяжимая поверхностная структура, элементы и-направления служат, чтобы определить основную поверхность. Элементы V-направления обеспечивают выгодную гибкость, компенсируя различные деформации. Более жесткие элементы, использующие больше слоев фанеры, расположены по краю, фиксируя периметр. Степень перекрывания друг друга ламинатными плитками зависит от переменных поверхностных искривлений (рис. 9).

Рис. 9 - Ахим Менгес. Дифференцированная растяжимая деревянная морфология ламината. и и V - элементы. Узлы крепления

Вводя специально ослабленные участки в конструкцию из двуслойного ламината, можно контролировать ее деформацию, в соответствии с приложенными силами (рис. 10).

Рис. 12 - Ламинированные пересекающиеся складки

Проект начался с экстраполяции техники послойного ламинирования, при котором тонкие куски дерева, согнутые в определенном положении, ламинировались друг с другом. Эта стратегия не только придала большую жесткость всей конструкции в результате ламинирования, например, в сравнении с простой суммой ее слоев, но и поддерживает параметрическую форму, которая появилась из самого процесса ламинирования. Таким образом, ряд компонентов из кленового шпона были запроектированы таким образом, чтобы калиброванные пластины каждого элемента давали возможность приближенно представить их поведение при изгибе и кручении. Компоненты были, затем объединены для того, чтобы создать жесткую к изгибу большую поверхность, изгибы и кривые профили которой возникают из кумулятивного поведения каждой из ее частей. В основе этого проекта лежит понятие о том, что неполностью предсказуемое поведение материалов под воздействием окружающей среды может на самом деле продуктивно содействовать выработке окончательной формы.

Одним из основных и самых распространенных методов изготовления параметрических объектов из дерева является метод сечений. Смысл заключается в послойном изготовлении элементов формы и последующем ее соединении. Объекты, созданные таким способом, легко узнаваемы. Вместо того, чтобы строить саму поверхность, секционный метод использует ряд плоских профилей, очертание которых следует геометрии поверхности. Практически все программное обеспечение трехмерного моделирования имеет инструменты для построения сечений или контуров, которые могут мгновенно создать параллельные сечения сложных объектов с заданным интервалом. Изменяя параметры, можно получить разнообразные по форме структуры.

профессор Ахим Менгес, был представлен проект «Морфология ламинированных пересекающихся складок» (рис. 12). Проект преследовал двойную цель. Во-первых, продемонстрировать, как тонкая инженерная поверхность из деревянного шпона может перекрывать пролет без дополнительной поддержки благодаря вновь обретенной жесткости, и, во-вторых, изучить, каким образом спонтанные перформативные отклики материалов могут повлиять на активизацию архитектурных форм

Рис. 10 - Ахим Менгес. Дифференцированная растяжимая деревянная морфология ламината. Искривление поверхности

Проект «Probotics» Хосе Санчеса (JoseSanchez) является еще одним прекрасным примером подачи известных технологий под эгидой параметризма. Вычислительным способом создается анимирован-ная морфологическая модель, напоминающая рост популяции некоего организма, построение любой фазы которого может быть взято за основу будущего изделия. Реализация самой формы выполнена путем изгибания и надрезания древесного листа. При этом форма, которая получилась в итоге современная и не похожая на эксперименты дизайнеров середины прошлого века (рис. 11).

Рис. 11 - Проект «Probotics» Хосе Санчеса

Исследователями из Гарвардской группы «Performative Wood Studio», в которую также входит

Архитекторы экспериментируют с методом сечений для получения, как сложных поверхностей, так и несущих структур.

Изгиб массивных элементов из древесины является традиционной деревообрабатывающей техникой. По сравнению с аддитивным или суб-страктным технологическим процессом, этот процесс формообразования имеет значительные преимущества для производства изогнутых деревянных частей. Изогнутые деревянные элементы очень эффективны и конструктивно выгодны, поскольку процесс обработки паром переориентирует направление волокон в соответствии с кривизной элемента, избегая при этом чрезмерного износа волокна у краев. Поскольку свойства древесины зависят от температуры и влажности материала, пар является традиционным методом для увеличения пластичности ряда лиственных пород, например, таких как, ясень, бук, береза, вяз и белый дуб. В 2011 году в честь Лондонского фестиваля дизайна для музея Альберта была воздвигнута уникальная конструкция — 12 метровая арка из массива красного дуба (рис.13).

Рис. 13 - Инсталляция при входе в музей Альберта. Лондон,2011

Эта конструкция стала своеобразным вызовом для инженеров. В процессе работы для выполнения всех расчетов использовалась программа

«Grasshopper». Именно благодаря ей проектировщики смогли правильно рассчитать зависимость геометрических величин дуг, степени волнистости и поведения самой конструкции. Получившаяся конструкция напоминает гигантскую морскую волну и является самонесущей. В результате выполнения проекта был уникальный потенциал красного дуба для использования в таких сложных проектах с применением вычислительной геометрии.

Параметризм как проектное направление открыл нам XXI век и стабильно укрепляет свои позиции. Возможности, представляемые параметризмом чрезвычайно широки, и это очевидно одно из наиболее перспективных направлений приложений труда современных инженеров, конструкторов, архитекторов и дизайнеров. Один из самых востребованных материалов современном вычислительном формообразовании — древесина. Параметризм с особым смыслом и глубиной раскрывает свойства этого материала, вдохновляя все больше дизайнеров примкнуть к рядам генеративного формообразования из древесины.

Литература

1. Hensel, M., Menges, A. and Weinstock, M. Eds. Emergence: Morphogenetic Design Strategies. AD Architectural Design Vol. 74, 3. 2004.

2. Сайт экспериментального дизайнера и архитектора АхимаМенгеса. URL:http://www.achimmenges.net

3. Надыршин Н.М. Параметризм как стиль в архитектурном дизайне // Вестник ОГУ. - 2013. - №1.

4. Шумахер П. Параметризм - Новый Глобальный Стиль для Архитектуры и Городского Дизайна // ADArchitecturalDesign- DigitalCities. - 2009. - №1.

5. Михайлова А.С., Надыршин Н.М. Учебное пособие, Параметрический орнамент, издательство: Издательство КГАСУ, Казань, Россия, 2015, 112 с.

6. Morphingfurniture/ Noizarchitects. URL: http://noizarchitects.com/projects/morphing-furniure/

7. Projects/ gt_2P. URL: http://www.gt2p.com

© А. С. Михайлова - кандидат искусствоведения, доцент кафедры «Дизайн» ФГБОУ ВПО «КНИТУ», misuoka@gmail.com. © А. S. Mikhailova - candidate of Art Criticism, associate professor of the department «Design» of KNRTU, misuoka@gmail.com.