Projekt · Material · Institute of Media Design · 2016
01Projektdetail

Algorithmische Wärme

Wachs als reaktives Medium zwischen digitaler Steuerung und physischem Verhalten

ExperimentMaterialstudieRobotikWachs

Vier Versuchsanordnungen mit einem UR5-Industrieroboterarm erkunden Wachs als Material an der Grenze zwischen algorithmischer Steuerung und eigenständiger physikalischer Reaktion.

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StatusExperiment
KontextInstitute of Media Design
Jahr2016
WerkzeugeUR5 · Rhino · Grasshopper · Python
SystemtypMaterialstudie
ArtefakteVersuchsreihe · Prozessdokumentation
FormatSeminar · Freier Entwurf
ZusammenarbeitGruppenarbeit
01Überblick
Abstract

Vier Versuchsanordnungen mit einem UR5-Industrieroboterarm befragen Wachs als Material zwischen digitaler Steuerung und physikalischer Eigenlogik. Thermische Erosion durch Heissluft, Gusslogik über programmierte Bewegungspfade, mechanische Kreisbewegung während des Erstarrens und analoger Thermoschock durch Eis: Jeder Versuch offenbart eine andere Eigenschaft. Das Wachs antwortet, setzt Grenzen und schreibt seinen eigenen Zustand in die Form ein.

ABB. 01 · UR5-RoboterarmFigurePlate · Dokumentation
ABB. 01 · UR5-Roboterarm
UR5-Industrieroboterarm mit Bewegungsbahnen. Institute of Media Design, 2016.
02Ausgangspunkt

Wachs als reaktives Material

Im Rahmen eines experimentellen Seminars stand Wachs als reaktives Material im Mittelpunkt. Die zentrale Frage war nicht formaler Natur, sondern prozessual: Wie verhält sich heisses, flüssiges Wachs unter verschiedenen physischen Eingriffen? Welche Spuren hinterlässt Energie in einem instabilen, phasenändernden Stoff?

Das Wachs ist kein passives Substrat. Es antwortet, setzt Grenzen und schreibt seinen eigenen Zustand in die Form ein.

Das Seminar begann mit einem UR5-Industrieroboterarm, gesteuert über Rhino, Grasshopper, das Scorpio-Plugin und Python. Im Verlauf entstanden vier eigenständige Versuchsanordnungen.

ABB. 02 · Grasshopper-DefinitionFigurePlate · Werkzeug
ABB. 02 · Grasshopper-Definition
Grasshopper-Definition zur prozeduralen Steuerung des Roboterarms. Rhino, Institute of Media Design 2016.
03Vier Versuchsanordnungen

Dasselbe Material, vier Bedingungen

Die vier Versuchsanordnungen befragten dasselbe Material unter unterschiedlichen Bedingungen: mit algorithmischer Hitze, mit der programmierten Route als Gussform, mit mechanischer Bewegung über Zeit und mit analogem Thermoschock.

Experiment 01

Thermische Erosion durch Heissluft

UR5 · Heissluftpistole · Wachsplatte · Gruppenarbeit

Eine Wachsplatte wurde mit einer am Roboterarm befestigten Heissluftpistole bestrahlt. Bewegungsrouten, Geschwindigkeiten und Pausenintervalle wurden über Python definiert. An Stellen intensiver Bestrahlung entstanden Löcher, Blasen und geschmolzene Ränder — der algorithmische Weg als thermisches Relief ablesbar.

Wachs absorbiert Wärme ungleichmässig. Kumulierte Wärmepunkte perforieren, kurzbestrahlte Zonen deformieren nur.
Experiment 02

Thermische Erosion durch Heisswasser

UR5 · Bewegungspfad · heisses Wachs · Eiswasser · Gruppenarbeit

Heisses, flüssiges Wachs wurde entlang des programmierten Bewegungspfades des Roboterarms in ein Eiswasserbad gegossen. Der Thermoschock liess das Wachs beim Kontakt sofort erstarren. Das Resultat ist eine gitterartige Struktur, die den algorithmischen Pfad als materielles Objekt im Raum sichtbar macht.

Die programmierte Route wird zur Gussform. Der Algorithmus schreibt sich als dreidimensionaler Körper in das Material ein.
Experiment 03

Kreisbewegung während des Erstarrens

UR5 · Holzstab · flüssig → fest · Langzeitbeobachtung

Eine konstante Kreisbewegung im heissen, flüssigen Wachs, während dieses langsam erstarrte. Mit fortschreitender Abkühlung bildeten sich konzentrische Schichten erstarrten Wachses, die den Radius zunehmend einschränkten. Der Roboter, programmiert für eine konstante Aktion, wurde vom Material gestoppt.

Der Aggregatzustandswechsel ist nicht passiv. Das Material schreibt die Grenze seiner Bearbeitbarkeit selbst.
Experiment 04

Eiswürfel im heissen Wachs

Manueller Eingriff · Thermoschock · analoges Experiment

Ein runder Eiswürfel wurde in heisses, flüssiges Wachs fallen gelassen. Das umliegende Wachs erstarrte sofort beim Kontakt und bildete feine Wachsfäden um ihn herum. Der Eiswürfel schrieb sich nicht als Hohlraum, sondern als Fadennetz in das Material ein.

Das Eis löst sich nicht auf. Es provoziert eine Erstarrungsreaktion, die seinen eigenen Umriss als Fadenskulptur hinterlässt.
ABB. 03 · Gitterstruktur Experiment 02FigurePlate · Dokumentation
ABB. 03 · Gitterstruktur Experiment 02
Erstarrte Gitterstruktur von oben: Der programmierte Bewegungspfad als dreidimensionaler Körper im Wachs. Institute of Media Design, 2016.
ABB. 04 · Endzustand Kreisexperiment — Experiment 03FigurePlate · Dokumentation
ABB. 04 · Endzustand Kreisexperiment — Experiment 03
Endzustand Kreisexperiment: Konzentrische Erstarrungsschichten um den Stab. Der Roboter wurde vom Material gestoppt.
ABB. 05 · Fadenskulptur Experiment 04FigurePlate · Dokumentation
ABB. 05 · Fadenskulptur Experiment 04
Fadenskulptur um den Eiswürfel: Das Eis schreibt sich als Fadennetz in das Wachs ein — nicht als Hohlraum.
04Werkzeuge & Methoden
Roboter
UR5-Industrieroboterarm
Software
Rhino 3D & Grasshopper
Plugin
Scorpio (Robotersteuerung)
Programmierung
Python (prozedural)
Material
Wachs (selbstgegossen)
Werkzeuge
Heissluftpistole · Holzstab · Eiswasser · Eis
05Reflexion

Material als eigenständiger Akteur

In keiner der Anordnungen wurde ein Objekt geplant. Stattdessen wurden Bedingungen geschaffen, unter denen das Material seine eigene Form entwickelte. Die Integration von Python in Grasshopper ermöglichte den Übergang von parametrischer Formdefinition zu prozeduraler Verhaltenssteuerung.

Kernsatz: Entwerfen heisst nicht, Formen vorzugeben. Es heisst, Bedingungen für Transformation zu schaffen und die Antworten des Materials zu lesen.

06Verbindungen

Arbeitsfelder

  • Prozessbasierter Entwurf
  • Computational Design
  • Robotik & Materialforschung
  • Verhaltensbasierte Steuerung

Prinzipien

  • Prozess vor Form
  • Material als Akteur
  • Bedingungen statt Formen