Topologisch design

Beste brat,

aangezien er weinig interessante dingen gebeuren in het nieuws, wil ik deze week mijn hoofdpost besteden aan iets dat ik fascinerend vind. Ik ga een boom opzetten over topologisch ontwerpen. Feitelijk een natuurlijk principe, en de laatste jaren steeds vaker door ingenieurs toegepast. Stel je moet een brug bouwen. Vroeger berekende je wat er aan dragende kracht nodig was, ontwierp het dan met stalen balken en bouten en zo, misschien deed je er nog een beetje extra bij voor de zekerheid, en je berekende voordat je ging bouwen nogmaals of het sterk genoeg was. Maar tegenwoordig stop je de randvoorwaarden (te overbruggen afstand, te dragen gewicht) plus de eigenschappen van het te gebruiken bouwmateriaal in een computermodel en laat de computer uitrekenen wat economisch het meest voordelige ontwerp is. Daar komen dan resultaten uit die een sterke gelijkenis vertonen met natuurlijke structuren zoals boomtakken of beenderen, zoals onderstaand plaatje, afkomstig van Movares, laat zien.




Dat het zo sterk lijkt op natuurlijke vormen is bij nader inzien niets bijzonders. De natuur doet namelijk al miljoenen jaren datgene wat sinds kort de computer ook kan. Niet voor niets stelt de Alchemie: Natura Artis Magistra (de natuur is de leermeesteres van kunst en wetenschap); de natuur laat zien hoe het kan. In een dragende en levende structuur zoals boom, tak of bot vindt een permanente 'dialoog' plaats tussen de cellen: wat is jouw bijdrage? Als die goed genoeg is dan kun je blijven, en als de bijdrage te gering of overbodig is, dan verdwijn je. Zodoende zijn botten hol en worden boomtakken dikker naarmate ze meer te dragen hebben.

Voor de bruggenbouwers is er wel een probleem, want hoe maak je die door de computer berekende vorm na? Mallen maken voor die meest efficiënte vorm is erg duur, zeker voor zoiets als een brug want de randvoorwaarden zijn veelal uniek dus je kunt je mal maar een keer gebruiken. Dan is het veel goedkoper om van standaard U- of H-balken uit te gaan en je brug aan mekaar te maken. (In de vliegtuigindustrie wordt al wel heel veel jaren van topologisch ontworpen constructies gebruik gemaakt, want daar loont elke gram gewichtsvermindering en bovendien is het seriewerk dus een mal kan vaker gebruikt worden).
Deze impasse lijkt nu doorbroken door het combineren van topologisch design met 3D printtechniek. Als je een machine hebt die jouw unieke ontwerp voor je uitprint, in beton of in staal, dan heb je geen mal meer nodig. Op het onderstaand plaatje, gefotografeerd op een tentoonstelling van het Joris Laarman Lab in het Groninger museum, zie je hoe twee staalprinters zichzelf naar de overkant printen.

http://www.jorislaarman.com/
Mooi toch?

Zou ik nou zelf ook zoiets kunnen maken?
Ik ben zelf immers ook natuur. Wellicht kan ik het intuïtief, zonder rekenpartij.
Ik begon deze post niet voor niets met de uitdrukking 'een boom opzetten'.
Zie het onderstaande keramische werkstuk dat ik afgelopen jaar maakte.

Het is een schaakbord getiteld: 'Chess Tree (not Chestnut Tree)'.

Ciao, Brat