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20 de Enero, 2021

La madera en la era digital: el aporte de la inteligencia artificial y el rol fundamental de las nuevas tecnologías

Si bien detrás de cada innovación hay un ser humano, los procesos computacionales y robóticos han ido ganando terreno, sobre todo, en el ámbito de la arquitectura y la construcción, combinando los campos de diseño, planificación, ingeniería y hasta carpintería. Más que una nueva forma de trabajo, un nuevo prisma que llegó para optimizar y desafiar el uso de este material desde la enseñanza universitaria tanto en Chile como en el extranjero.

Si hace un poco más de veinte años hubiéramos podido viajar al futuro para echar un vistazo, de seguro al regresar nuestro asombro sería tal que hasta podría rayar en la incredulidad. Y no sólo por la interconexión actual que nos hace hablar y vernos en tiempo real desde cualquier lugar del mundo y acceder en segundos a cualquier información que se necesite, sino que también por los increíbles avances tecnológicos que nos permiten dialogar con aparatos electrónicos e, incluso, confiarles nuestro trabajo a softwares computacionales.

En el caso específico del uso, tratamiento, manipulación y proyección del trabajo con madera en esta era digital, encontramos innovaciones en la construcción avanzada, por ejemplo, en el Instituto de Diseño Computacional (ICD) y en el Instituto de Estructuras de Edificios y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart, Alemania. En lo concreto, y junto a sus estudiantes, esta casa de estudios ha estado creando durante años una serie de pabellones experimentales, estructuras que cuentan una historia de diseño computacional y que contienen procesos de fabricación asistidos por computadora para la construcción avanzada.

Fabricación de la Casa Prototipo de madera IBA de ICD / Jens Kestler

El objetivo principal del ICD no es otro que preparar a los estudiantes para el avance continuo de los procesos digitales en la arquitectura, entremezclando disciplinas como la ingeniería, el diseño, la construcción y la planificación. Esto, mediante estrategias de diseño paramétrico y algorítmico, proporcionando una plataforma para lograr una mayor exploración del uso integrado de los procesos computacionales en el diseño arquitectónico, siempre manteniendo un enfoque particular en los métodos integradores para la generación, simulación y evaluación de modelos completos basados en información orientados al rendimiento.

En cuanto a los campos principales de investigación, el ICD se enfoca en el desarrollo teórico y práctico de los procesos de diseño computacional generativo y en el uso integral de los procesos de fabricación controlados por computadora, haciendo especial hincapié en la industria robótica. De esta forma, los avances tecnológicos se integran en la producción de material performativo y sistemas de construcción.

Casa prototipo de madera IBA (Indianbeautifulart)

Casa Prototipo de madera IBA de ICD / Thomas Mueller

Como una demostración empírica de lo que el Instituto de Diseño Computacional (ICD) proyecta y realiza, encontramos una nueva versión de la microarquitectura llevada a cabo a través de una cabaña de troncos que combina los beneficios de la construcción tradicional de madera de bajo costo con los avances en diseño computacional y tecnologías de fabricación.

En contraste con la construcción clásica de troncos mediante apilamiento horizontal, aquí los elementos de madera sólida se organizan como marcos verticales escalonados, orientándose en la dirección fuerte de la madera y permitiendo hacer cortes sin comprender su capacidad estructural. Al mismo tiempo, las ranuras se utilizan como cámaras de aire, lo que reduce la conductividad térmica y aumenta los valores de aislamiento del material, particularidad que la fabricación digital emplea para producir uniones herméticas de alta precisión.

Al ser un enfoque de fabricación y diseño computacional totalmente integrado, permite torcer y curvar suavemente techos y paredes. Además, el sistema de construcción mono-material resultante y altamente sostenible actúa como estructura envolvente y aislante, cumpliendo con los estrictos estándares de ahorro de energía alemanes.

Instituto de Estructuras de Edificios y Diseño Estructural (ITKE) y Torre Urbach

Paralelamente al ICD, el Instituto de Estructuras de Edificios y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart centra su actividad en el desarrollo de estructuras como el aspecto principal de la arquitectura. El objetivo de ITKE es trascender los límites actuales de la disciplina mediante la aplicación de las últimas innovaciones tecnológicas en ingeniería y mediante la puesta en acción de nuevos materiales para construir. Asimismo, los dos intereses clave del grupo de investigación son el desarrollo de estos materiales de alto rendimiento junto con la morfología estructural y el estudio de sistemas estructurales innovadores.

Torre Urbach / ICD

Uno de los proyectos que reflejan vívidamente estos conceptos es la Torre Urbach, una estructura de madera única diseñada a partir de un nuevo proceso de automoldeado y que constituye un cambio de paradigma en obras de este tipo. “A nivel técnico, la variabilidad natural de un material como la madera es el mayor desafío”, señala Dylan Wood, investigador del proyecto alemán y jefe de programación de materiales del Instituto de Construcción Computacional de Stuttgart. Y ahonda: “Sin embargo, la digitalización en la industria de la madera está muy avanzada en comparación con el resto de la industria de la construcción. Sabemos cada vez más sobre cada registro específico y en este proyecto simplemente cambiamos de, buscar defectos, a clasificar parámetros ligeramente diferentes”, explica.

Lo que sí, al tratarse de nuevas tecnologías, claramente existen ventajas y desventajas que hay que saber detectar y aprovechar; sobre todo al tratarse de un material tan polifuncional. “Al comprender y aprovechar la contracción y el hinchamiento de la madera, podemos crear CLT (piezas contralaminadas) altamente curvado utilizando tableros de madera gruesos y con un mínimo de encofrado o doblado mecánico. El proceso es adaptable, lo que significa que podemos crear una gama de curvaturas que utilizan los mismos procesos de fabricaciones estándar conocidas, utilizadas durante décadas en la industria de la madera. Para la arquitectura, las piezas curvas se prefieren a menudo por su estética y, al mismo tiempo, porque aumentan el rendimiento estructural, permitiendo reducir el grosor de los componentes que soporta la carga. Las desventajas son principalmente que se trata de una tecnología nueva y se necesita tiempo para aprender cómo podemos usarla en la industria”, reconoce.

Nuevas tecnologías empleadas en Chile

Con inquietudes similares a las de Stuttgart, durante un año la Facultad de Arquitectura y Construcción de la Universidad Autónoma de Chile trabajó en la implementación de un moderno laboratorio de fabricación digital y experimentación material llamado MadLab. Este está albergado en el Centro de Transferencia Tecnológica de la Construcción (CTTC), desde donde desarrolla el potencial para transformarse en pionero en investigación y tecnología en nuestro país, siendo el primer espacio de estas características en el sur de Chile.

Laboratorio de fabricación digital y experimentación material / MadLab

Su desarrollo permitirá fortalecer vínculos con diferentes instituciones, pero además colaborar en investigaciones con otros países del mundo. A esto se le suma un equipamiento que permite elaborar y realizar distintos diseños y prototipos en madera y otras materialidades. En lo concreto, Madlab facilitará la implementación de escaneo tridimensional (3D Scanning), desarrollo de archivos para fabricación (CAD Modeling), mecanización mediante maquinaria CNC (CNC Machining) y diferentes tipos de procesos de carpintería y técnicas manuales.

Para operar cada uno de estos elementos, están los arquitectos Mariela Reyes y Mike Arnett, ambos con estudios de nuevas tecnologías de construcción en el extranjero y que prestan dedicación exclusiva a la implementación del laboratorio. En cuanto a su puesta en marcha, Reyes señala que “parte de la tecnología de la fabricación digital ya está implementada en parte del mundo. Nosotros en Chile estamos un poco más atrasados, pero la industria de la construcción 4.0 es lo que está en boga. Nos estamos poniendo al día como escuela para transmitir el conocimiento no sólo al pregrado, sino también al postgrado y hacia la industria”.

Fabricación digital Woodflow / Strong by Form

Otra evidencia interesante de la implementación de nuevas tecnologías en nuestro país la encontramos en “Woodflow” de Strong by Form, un tipo de fabricación digital que replica las formas y la orientación de las fibras de los árboles. El proyecto, de hecho, obtuvo el primer lugar en el Wood Startup Challenge de Madera21 y se encuentra actualmente en plena etapa de expansión. Al respecto, Andrés Mitnik, CEO y confundador de Strong by Form explica que el desafío “es sacarle el mayor partido al recurso forestal y la forma que hemos encontrado para hacerlo es crear la madera de ingeniería. Quiere decir que agarramos la madera y la transformamos en pequeños chips que después volvemos a juntar. Esto es muy productivo y permite utilizar muy bien los árboles; sin embargo, lo que hace este proceso es romper con toda esta inteligencia natural, es decir, todas las propiedades mecánicas que tiene la madera natural se pierden en este proceso. ¿Qué logramos? Logramos madera de ingeniería, que son materiales bastante interesantes, estables y eficientes, pero que reproducen las técnicas de construcción tradicional a las que estamos acostumbrados. En ese sentido, podríamos imaginarnos un mundo hecho a partir de madera”, visualiza.

Todas estas temáticas referentes a la utilización de nuevas tecnologías en Chile y en el extranjero, fueron profundizadas en el seminario “La madera en la era digital y sus nuevas tecnologías” que Madera21 llevó a cabo durante la Semana de la Madera digital 2020.


Escrito por Felipe De la Cerda E.
Fotografía principal cortesía de dfab

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