A-T-G Louvers: Quando l’Architettura Impara dagli Uccelli Tessitori per un Futuro più Luminoso (e Confortevole!)

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi sta davvero a cuore e che, secondo me, rappresenta un piccolo, ma significativo, passo verso un modo più intelligente e sostenibile di pensare l’architettura. Viviamo in un’epoca in cui la crisi climatica ci sbatte in faccia l’urgenza di ripensare radicalmente come costruiamo i nostri spazi. Non basta più fare edifici “belli” o “funzionali”; dobbiamo integrare profondamente la sostenibilità, sia ambientale che sociale.

La Crisi Ambientale è una Crisi del Design?

Sembra una domanda forte, ma pensateci: il modo in cui produciamo oggetti, costruiamo edifici, utilizziamo il paesaggio ha un impatto enorme [1]. Si dice che fino all’80% dell’impatto ambientale del settore edile sia deciso proprio nelle prime fasi di progettazione [2]. Ecco perché dobbiamo cambiare mentalità! Ma la sostenibilità non è solo una questione ambientale (risparmiare risorse, usare materiali ecologici). Oggi parliamo di un approccio olistico che include l’aspetto sociale (benessere delle persone, comfort) ed economico [3].

Le strutture spaziali flessibili, quelle fatte con elementi lineari leggeri che si piegano per creare forme complesse, sono fantastiche dal punto di vista ambientale: leggere, efficienti nell’uso dei materiali [4]. Spesso, però, finiscono per essere un po’ ripetitive e si concentrano meno sull’aspetto sociale [5].

Riscoprire il “Master Builder” e l’Ispirazione dalla Natura

Una volta c’era la figura del “Master Builder”, un costruttore-capo che supervisionava tutto, dal design alla realizzazione, con una conoscenza profonda di materiali, forme, strutture [6, 7]. Poi, dal Rinascimento in poi, i ruoli si sono frammentati: architetti, ingegneri, costruttori… Ognuno nel suo. Questa separazione, sebbene abbia portato specializzazione, a volte crea inefficienze, spreco di materiali e costi maggiori [10]. Oggi si cerca di recuperare quell’approccio integrato [11-15].

E qui entra in gioco la natura. Avete mai osservato un uccello tessitore (Weaverbird) al lavoro? È incredibile! Questi piccoli architetti piumati piegano e intrecciano lunghi e flessibili fili d’erba per creare nidi complessi, adattando la struttura al comfort e all’ambiente circostante [31-34]. Non è un assemblaggio casuale; c’è una logica, un adattamento alle condizioni (vento, pioggia) [32]. Usano principalmente materiali simili a listelli, sfruttandone la geometria in modo “consapevole”.

Ecco, proprio ispirandomi a loro, ho iniziato a esplorare come potremmo usare listelli flessibili in architettura in modo nuovo, bilanciando risorse materiali con esigenze architettoniche, strutturali e ambientali.

Nascono le A-T-G Louvers: Geometria, Materiali e Torsione

Il risultato di questa ricerca è un concetto che abbiamo chiamato A-T-G Louvers (Asymptotic-Twist-Geodesic Louvers). Si tratta di una struttura a griglia spaziale che usa una combinazione personalizzata di pattern di listelli per controllare un aspetto sociale fondamentale: l’abbagliamento (il fastidioso riflesso della luce), specialmente in uffici e postazioni di lavoro con computer.

Cosa significa A-T-G? Combiniamo due tipi comuni di pattern per i listelli su una superficie curva:

• Geodetico (G): Il profilo del listello è piatto, tangente alla superficie. Immaginate un nastro adesivo appoggiato su una palla.
• Asintotico (A): Il profilo del listello è “in piedi”, perpendicolare alla superficie. Immaginate di mettere il nastro adesivo di taglio sulla palla. Questo rende la struttura più rigida e trasparente [53].

La vera magia sta nella transizione tra questi due pattern. Per passare da uno all’altro in modo fluido e continuo, il listello subisce una torsione (Twist – T) di 90° lungo il suo asse longitudinale. Questa combinazione non ripetitiva (asintotico-torsione-geodetico) ci dà una libertà progettuale incredibile!

Perché il Compensato e Come Funziona la Torsione?

Per il nostro prototipo abbiamo scelto listelli sottili di compensato (3 mm di spessore, da pioppo austriaco sostenibile). È un materiale flessibile, leggero, esteticamente piacevole, economico e relativamente facile da lavorare [194]. La sua flessibilità ci permette di ottenere le curve desiderate semplicemente piegando i listelli piatti (si parla di strutture “bending-active” [41, 43]), senza bisogno di costose casseforme o processi di preformatura ad alta energia.

Ma quanto si può piegare e torcere questo compensato prima che si rompa? Abbiamo fatto un sacco di test fisici! Abbiamo costruito un dispositivo per misurare come si comporta un listello (largo 50 mm) quando viene piegato e torto a diverse angolazioni (0°, 45°, 90°) e su diverse lunghezze. Abbiamo scoperto che il raggio minimo di curvatura è di circa 180-200 mm (ma per sicurezza nel progetto abbiamo usato 230 mm) e che per ottenere una torsione completa di 90° serve una lunghezza di transizione di circa 650-680 mm (usando 700 mm per sicurezza). Questi dati sono stati fondamentali per informare le nostre simulazioni digitali.

La torsione, quindi, non è vista come un problema strutturale (come spesso accade [200]), ma come un’opportunità: è il nostro “mediatore” che permette di passare dolcemente da zone della struttura con caratteristiche diverse (più rigide e trasparenti con pattern asintotico, più dense e “piatte” con pattern geodetico).

Progettare le A-T-G Louvers: Un Processo Integrato

Il nostro obiettivo era creare un’alternativa alle classiche tende avvolgibili per un ufficio con grandi finestre esposte a ovest, soggetto a forte abbagliamento pomeridiano, ma con una splendida vista sulle montagne che non volevamo bloccare del tutto.

Il processo di design è stato affascinante e ha seguito tre step principali:

1. Segmentazione e Ottimizzazione: Abbiamo diviso virtualmente la superficie della finestra in 12 segmenti. Per ogni segmento, abbiamo definito dei parametri: distanza dalla finestra (0-500mm), orientamento del profilo (parallelo/geodetico o perpendicolare/asintotico) e trasparenza (20%-70%). Usando strumenti di simulazione (Ladybug/Honeybee [142] per l’analisi dell’abbagliamento annuale – Glare Autonomy, GA [141]) e un algoritmo di ottimizzazione evolutiva, abbiamo esplorato migliaia di configurazioni (ben 612^12 possibilità!) per trovare quelle che minimizzavano l’abbagliamento su una “scrivania virtuale” mantenendo certi livelli di comfort visivo (GA tra 70-95%).
2. Generazione della Superficie Continua: Dalle configurazioni discrete ottimali, abbiamo generato una superficie curva continua e liscia (una superficie NURBS [149]) interpolando i segmenti. Abbiamo mappato i valori di orientamento e trasparenza su questa superficie, creando una sorta di “heatmap” che guidasse il passo successivo. Abbiamo verificato che la curvatura fosse adatta ai pattern (curvatura Gaussiana K<0, anticlastiche, adatte sia ad asintotiche che geodetiche).
3. Generazione del Pattern Geometrico: Sulla superficie finale, abbiamo generato i percorsi dei listelli. Abbiamo iniziato tracciando le curve asintotiche in una regione, poi le abbiamo fatte continuare come curve geodetiche in un’altra regione, usando la “zona twist” per la transizione. Abbiamo usato algoritmi per assicurarci che le curve rispettassero i limiti del materiale (raggio di curvatura minimo, lunghezza di torsione) e le intenzioni progettuali (le viste desiderate, le zone più o meno dense).

Dalla Teoria alla Pratica: Realizzazione e Valutazione

E poi siamo passati alla realtà! Abbiamo costruito un prototipo delle A-T-G Louvers (dimensioni 2580 mm x 1720 mm x 540 mm) all’interno di una cornice, senza toccare muri o soffitti esistenti. L’assemblaggio è stato sorprendentemente veloce: mezza giornata per cinque persone, senza bisogno di impalcature complesse. Abbiamo tagliato i listelli da fogli di compensato, usato delle dime create dal modello digitale per posizionare i punti di connessione sul telaio, e assemblato il tutto. Le connessioni tra listelli asintotici sono a incastro (tagliando 1/3 della larghezza), quelle geodetiche con una vite.

Ma funziona davvero? Abbiamo valutato il prototipo in due modi:

• Osservazione Umana: Abbiamo osservato come le persone usavano lo spazio prima e dopo l’installazione. Risultato? Una preferenza aumentata del 20% per lavorare in quella stanza! Gli utenti hanno apprezzato non solo la riduzione dell’abbagliamento, ma anche la qualità spaziale creata dalla forma curvilinea e dal gioco di luci e ombre, oltre alle viste “incorniciate” verso l’esterno che avevamo progettato. Prima, con le tende chiuse, la stanza diventava buia e opprimente. Ora, la luce è controllata ma l’ambiente rimane vivo e connesso all’esterno. Abbiamo anche notato una maggiore attenzione e meno “stanchezza da riflesso” sui monitor.
• Monitoraggio con Sensori e Simulazione: Abbiamo posizionato sensori di luce (fotoresistenze) su due scrivanie, una davanti alla finestra con le A-T-G Louvers e una davanti a una finestra adiacente non schermata. Abbiamo raccolto dati per mesi (Settembre-Novembre 2023) e confrontato. I risultati confermano le simulazioni: le A-T-G Louvers riducono significativamente l’intensità luminosa di picco (fino a 450 lux in meno!) e rendono la distribuzione della luce più uniforme (deviazione ridotta fino a 150 lx). L’abbagliamento è passato da “disturbante” (DGP > 0.45) a “basso percettibile” (DGP ≈ 0.33). Per estendere l’analisi, abbiamo usato il machine learning (un modello Random Forest [160]) allenato sui dati raccolti e sui dati meteo, per predire le performance su un periodo più lungo (9 mesi). Le previsioni confermano l’efficacia della struttura nel ridurre l’abbagliamento medio (fino a 150 lx in meno) e nel migliorare l’uniformità della luce (deviazione ridotta fino a 100 lx), soprattutto nella prima parte della giornata.

Conclusioni (Provvisorie) e Sguardi al Futuro

Le A-T-G Louvers dimostrano che è possibile creare strutture architettoniche complesse, belle da vedere e soprattutto efficaci nel migliorare il comfort degli utenti, usando metodi di fabbricazione relativamente semplici e materiali sostenibili. È un esempio di come, ispirandoci alla natura (grazie, uccellini tessitori!) e integrando diverse discipline fin dall’inizio (design, ingegneria, analisi ambientale), possiamo affrontare le sfide della sostenibilità in modo olistico.

Questo progetto apre nuove porte per le strutture spaziali flessibili. Non solo per interni, ma potenzialmente anche per esterni (usando materiali più resistenti), facciate di edifici o persino come involucri multifunzionali e portanti. Stiamo già pensando a come sviluppare strutture portanti che integrino aspetti strutturali, architettonici e ambientali in modo ancora più profondo.

Certo, ci sono limiti. Per ora abbiamo esplorato solo due pattern (asintotico e geodetico) su superfici anticlastiche e con un materiale specifico. Ma la strada è aperta! È un invito a ripensare il design, a non accontentarsi di soluzioni standard, ma a cercare risposte su misura che mettano al centro sia il pianeta che le persone che lo abitano.

Fonte: Springer