INMA es un emprendimiento tecnológico llevado adelante por el autor, en el que se han desarrollado tres tecnologías dentro del campo de la arquitectura, denominadas QUASIBLOCK, QUASIHOUSE y QUASIURBES, una de diseño industrial denominada MUTENTS y dos pertenecientes al campo de la Biología Molecular denominados LFC PREDICTIÓN y SPA3 EXPANSIVE.

Debido a los procedimientos para la obtención de las patentes de estas tecnologías y de las gestiones para el inicio de una Startup de base tecnológica, no se pueden publicar aún fotografías y videos como así también los métodos utilizados pero si las descripciones del alcance de las tecnologías y los trabajos académicos de difusión de las investigaciones básicas.

INNOVACIÓN MORFOLÓGICA APLICADA A LA SUSTENTABILIDAD ARQUITECTÓNICA
 
La morfología como intersección de la arquitectura, la matemática y la biología

Campo disciplinar
Diseño Arquitectónico

Tipo de proyecto
Proyectos de Investigación 

Autor/es
Federico Coscio Farah

Correo electrónico de contacto
fcoscio@hotmail.com

Filiación académica o institucional.
Investigador (Director) Facultad de Arquitectura y Urbanismo UCASAL

Palabras clave: Sustentabilidad, Mutabilidad, Plegamiento, interdisciplinaridad.

Resumen

Esta investigación está centrada en la innovación morfológica aplicada a la optimización de aspectos estructurales, de estabilidad, conectividad, modularidad, mutabilidad y plegamiento de un sistema construible, enfocado en la sustentabilidad arquitectónica con una metodología interdisciplinaria donde interviene el conocimiento arquitectónico, matemático, biológico y cristalográfico.

Objetivos: 1- Generar estructuras moduladas con propiedades autoportantes que eviten el uso de materiales pesados y contaminantes y adquieran condiciones de mutabilidad y plegamiento aportando a la sustentabilidad arquitectónica. 2- Producir un sistema modular capaz de remplazar estructuras tradicionales y adaptarse al dinamismo de las exigencias de uso contemporáneas. 3- Resolver un módulo de emergencia plegable  a partir de un panel de una sola pieza modulada a su vez, que alcanza la aplicación tecnológica de las hipótesis.

La hipótesis principal dice que los sistemas de proporción pueden ser aplicados a la observación de fenómenos naturales para conocer y comprender sus propiedades estructurales.  A través de su resolución algebraica y su debida modulación, es posible  trasladar estas propiedades  al diseño alcanzando un impacto favorable en la sustentabilidad arquitectónica.

Se trabaja Metodológicamente de manera interdisciplinaria, en base a un marco teórico centrado en los sistemas de proporción para (n) dimensiones, que permite resolver algebraicamente espacios geométricos observados en la naturaleza, con propiedades estructurales buscadas en los objetivos. En una segunda instancia las propiedades son experimentadas con maquetas y a través de programas algebraicos para ser trasladadas al diseño de espacios funcionales.

Introducción

La investigación se desarrolla en el marco teórico de la teoría SPA(n) Sistema de proporción para(n) dimensiones y Teoría de Anticristales”, (Coscio, F, 2014), desarrollada  a partir  del estudio de las propiedades de un grupo de números reales  denominados Columnas áureas . La teoría identifica tres tipos de sucesiones con propiedades constructivas diferentes pero complementarias, denominadas “Sucesiones áureas”, “Sucesiones CA” y “Sucesiones ”, estas dos últimas son un nuevo aporte al conocimiento y construcción  de la forma compleja modulada. La complementariedad de las tres sucesiones, permite interpretar el comportamiento trigonométrico de la proporción áurea. El sistema SPA permite la construcción de redes de puntos denominados en este estudio “Espacios Áureos”, estos espacios pueden funcionar como modelos para la interpretación de diferentes ordenamientos que se presentan en la naturaleza que poseen una alta complejidad geométrica. La construcción algebraica de modelos de una notable aproximación a lo natural, permitiría la aplicación a lo tecnológico a través de la morfología de diseño para la obtención de prototipos con las propiedades estructurales originales. En este sentido se considera como propiedades que provienen de un espacio áureo; 1- Optimización de la conectividad entre las partes y de estas con el todo, 2- Optimización de la relación estabilidad y dinamismo de una estructura. 3- Optimización de las estrategias de distribución de elementos autosimilares. 4- Modulación de estructuras complejas. 5- Generación de diversidad formal en equilibrio.

La teoría de Anticristales postula que:

Un anticristal es un ordenamiento o entramado de puntos, que determinan un conjunto de figuras, que pueden teselar un espacio de “n” dimensiones en un diseño que carece de simetría: Traslacional, rotacional, reflexiva o cualquier tipo de simetría. También puede no presentar analogías formales, pero sin embargo responde a principios proporcionales precisos, que permiten encontrar patrones de orden comunes a cualquier parte de la teselación. (Coscio, F. 2014)

Figura 3 – Anticristal.

Desarrollo

Aspecto matemático

El enfoque matemático busca  la coherencia geométrica no como un recurso morfológico, sino como un principio inseparable del lenguaje formal en el diseño, procurando que las exploraciones discursivas en el lenguaje formal, no encallen en incoherencias estructurales, constructivas o de modulación, teniendo en cuenta que en el proceso de diseño que se despliega en múltiples direcciones, los hallazgos formales habitualmente son acorralados desde diferentes flancos por las condicionantes y limitaciones que parecen tener generación espontánea en los abordajes desconocidos.
El concepto de “coherencia  geométrica” gestado en la teoría SPAn, se refiere  a un tratamiento de la forma con un mínimo de “conciencia matemática”,  a través de mallas prediseñadas o entramados tridimensionales de sólidos originados en las posibilidades que permiten los sistemas de proporción que pueden ordenar o interpretar un  espacio dado o ser el punto de partida de una nueva espacialidad.
Los conceptos de teselación, ordenamientos periódicos y aperiódicos, son fundamentales para reconocer la amplitud y diversidad de posibilidades de mallas geométricas que prácticamente se desconocen en el mundo del diseño, principalmente porque no pueden ser construidas fácilmente, y en muchos casos por que se cree erróneamente que solo algunos son útiles o que no existen más que aquellas mallas  de uso tradicional. Una  enorme variedad de posibilidades de teselaciónes se investigan principalmente con los sistemas de proporción en su sentido más amplio, es decir cómo fueron expresados por la matemática V. Spinadel,  a través de la clasificación de los números metálicos, y a través de la clasificación de los números SPAn y la teoría de anticristales  del director del proyecto.

Aspecto arquitectónico

En el campo de lo arquitectónico, la morfología es abordada desde la relación del lenguaje de la forma y la genética de la forma. Considerando que la cosmovisión contemporánea de la arquitectura viaja  sobre los múltiples rieles que trazan los conceptos vertientes de una nueva epistemología del diseño, que van a desembocar  en la dialéctica de la forma arquitectónica en la trama urbana. Siempre se identifican con diferentes metodologías pasos intermedios entre la idea y la forma, tanto en  la interpretación (forma – idea) (Análisis) como en la creación del objeto (idea-forma), en general forma preexistente y proyectada, donde la investigación propone estadíos de reflexión científica que están relacionados al origen geométrico del objeto, que pueden distinguir los principios geométricos  que construyen una forma que alcanza alguna función o significado. La investigación plantea una hipótesis de fondo basada en la observación de la naturaleza  no como simple imitación de su forma corporal sino como reconocimiento científico de  su estructura desde lo molecular hasta lo corporal dado  que la naturaleza se expresa en formas de estructuras óptimas y económicas en el sentido de la entropía de un sistema, y que conducirían  a la sustentabilidad arquitectónica. La investigación intenta explorar estos secretos estructurales, considerando que la libertad en el lenguaje formal no debe desconocer las leyes estructurales que garantizan la justa materialidad de una idea, un aporte a una visión arquitectónica totalizadora y no totalitaria, que busca una herramienta para viabilizar las libertades formales ante las condiciones constructivas y ecológicas.

Parametricidad, lenguajes contemporáneos y sustentabilidad.

Considerando  a lo paramétrico como también a lo sustentable cuestiones inherentes a la arquitectura, en la investigación y la propuesta de modulación de complejidades especialmente, se hace una observación principalmente acerca de las herramientas digitales  surgidas  a partir del  auge de la denominada “Arquitectura paramétrica”, y por lo tanto sobre la influencia de estos generadores de formas en los lenguajes contemporáneos, con la intención de ofrecer un punto de vista  acerca del uso consciente de estos recursos. Los programas de diseño paramétrico utilizan interfaces  que permiten la inserción de datos matemáticos que van a dar como consecuencia formas que pueden incluso ser predimensionadas y construidas, pero al igual que cualquier herramienta que haya surgido en la historia del arte , el diseño y la arquitectura, pueden ser bien o mal usadas no solo por el conocimiento del oficio en el uso de la herramienta, sino por la conciencia y conocimiento de todo el sistema de producción del que forma parte esta herramienta, es decir si los parámetros matemáticos utilizados son desconocidos no se puede reconocer cual es el sistema de producción que sostiene la materialidad de la forma generada, lo cual puede causar incongruencias entre la etapa de diseño y la de construcción, provocando por ejemplo una enorme cantidad de material de desecho o el requerimiento de mano de obra y maquinaria especializada que restringe la posibilidad  de acceso del producto  a un mercado de determinadas posibilidades económicas.

Aspecto biológico y cristalográfico

En el aspecto biológico y de estructuras moleculares, se aborda la morfología haciendo un paralelismo  entre los sistemas físicos y fisiológicos, con los sistemas constructivos y estructurales en el diseño, considerando que la naturaleza tiende a optimizar los sistemas, en cuanto y por ejemplo a la economía termodinámica de un todo integrado y en cada una de sus partes. En el caso de las estructuras moleculares la estabilidad de un sistema depende del tipo de sistema por ejemplo los cristales encuentran una estabilidad estructural  en el ordenamiento de las moléculas que teselan el espacio en base a una geometría de gran simetría, mientras los anticristales pueden ser ordenamiento en equilibrio pero carentes de simetría. Lo destacable es que tanto los cristales como los cuasicristales (ordenamientos aperiódicos con algunas simetrías), los anticristales (presentados en el marco teórico de esta investigación), y las estructuras de proteínas, son estructuras óptimas de acuerdo a su función o propiedad física, y esta optimización proviene de su geometría, más precisamente  de la teselación de poliedros regulares o semiregulares que conforman los sistemas. La observación del fenómeno natural con propiedades estructurales buscadas, se puede conseguir con herramientas algebraicas principalmente a través de los sistemas de proporción lo cual permite su traslación al diseño.
La traslación al diseño de una estructura proveniente de la naturaleza, que posee una propiedad física, como la mutabilidad, el plegamiento, la interconectividad, la estabilidad estática o dinámica, a través de la construcción algebraica  de la estructura es el punto de partida  para alcanzar dichas  propiedades en un objeto o edificio, donde se procura prescindir de materiales pesados contaminantes y no reciclables para alcanzar el propósito de optimización de la  sustentabilidad arquitectónica.
La investigación  está enriquecida en este aspecto por la investigación de “Predicción de estructuras de proteínas”, que el director del proyecto realiza con la colaboración del  Laboratorio de Fisiología de Proteínas de FCEN UBA.

Conclusiones y resultados

Sistema de proporciones aplicados a la sustentabilidad arquitectónica

Siguiendo el orden de los objetivos planteados: 1- Observación del fenómeno áureo en la naturaleza, 2- Análisis geométrico y 3- Aplicación al diseño,  se decidió trabajar en base a planteos que puedan ser aplicados a diferentes problemáticas reales. Las propiedades de los innovadores diseños geométricos (SPAn) fueron exploradas en comparación a diseños convencionales, contemplando que sean aplicables a la totalidad de un sistema constructivo, que pueda satisfacer con una mayor amplitud y eficiencia la sustentabilidad arquitectónica, definiendo así tres líneas de desarrollo para la investigación:

Línea de Investigación 1

1- Diseños morfológicos aplicables a plantas urbanísticas y edilicias que brinden una optimización de conectividad, distribución y economía de recursos, en base a diagramas cuasicristalinos y anticristalinos (SPA2), en 2 dimensiones.

Línea de Investigación 2

2- Diseños morfológicos y planificación de sistemas constructivos que brinden una optimización de resistencia ante movimientos sísmicos, y economía de recursos, aplicados a la distribución geométrica de mampuestos.

Línea de Investigación 3

3- Diseños  morfológicos aplicables a la distribución de estructuras autoportantes, que brinden una optimización de resistencia ante movimientos sísmicos, economía de recursos, que eviten el uso de materiales pesados fijos y contaminantes, con propiedades de  modulación, plegamiento y mutabilidad.

Eco panel multifuncional

En la segunda investigación el objetivo fue: Desarrollar un sistema modular con eficiencia optimizada para posibilidades diversas de necesidad en el hábitat contemporáneo, principalmente; 1- Adaptación del hábitat a la diversidad de necesidades  de la dinámica de la vida contemporánea  2- Demanda de soluciones de diseño que busquen la innovación en la industria de la construcción modular. 3- Reducción de costos, e incremento de la  sustentabilidad, en la construcción del hábitat.
 A partir de los estudios morfológicos desarrollados en el proyecto 1, donde se explora una nueva forma de sistema modular, se investigaron varias opciones de estructuras en forma de una malla modular versátil que puede mutar de funcionalidad desde una pared a un mobiliario, concretando con colaboración interdisciplinaria el prototipo como estructura modular con soluciones técnicas para ser patentado y puesto a prueba como producto industrializable.

Hoy más que nunca el problema del hábitat concentrado en la vivienda (individual, familiar o colectiva) adquiere características particulares relacionadas a una serie de factores condicionantes de su desarrollo: El alto costo de edificación del hábitat con técnicas de construcción tradicional, no solo desde su inicio sino en su eventual modificación, la casi nula capacidad de reciclaje o reutilización de sus componentes (con su consecuente altísima producción de desechos), el robusto sistema estructural necesario para su sostén físico y la costosa demanda de energía y recursos que implican. Paralelamente los modos de vida contemporáneos tienden cada vez más a cambiar rápidamente dejando obsoletos los sistemas constructivos fijos incapaces de adaptarse económica, eficaz y rápidamente a las demandas funcionales. En el mismo sentido, la demanda de mano de obra experta resulta crecientemente costosa y escaza, dejando las labores más artesanales reducidas a un sector más o menos privilegiado y excluyendo a un gran número de usuarios que a su vez demandan o se interesan en la autoconstrucción.   el proyecto “ECO-PANEL MODULAR, MULTIFUNCIONAL ” ofrece un camino de desarrollo de un producto industrializable, con características como la mutación, la adaptabilidad, la reutilización, el bajo costo de demanda energética, de producción de desechos y de fácil manejo sin necesidad de intervención de mano de obra experta, utilizando como matriz modular los sistemas de proporción en tanto su capacidad de modular la diversidad, y la teoría SPAn como sistema que permite acceder a una morfología innovadora en el diseño de complejidades moduladas.

Módulo de emergencia SPAn

 En la tercer etapa de esta investigación el objetivo es desarrollar un módulo de emergencia con eficiencia optimizada para soluciones inmediatas de vivienda o refugio en situaciones de emergencia, generando una respuesta a una problemática de alta demanda de atención en nuestra región, contemplando que la innovación morfológica consiga los siguientes aportes; 1- Optimización en la instalación y armado, 2- Optimización en el traslado y almacenamiento, 3- Optimización en el amanzanamiento, distribución y acoplamiento, 4- Reducción de costos en la producción e incremento de la sustentabilidad, 5 – Optimización de la adaptabilidad a la diversidad bioclimática y topográfica.

Se propone el desarrollo de  un módulo de emergencia, concebido como el refugio provisorio del núcleo familiar, posterior a una catástrofe o evento que obligue a las personas a  abandonar su centro de residencia habitual.
Se considera que, en la actualidad, existen muy pocos aportes desde el lado de las soluciones morfológicas del módulo en la problemática de las viviendas de emergencia, por la falta de la incorporación de herramientas geométricas que resuelvan las particularidades de mutabilidad de la estructura, principalmente de la envolvente y piso. El aporte desde diferentes campos de conocimiento a esta problemática, permitiría alcanzar una solución integral a un problema que debe ser abordado desde diversas perspectivas, pero que deja claro que uno de los puntos fundamentales es la solución formal del módulo.

Esta investigación se inició en el 2017 y cubre la siguiente carencia tecnológica: Falta de soluciones habitacionales que superen las condiciones estructurales y de habitabilidad de una carpa, conservando la autonomía del objeto portable, que sean fácilmente instalables y trasladables, y con costos relativamente bajos. Quienes buscan dar una solución con espacios habitables móviles más firmes que una carpa, a las diferentes problemáticas planteadas, solo encuentran la opción de los “módulos container” de costos cercanos a la vivienda modular, de difícil traslado, alto peso y poca versatilidad en la función.