LA RIVISTA DELLA
2a GIORNATA DIGITALE SVIZZERA
25 OTTOBRE 2018

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LA RIVISTA DELLA 2a GIORNATA DIGITALE SVIZZERA 25 OTTOBRE 2018

Dipl. arch. Robot
Adrian Meyer e Gabi Schwegler

A Dübendorf, Canton Zurigo, sta nascendo la casa del futuro: programmata al computer tramite algoritmi e costruita con robot.

Le menti dietro alla DFAB House: Thomas Wehrle (s.) e Matthias Kohler.
Foto: KellenbergerKaminski

La gru solleva il modulo composto da travature in legno. Lentamente sale fino al cantiere che si trova al terzo piano di questa casa modulare dalla forma strana: l’edificio per la ricerca e l’innovazione NEST sull’area del Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricerca (Empa) a Dübendorf (ZH). L’architetto e capoprogetto Konrad Graser osserva con soddisfazione come gli operai edili fissano il modulo in legno. «Anche se non si direbbe a prima vista, dietro a questa procedura c’è molta hightech e innovazione», afferma. «Ne vado molto fiero».

In realtà il processo sembra poco spettacolare; fino a quando si scopre quali capo­lavori tecnici lo fanno funzionare. Infatti, il modulo in legno, per l’esattezza l’intero appartamento costruito quest’estate nell’edificio NEST, è unico al mondo.
In totale sono stati progettati al computer tre piani tramite algoritmi e fabbricati con robot e stampanti 3D: essi costituiscono la cosiddetta DFAB House, che è stata costruita da ricercatori dell’ETH di Zurigo insieme a partner dell’industria con un budget di 2,4 milioni di franchi. «DFAB» significa «fabbricazione digitale» – una priorità di ricerca del Fondo nazionale svizzero che si occupa della questione di come costruire le case in futuro.

Un algoritmo ha calcolato l’inclinazione delle travature in legno e due robot le hanno tagliate e posizionate in uno spazio libero di un laboratorio hightech dell’ETH di Zurigo. Gli umani osservavano il processo e avvitavano insieme le travature, in collaborazione con i robot. Alla fine sei di questi moduli in legno costituiscono un appartamento di due piani. La cassaforma del soffitto a volta, su cui appoggia l’appartamento, è stata prodotta dalla stampante 3D.

La parete, che sorregge il soffitto e i due piani in legno, è stata costruita da un robot direttamente sul cantiere. Si inserisce nella stanza con spettacolare armonia, come un’onda in calcestruzzo dipinta. Sebbene abbia uno spessore di soli dodici centimetri, porta il peso delle circa 100 tonnellate dell’appartamento (per il 99 percento da sola).

«Con questa casa vogliamo mostrare cosa la digitalizzazione rende possibile nell’edilizia», afferma Graser, responsabile del progetto. «E già oggi». La DFAB House mira a essere uno spunto di riflessione per il settore edile. Partecipano a questo progetto otto cattedre che per la prima volta applicano alla costruzione cinque nuovissime tecnologie digitali per la fabbricazione (vedi riquadro). Un progetto imponente, a cui prendono parte oltre 40 ricercatori e oltre quaranta partner dell’industria.

5 innovazioni digitali del settore edile della DFAB House

1 In situ Fabricator

Un robot da costruzione mobile assemblea da solo una struttura d’acciaio a doppia curvatura e tridimensionale che funge da armatura per la parete portante in calcestruzzo.

2 Tecnologia Mesh Mould

La struttura reticolare fabbricata dal robot funge sia da cassaforma che da armatura della parete in calcestruzzo. Le maglie della rete sono così strette da bloccare il calcestruzzo al loro interno permettendo di dargli forma. Sono così possibili complesse geometrie, senza costi elevati e grandi rifiuti edili. Per costruire la struttura d’acciaio lunga dodici metri a forma ondulata, il robot ha impiegato circa 120 ore di «lavoro».

3 Smart Slab

La cassaforma e il lato inferiore del soffitto a volta in calcestruzzo di 80 metri quadrati sono stati realizzati esclusivamente utilizzando una stampante 3D. Essa offre nuove libertà per quanto riguarda le geometrie e permette di risparmiare materiale e tempo.

4 Smart Dynamic Casting

Questa procedura arma e riempie auto­maticamente il calcestruzzo dei pilastri con diverse sezioni. La cassaforma si adegua sempre da sola.

5 Spatial Timber Assembly

Un sistema multi robot afferra, taglia e colloca autonomamente le travature in legno nello spazio. I robot fanno perfino i buchi per le viti. L’ordine delle travature viene precedentemente calcolato da un algoritmo.

E il trasferimento sembra funzionare: i partner dell’industria vogliono sviluppare ulteriormente alcune di queste innovazioni per applicarle a livello commerciale. La ricerca e l’industria si erano già riunite nel laboratorio dell’ETH di Zurigo. Matthias Kohler, professore di architettura
e fabbricazione digitale presso l’ETH, e Thomas Wehrle, membro di direzione della ERNE AG Holzbau a Laufenburg (AG), volevano imparare l’uno dall’altro come costruire con successo in modo digitale in futuro.

Testiamo la ricerca dal vivo in scala 1:1

I moduli in legno abitabili della DFAB House rappresentano ora il passo compiuto per passare dal laboratorio al reale progetto di costruzione. «Testiamo la ricerca dal vivo in scala 1:1», afferma il professore Kohler. «Collocare le estremità di una travatura in legno lunga tre metri nella posizione corretta non è qualcosa di facile nemmeno per un robot», spiega. «Soprattutto per una materia naturale come il legno, che raramente è diritto al cento percento».

L’assemblaggio delle travature in legno per mezzo dei robot è stato quindi costantemente sorvegliato dai ricercatori dell’ETH di Zurigo e dai collaboratori della ERNE AG Holzbau. Controllavano che i robot non si danneggiassero o che non rovinassero la struttura e avvitavano a mano le travature. «Avvitando le viti l’umano dà una specie di conferma al robot che le travature sono state posizionate correttamente e che i vettoriali generati dagli algoritmi hanno funzionato», afferma il partner industriale Thoma Wehrle.

Foto: NFS Digitale Fabrikation
Foto: NFS Digitale Fabrikation

Per lui proprio questo è il simbolo di come l’industria del legno dovrà lavorare in futuro. Wehrle discute spesso con i collaboratori di ERNE che hanno paura di perdere il loro lavoro a causa della digitalizzazione. «Chiedo loro se vogliono davvero passare tutto il tempo a disegnare al computer casette in legno e a posare pannelli. Possiamo lasciare agli algoritmi questo noioso lavoro di routine e concentrarci invece sulla creazione e sull’esecuzione». Continueranno a essere decisivi gli specialisti formati che hanno imparato il mestiere dalla gavetta, afferma Wehrle. «È la condizione per poter manovrare i robot».

In futuro potremo lasciare i noiosi lavori di routine agli algoritmi.

Anche per gli architetti ci sono stati grandi cambiamenti. Finora la progettazione e l’esecuzione sono processi separati: l’architetto progetta e l’industria effettua il lavoro. Le modifiche successive sono onerose. La novità prevede che i piani non vengano più disegnanti, bensì programmati, afferma il professore Kohler. «Già al momento della progettazione dobbiamo sapere come qualcosa viene costruito. Ad esempio, in che successione vengono realizzati gli elementi». Una volta che è disponibile il progetto finale, si passa alla produzione.

Foto: NFS Digitale Fabrikation

È interessante notare che inizialmente i ricercatori non sapevano quale aspetto esatto avrebbe avuto la DFAB House. Come prima cosa hanno inserito nei programmi soltanto le planimetrie, le dimensioni dei locali, le varie norme e i carichi. Poi i computer hanno calcolato da soli la geometria ottimale della costruzione. Sulla base di questo modello si è poi passati alla costruzione.

Perciò sul cantiere a Dübendorf a qualcuno potrebbe venire un po’ di ansia a camminare sui moduli di legno sapendo che qui tutto viene sostenuto soltanto da una parete in calcestruzzo larga quanto una mano. Perfino tutte le travature in legno dei moduli sono statici. Ciò significa che nessun pezzo di legno ha una funzione ornamentale, sono tutti portanti. Le travature sono disposte in modo tale da costituire una facciata inclinata, che si sporge un po’ verso l’interno e un po’ verso l’esterno. I robot le hanno avvitate con un’angolatura che metterebbe gli umani in grande difficoltà. Avrebbero bisogno di innumerevoli strumenti e dovrebbero continuare a misurare.

Le nuove tecnologie permettono un’estetica completamente nuova.

I ricercatori affermano che la paura che i robot da costruzione e la digitalizzazione producano case sul nastro trasportatore è ingiustificata. La DFAB House lo dimostra: il risultato è proprio il contrario di uniforme e totalmente automatizzato. Le nuove tecnologie permettono un’estetica completamente nuova. Grazie a loro in futuro sarà possibile costruire, a basso costo, anche forme complicate e stravaganti, come quelle del famoso architetto Antoni Gaudí (1852-1926). «La digitalizzazione consente che moduli sempre diversi», afferma Thomas Wehrle della ERNE Holzbau. «Abbiamo libertà di progettazione e ciononostante disponiamo di un assemblaggio, che per noi committenti è molto interessante».

Anche il responsabile del progetto Konrad Graser è entusiasta delle nuove possibilità sul cantiere. Crede che assisteremo a un cambiamento radicale della modalità di costruzione nei prossimi dieci anni. E afferma: «Vogliamo mostrare che nella costruzione l’uomo e la macchina possono collaborare in modo eccellente». Il nuovo collaboratore sul cantiere sarà presto un robot.