Chạc cây (phần gỗ nơi thân hoặc cành cây tách ra làm hai dạng chữ Y) vốn thường bị loại bỏ có thể được sử dụng để thay thế các khớp chịu lực trong các dự án kiến trúc bằng cách sử dụng một kỹ thuật xây dựng do các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát triển. Kỹ thuật này cho phép các chạc cây được sử dụng như các nút hình chữ Y kết nối các phần tử thẳng trong tòa nhà lại với nhau.
Được tạo ra bởi nhóm nghiên cứu Cấu trúc kỹ thuật số tại Viện Công nghệ Massachusetts, phương pháp năm bước này đã được sử dụng để cài đặt một cấu trúc trong khuôn viên trường đại học. Một không gian lớn hơn hiện cũng đang được triển khai.
Các nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống của họ có thể làm giảm tác động môi trường của việc xây dựng bằng cách cung cấp một sự thay thế cho các vật liệu nguyên sinh có độ bền cao nhưng phát thải nhiều như thép, thường được dùng để làm các thành phần kết cấu.
Trong khi đó, chạc cây không chỉ là vật liệu tự nhiên và có thể tái tạo mà còn là phế phẩm được khai thác từ ngành công nghiệp gỗ, vốn chỉ sử dụng các đoạn thẳng của cây gỗ để tạo ra đồ nội thất và vật liệu xây dựng.
Caitlin Mueller, phó giáo sư trong chương trình Công nghệ xây dựng tại MIT và là trưởng nhóm nghiên cứu Cấu trúc kỹ thuật số, mô tả chạc cây là “kết nối cấu trúc được thiết kế tự nhiên” có thể truyền lực rất hiệu quả nhờ hệ thống lưới xơ bên trong chúng.
Bà chia sẻ với tờ báo đại học MIT Energy Initiative: “Nếu bạn lấy một cái chạc cây và chặt vào giữa, bạn sẽ thấy một mạng lưới các sợi xơ vô cùng ấn tượng đang đan xen vào nhau để tạo ra những điểm truyền tải trọng ba chiều”.
“Chúng tôi đã thử tạo ra thứ tương tự bằng cách sử dụng kỹ thuật in 3D nhưng vẫn chưa thể làm ra được thứ gì tốt như thiên nhiên vẫn đang làm hàng ngày”, bà nói tiếp.
Bước đầu tiên trong quy trình năm bước được phát triển bởi Mueller và nhóm Cấu trúc kỹ thuật số của bà liên quan đến việc lập danh mục tuyển chọn các nhánh cây vào thư viện kỹ thuật số. Điều này được thực hiện bằng cách quét 3D và có thể được hoàn thành bằng các thiết bị sẵn có như ứng dụng điện thoại thông minh.
Những lần quét này nắm bắt hình dạng tương đối và hướng của các nhánh, xác định hướng sợi bên trong của chạc cây và suy ra độ bền của nó.
Các chạc cây được phân phối bằng phần mềm và các kết nối kém được đánh dấu bằng màu đỏ
Bước thứ hai liên quan đến việc khớp các chạc cây với các nút hình chữ Y trong một thiết kế kiến trúc nhất định. Điều này đạt được thông qua các thuật toán đánh giá hình dạng của một chạc cây cụ thể sao cho phù hợp với một mắt nối nhất định, sau đó điều chỉnh phân phối tổng thể của các chạc cây để sử dụng sao cho hiệu quả nhất.
Trong bước thứ ba, các nhà thiết kế có thể chơi đùa một chút với hình dạng của cấu trúc, vì thuật toán được sử dụng cho quá trình đối sánh sẽ tính toán lại và lựa chọn phân phối chạc cây tối ưu nhất
Phần mềm do nhóm Digital Structures phát triển tự động tạo ra các thiết kế cho “điểm phù hợp” tốt nhất nhưng cũng cho phép các nhà thiết kế thay đổi các thiết kế này theo sở thích của riêng họ.
Sau khi thiết kế được hoàn thiện, bước thứ tư bao gồm việc cắt chạc cây càng ít càng tốt để tước vỏ và làm cho mối nối khớp với nút đã được chỉ định.
Công đoạn này cũng được tự động hóa, với một thuật toán tạo ra các lệnh mã và các robot tại Trung tâm Công nghệ Autodesk Boston sẽ đảm nhiệm vai trò cắt gỗ.
Ở bước cuối cùng và cũng là bước đơn giản nhất, các cấu trúc được ghép lại với nhau theo cách thủ công “giống như bộ đồ chơi của trẻ em”, với mỗi chạc cây được dán nhãn để có thể được lắp ráp vô cùng đơn giản.
Chạc cây được cắt nhỏ và tạo hình trong một quy trình tự động
Mueller tin rằng, cũng giống như các quy trình thiết kế tính toán hiện tại, hệ thống này cuối cùng có thể cho phép các kiến trúc sư khám phá các hình thức mới trong thiết kế.
Gỗ ngày càng trở thành một lựa chọn phổ biến khi ngành công nghiệp kiến trúc và xây dựng cố gắng giảm lượng khí thải carbon đến từ vật liệu và chính việc xây dựng.
Một cái cây lớn được ước tính có thể loại bỏ khoảng 22kg CO2 từ khí quyển trong suốt một năm, có nghĩa là loại vật liệu này không hề tạo ra thêm khí thải carbon, miễn là nó có nguồn gốc cụ thể rõ ràng và được sử dụng một cách có trách nhiệm.
Một trong những vấn đề quan trọng cần giải quyết để nhận ra tiềm năng bền vững của gỗ là số lượng lớn gỗ thừa không được sử dụng bởi ngành công nghiệp gỗ, cùng với các vấn đề xung quanh vận chuyển và xử lý.
Theo: dezeen
Ảnh: Felix Amtsberg
