5 Morfogénesis digital y Arquitecturas computacionales

Morfogénesis digital y Arquitecturas Computacionales
Branko Kolarevic
1. Introducción
Conforme se van inscribiendo las infraestructuras digitales en las ciudades y los edificios, las
nuevas formas y métodos de organización espacial están surgiendo (Mitchell 1995). Las
Arquitecturas tecnológicas están siendo reemplazadas por las arquitecturas computacionales de
espacio topológico con geometría no euclidiana; por sistemas cinéticos y dinámicos; así como por
algoritmos genéticos.
Según Peter Zellner (1999), "La arquitectura se está refundando así misma, convirtiéndose en
parte en una investigación experimental de geometrías topológicas, en parte una orquestación
computacional de la producción del material robótico y en parte generativa, como la escultura
cinemática del espacio."
La era de la información, tal como la era industrial antes que ella, no sólo desafía lo que estamos
diseñando, sino también la forma en que diseñamos. El potencial generativo y creativo de los
medios digitales está abriendo nuevas dimensiones emergentes en la arquitectura. Como se
observa en Bart Lootsma (Zellner 1999), "en lugar de tratar de validar el pensamiento
arquitectónico convencional en un terreno diferente, nuestra estrategia hoy, debe permitir que
otros medios y disciplinas se infiltren en la arquitectura para producir nuevos híbridos."
2. Arquitecturas Computacionales
Las arquitecturas computacionales se refieren a los procesos informáticos de generación de forma
y transformación de la misma – esto es la morfogénesis digital. Hay varias arquitecturas
computacionales que se identifican con base en los conceptos subyacentes tales como espacio
topológico (arquitectura topológica), superficies isomórficas (arquitectura isomórfica), cinemática
y dinámica de movimiento (arquitectura animada), animación entre estados (arquitectura
metamórfica), diseño paramétrico (arquitectura paramétrica), y algoritmos genéticos (arquitectura
evolutiva), como se explica en las siguientes secciones.
2.1 Arquitectura Topológica
El ensayo de Greg Lynn (1993) sobre "Curvilinealidad Arquitectónica. Lo plegado, lo flexible y lo
supletorio" es uno de los primeros ejemplos del nuevo enfoque topológico de diseño que se aleja
de la "lógica de conflicto y contradicción" deconstructivista entonces dominante, para desarrollar
una "lógica más fluida de conectividad" que se manifiesta por superficies continuas, altamente
curvilíneas (figura 1). Aquello que define a la arquitectura topológica es su salida de la geometría
euclidiana y su representación de volúmenes discretos en el espacio cartesiano, y el uso extensivo
de geometrías topológicas tipo "láminas de goma" de curvas y superficies continuas,
matemáticamente descritas como NURBS – Curvas y superficies racionales no uniformes basadas
en curvas parametrizadas por otras funciones de curvas diferenciables definidas en porciones.
En el espacio topológico, la geometría no está representada por las ecuaciones implícitas, sino por
funciones paramétricas que describen una serie de posibilidades (Piegl y sierpe 1997).
La forma de una curva o superficie NURBS se controla mediante la manipulación de la ubicación de
puntos de control, los pesos, y los nudos. Las NURBS hacen las formas heterogéneas, aún
coherentes del espacio topológico computacionalmente posible. Al cambiar la ubicación de los
puntos de control, los pesos, y los nudos, se puede producir cualquier número de curvas y
superficies diferentes.
2.2 Arquitectura Isomórfica
Las superficies isomórficas representan otro punto de salida de la geometría euclidiana y el
espacio cartesiano. Los goterones (Blobs o metaballs), a veces llamadas superficies isomórficas,
son objetos amorfos construidos como ensamblajes compuestos de objetos paramétricos
mutuamente infligidos, con fuerzas internas de masa y atracción. Los campos de ejercicio o
regiones de influencia, pueden ser aditivos (positivos) o sustractivos (negativos). La geometría se
construye mediante el cálculo de una superficie en la cual el campo del compuesto tiene la misma
intensidad - de ahí el nombre – de superficies isomórficas (figura 2).
Las superficies isomórficas abren otro universo formal, donde las formas pueden sufrir variaciones
dando lugar a nuevas posibilidades. Los objetos interactúan entre sí en lugar de solo ocupar el
espacio, se conectan a través de la lógica, donde el todo está siempre abierto a la variación, donde
se añaden nuevos blobs (campos de influencia) o se hacen nuevas relaciones, creando nuevas
posibilidades. El límite de la superficie del todo (la superficie isomórfica) se desplaza o se mueve
conforme a la variación en ubicación o intensidad por parte de los campos de influencia. De ese
modo, los objetos comienzan a operar dentro de una dinámica en lugar de una geografía estática.
2.3 Arquitecturas Animadas
Greg Lynn (1999) fue uno de los primeros arquitectos en utilizar el software de animación no como
un medio de representación, sino como uno útil en la generación de la forma. Según Lynn, el
"modelo cinemático" de movimiento prevalente en la arquitectura elimina la fuerza y el
movimiento de la articulación de las formas y las vuelve a introducir más tarde, después del
diseño, a través de conceptos y técnicas de "procesión óptica". Afirma Lynn, que por el contrario,
"el diseño animado se define por la presencia simultánea de movimiento y la fuerza en el
momento de la concepción formal." La fuerza, como condición inicial, se convierte en "la causa del
movimiento y las inflexiones particulares de una forma." De acuerdo con Lynn, " mientras que la
movilidad implica movimiento y acción, la animación implica la evolución de la forma y las fuerzas
que la configuran".
En sus proyectos, Lynn utiliza todo un repertorio de técnicas de modelado basadas en el
movimiento, tales como la animación de fotogramas clave, cinemática directa e inversa, dinámica
(campos de fuerza) y la emisión de partículas. La cinemática se usa en la animación en su
verdadero significado mecánico: para estudiar el movimiento de un objeto o de un sistema
jerárquico de objetos sin considerar su masa o las fuerzas que actúan sobre él. Cuando se aplica la
movilidad, las transformaciones se propagan hacia abajo en la jerarquía de cinemática directa, y
hacia arriba a través de la jerarquía en la cinemática inversa. En algunos de los proyectos de Lynn,
tales como el prototipo Casa en Long Island, los esqueletos con una envolvente global se
deforman utilizando cinemática inversa bajo la influencia de varias fuerzas inducidas por el sitio.
En contraste con la cinemática, la simulación dinámica tiene en consideración los efectos de las
fuerzas que actúan en el movimiento de un objeto o en un sistema de objetos, sobre todo de las
fuerzas que no se originan dentro del propio sistema. Las propiedades físicas de los objetos, tales
como la masa (densidad), la elasticidad, la fricción estática y cinética (o rugosidad), se pueden
definir. Se aplican fuerzas de la gravedad, del viento, o de vórtice, se especifica la detección de
colisiones y obstáculos (deflectores) y se calcula la simulación. El diseño que Greg Lynn hace de un
techo de protección y de un sistema de iluminación para la terminal de autobuses en Nueva York
(figura 3) ofrece un ejemplo muy eficaz para utilizar los sistemas de partículas y para visualizar los
campos de gradiente de "atracción" presentes en el sitio, siendo estos creados por las fuerzas
asociadas con el movimiento y el flujo de peatones, coches y autobuses en el sitio.
2.4 Arquitectura Metamórfica
La generación metamórfica de la forma incluye varias técnicas como la animación entre estados
(keyshape), deformaciones del espacio de modelado en torno al modelo mediante una envolvente
(una deformación de entramado), una curva spline, o uno de los ejes del sistema de coordenadas o
planos, y la animación por trayectoria, que deforma al objeto que se mueve a lo largo de una ruta
seleccionada. En la animación entre estados (keyshape), los cambios en la geometría se registran
como fotogramas clave y el software calcula entonces los cambios entre estados. En las
deformaciones del espacio de modelado, las formas de los objetos se ajustan a los cambios en la
geometría del espacio de modelado.
2.5 Arquitectura Paramétrica
En el diseño paramétrico, son los parámetros de un diseño particular que se declaran, no su
forma. Mediante la asignación de valores diferentes a los parámetros, se pueden crear fácilmente
diferentes objetos o configuraciones. Las ecuaciones se pueden utilizar para describir las
relaciones entre los objetos, definiendo así una geometría asociativa, es decir, la "geometría
constituyente que está relacionada mutuamente " (Burry 1999). De esta manera, las
interdependencias entre los objetos se pueden establecer, y se puede definir el comportamiento
de los objetos mientras suceden las transformaciones. Como observó Burry (1999), "la capacidad
de definir, determinar y reconfigurar las relaciones geométricas tiene un valor particular."
El Diseño Paramétrico a menudo implica un procedimiento, descripción algorítmica de la
geometría. En sus "espectaculares algorítmicos" (Figura 4), es decir, exploraciones algorítmicas de
"producción tectónica" usando software matemático, Marcos Novak (1996) construye "modelos
matemáticos y procedimientos generativos que están restringidos por numerosas variables
inicialmente ajenas a las preocupaciones pragmáticas... Cada variable o proceso es una "ranura"
en la cual una influencia externa se puede asignar, ya sea estática o dinámicamente. "En sus
exploraciones”, Novak se preocupa menos con la manipulación de objetos y más por la
manipulación de las relaciones, campos, dimensiones mayores, y finalmente por la curvatura del
espacio mismo. "La implicación es que el diseño paramétrico no necesariamente predica formas
estables. Como se ha demostrado por Burry (1999), se puede idear un paramorph - una
descripción espacial y topológica inestable de la forma con características estables.
2.6 Arquitectura Evolutiva
La Arquitectura evolutiva propone el modelo evolutivo de la naturaleza como el proceso de
generación de la forma arquitectónica (Frazer 1995). En este enfoque de diseño, de acuerdo con
Frazer,
"los conceptos arquitectónicos se expresan como reglas generativas de modo que su evolución y
desarrollo se puede acelerar y se comprueban por el uso de modelos informáticos. Los conceptos se
describen en un lenguaje genético que produce una secuencia de comandos de código de
instrucciones para la generación de la forma. Los modelos de computadora son utilizados para
simular el desarrollo de formas prototípicas que luego son evaluadas sobre la base de su
desempeño en un entorno simulado. Se puede generar un gran número de pasos evolutivos en un
corto lapso de tiempo y las formas emergentes son a menudo inesperadas."
El concepto clave detrás de la arquitectura evolutiva está en el algoritmo genético, "una clase de
búsqueda adaptativa de procedimientos evolutivos altamente paralelos" tal como se define por
Frazer. Su característica clave es "una estructura tipo cadena equivalente a los cromosomas de la
naturaleza", a la que se aplican las normas de reproducción, cruce de genes y mutaciones. Se
codifican varios parámetros en la "estructura tipo cadena" y sus valores cambian durante el
proceso generativo. Se generan una serie de formas similares, "pseudo-organismos", que luego se
seleccionan de entre las poblaciones concebidas con base a los criterios predefinidos del "más
apto". Los "organismos", seleccionados y los valores de los parámetros correspondientes,
entonces se cruzan, con el acompañamiento de "cruces genéticos" y "mutaciones", pasando así los
rasgos beneficiosos y las mejoras de supervivencia a las nuevas generaciones. Se obtienen
soluciones óptimas mediante pequeños cambios incrementales a lo largo de varias generaciones.
En el proceso de codificación genética, la cuestión central es el modelado de la lógica interna en
lugar de la forma externa. Otros aspectos igualmente importantes son: la definición de los criterios
a menudo mal definidos y contrapuestos y cómo los criterios definidos operan para la selección de
los "más aptos". Es igualmente importante la cuestión de cómo la interacción de la forma
construida y su entorno se transcriben en los procesos morfológicos y metabólicos.
3. Implicaciones
3.1 Dinámica y los campos de fuerzas
El trabajo de Greg Lynn en "forma animada" estaba muy inspirado por D'Arcy Thompson con "El
crecimiento y la forma" (1917), en el cual Thompson argumenta que la forma en la naturaleza y los
cambios de forma se deben a la "acción de la fuerza. "Con su trabajo sobre el uso de dinámicas de
movimiento para generar la forma arquitectónica, Lynn ha demostrado convincentemente lo que
Nicholas Negroponte (1970) sólo había insinuado en su obra seminal de hace unos treinta años,
"La Máquina de Arquitectura ", la cual también se reconoce en la obra de Lynn:
"La forma física, de acuerdo con D'Arcy Thompson, es la resolución de muchas fuerzas que se rigen
por las tasas de cambio en un instante de tiempo. En el contexto urbano la complejidad de estas
fuerzas a menudo sobrepasa la comprensión humana. Una máquina, por su parte, podría procrear
formas que responden a muchas dinámicas inmanejables hoy en día. Este ‘compañero’ no
significaría un augurio del retiro profesional, sino más bien un desencadenante de la imaginación
del arquitecto, presentando alternativas de la forma que posiblemente no sean visualizadas o no
puedan visualizarse por el diseñador humano"
Lynn argumenta que "tradicionalmente, en la arquitectura, el espacio abstracto del diseño se
concibe como un espacio neutro ideal de coordenadas cartesianas", mientras que en otros campos
del diseño, "el espacio de diseño se concibe como un ambiente de fuerza y movimiento y no como
vacío neutral." Lynn argumenta que "mientras que la forma física se puede definir en términos de
coordenadas estáticas, la fuerza virtual del entorno en la cual se ha diseñando contribuye a su
forma "provocando que las fuerzas presentes en el contexto sean fundamentales para la creación
formal en la arquitectura. Lynn atribuye a esta posición, la importancia de un cambio de
paradigma "de un espacio pasivo de coordenadas estáticas a un espacio activo de interacciones",
que él describe como "un cambio de la pureza autónoma a la especificidad del contexto." El uso de
los medios digitales es instrumental para este cambio conceptual, medios tales como el software
de animación, que lo utiliza como "herramientas para el diseño y no como dispositivos de
representación, visualización y creación de imágenes."
3.2 Emergencia y los campos de la indeterminación
El espacio topológico abre un universo donde las formas esencialmente curvilíneas no son estables
pero pueden sufrir variaciones, dando lugar a nuevas posibilidades, es decir, la forma emergente.
Los diseñadores pueden ver las formas, como resultado de las reacciones a un contexto de
"fuerzas" o acciones, como lo demuestra la obra de Lynn. Sin embargo, no hay nada automático o
determinista en la definición de acciones y reacciones, crean implícitamente "los campos de la
indeterminación" a partir de los cuales podrán surgir formas inesperadas y genuinamente
novedosas. Por consiguiente, la capacidad que las arquitecturas digitales tienen de generar
"nuevos" diseños depende en buena medida de las habilidades perceptivas y cognitivas del
diseñador.
Su papel generativo se lleva a cabo a través de la interpretación simultánea del diseñador y la
manipulación del constructo computacional (superficie topológica, campo isomórfico, esqueleto
cinético, campo de fuerzas, modelo paramétrico, algoritmo genético, etc) en un discurso complejo
en continua reconstitución - un discurso ‘auto-reflexivo’ en el cual los gráficos dan forma al
proceso de pensamiento del diseñador activamente.
3.3 La personalización masiva
Los procesos de producción de control numérico de la última década, que permitieron la
fabricación de componentes repetitivos no estandarizados fabricados directamente a partir de
datos digitales, introdujeron al discurso arquitectónico la "personalización masiva" (Mitchell 1999)
y las nuevas lógicas de "serialidad", es decir, la variación local y la diferenciación en serie.
En el proceso, la construcción de edificios se está transformando en la producción de los
componentes diferenciados y su montaje en el sitio, en lugar de recurrir a las técnicas manuales
convencionales. Esta transformación en la manera de construir y diseñar en los procesos de
producción controlados digitalmente se manifestó ampliamente en los edificios de Frank Gehry,
principalmente con su Museo Guggenheim de Bilbao siendo éste es el ejemplo dramático más
reciente.
Para Bernard Caché (1995), en el diseño paramétrico "los objetos ya no están diseñados, sino
calculados", lo que ha permitido el diseño de formas complejas con superficies de curvatura
variable que serían difíciles de representar con métodos tradicionales de dibujo, y que a la vez han
sentado "las bases de la producción no-estándar". Sus objectiles (figura 5) son objetos poco
convencionales, principalmente compuestos por muebles y paneles, que se calculan
procesalmente en Microstation y que se han producido industrialmente con máquinas de control
numérico.
Para Caché, es la modificación de los parámetros de diseño, a menudo azarosa, la que permite la
fabricación de diferentes formas de la misma serie, lo que a la vez se ha volcado en lapersonalización en masa, es decir, la producción industrial de objetos únicos posibles. En otras
palabras, ahora es posible producir "objetos fabricados en serie, matemáticamente coherentes y
aún diferenciados. Así como elaborar, componentes precisos y relativamente baratos de una sola
vez", según Peter Zellner (1999), quien sostiene que en el proceso "la arquitectura se está
convirtiendo en una especie de 'firmware', donde la construcción informática del espacio queda
inscrito dentro de los programas digitales en el hardware constructivo."
4. Conclusión
Las arquitecturas computacionales y digitales están modificando profundamente los procesos de
diseño (y de construcción), aunque para muchos arquitectos, formados en las certezas de la
geometría euclidiana, la aparición de formas curvilíneas plantea dificultades considerables. En
ausencia de una teoría estética apropiada, las formas de "hipersuperficie" (Perrella 1996) a
menudo parecen ser completamente esotéricas y espacialmente difíciles de comprender, ya que a
menudo se dejan de tomar en cuenta por considerarse tan sólo otra arquitectura "de moda".
Vale la pena recordar que la "planta libre" de Le Corbusier y la "fachada libre" son elementos que
permitieron la emergencia de elementos de curvatura variable en los proyectos del movimiento
moderno de mediados de siglo XX. Eero Saarinen (1968) atribuye el resurgimiento de la forma
plástica a los avances en la tecnología de la construcción, aunque reconoce que "son las razones
estéticas, las fuerzas motrices detrás de su uso." Saarinen es bastante prudente en el uso de la
forma plástica, entre líneas observa que tiene una posibilidad de aplicación limitada y advierte que
la "forma plástica por sí misma, aun cuando muy viril, no parece desprenderse." El enfoque
cauteloso de Saarinen para con la forma plástica es un ejemplo de la aparente ambivalencia de los
seguidores del movimiento moderno hacia lo curvilíneo, una actitud todavía muy presente.
A pesar de que les permitió romper la monotonía de lo ortogonal y lo lineal, también marcó la
emergencia de una nueva geometría desconocida, de la cual todavía no estaban seguros (Caché
1995), los seguidores del movimiento moderno ya que"sabían que tenían que evitar, sobre todo,
dos escollos opuestos: primero una disolución en el indefinido y segundo, el retorno a la
representación de la forma natural ", lo primero manifiesto en" la pérdida de la forma ", y lo
segundo en" el laberinto organicista en la que el art nouveau había caído ".
Las actitudes escépticas, o al menos ambivalentes hacia lo curvilíneo a menudo se ven agravadas
por una actitud más bien indiferente en el discurso crítico contemporáneo hacia las formas
("métodos") y medios ("dispositivos") de la generación de forma digital, que buscan
deliberadamente la indeterminación en los procesos de diseño. Lo accidental juega un papel
bastante importante en el establecimiento de los "campos de la indeterminación" a partir de los
cuales pueden surgir nuevas formas genuinas.
Pérez Gómez y Pelletier (1997) argumentan que la tendencia hacia lo accidental debe ser aceptada
como un resultado de diseño legítimo, ya que los sistemas de gráficos digitales imponen un
"espacio homogéneo" que es "inherentemente incapaz de combinar diferentes estructuras de
referencia." Como Mark Burry (1999) agudamente señala, "la emergente teoría crítica... No tiene
vergüenza de aceptar o acomodar benignamente o incluso celebrar el accidente o el error ", con la
implicación de que “el valor intelectual de una perversa renuncia de la autoría (‘diseño’) no se
juzga con un elemento de evaluación superficial, ni tampoco es visto como una potencial
irregularidad artística."
En resumen, las arquitecturas computacionales descritas en este documento requieren ciertas
estrategias de diseño que proporcionan formas de manipulación dinámica de los diseños con un
alto grado de indeterminación. La existencia de este tipo de estrategias no es vista como un factor
limitante en el diseño, la imprevisibilidad, la incertidumbre y la indeterminación todavía están
presentes, al igual que las posibilidades de la "búsqueda de la forma", las cuales parecen
generarse intencionalmente a partir de la emergencia que articulan las técnicas generativas
computacionales.