Петр Новиков и его друзья совместили новейшие технологии в области робототехники и 3D-печати, чтобы создать систему Mataerial. Этот новый метод цифрового производства позволяет печатать любые 3D-объекты на любой рабочей поверхности без необходимости дополнительных структур поддержки — материал застывает в ту же секунду, когда выходит из робота. «Теории и практики» поговорили с изобретателем о железобетоне, индустриальных роботах и о том, как архитектура меняет религию.

На протяжении всей истории архитектуры самые сильные изменения были связаны с появлением новых технологий или новых материалов. Например, римляне первыми начали использовать арки для создания архитектуры и создания акведуков. Это было очень серьезное изобретение — которое позволило построить, например, Колизей. Но у арки были большие ограничения: из-за полукруглой формы у нее были очень сильные расхождения напряжений в разные стороны.

В начале XII века это было решено появлением стрельчатой арки, которая распределяла вес более вертикально. Это маленькое изменение создало готическую архитектуру, которая господствовала еще несколько веков. Более того, готическая архитектура фактически изменила позиционирование Католической церкви. В отличие от романской архитектуры, которая была призвана давить на посетителя церкви, готика должна была возвышать христианина — так был создан, например, Амьенский собор.

В середине XIX века Элайша Отис изобрел безопасный лифт. Примерно в это же время был изобретен стальной каркас. Сама по себе каждая из этих инноваций вряд ли могла сильно изменить архитектуру, но вместе эти два изобретения создали новую типологию зданий — небоскребы.

Одной из последних технологий, которая сильно повлияла на архитектуру, было появление CAD — проекта Айвена Саpерленда, который создал его в 1963 году, будучи студентом MIT. Фактически он создал прототип программы AutoCAD. Архитекторы взяли эту технологию и начали ее применять, но первые 20 лет она фактически была просто переложением обычного ручного черчения на компьютер. В какой-то момент люди осознали, что этот проект позволяет им проектировать такие здания, которые до этого момента невозможно было начертить или даже представить. Например, это делал Фрэнк Гери, который макетировал здания. При этом без компьютера построить такое и найти все сечения было практически невозможно.

Люди научились проектировать сложные элементы, делать нелинейные формы, появилось движение, которое называет себя «Параметризм»: за нелинейные формы и отсутствие повторений. Проблема, впрочем, заключается в том, что мы строим практически так же — несмотря на то, что мы полностью поменяли процесс проектирования.

Проект Захи Хадид в Мексике строился фактически по-мексикански. Забавно, что в названии подрядчика есть слова digital fabrication, хотя от цифрового производства там мало что было. Это не сильно отличается от того, как выглядело строительство Эмпайр-стейт-билдинг практически век назад.

По статистике, в США строительство является одним из самых опасных производств. Эффективность одного строителя в этой отрасли тоже очень невысокая — более того, она сильно падает. Экологический вопрос заключается в том, что здания являются основной загрязняющей частью города как во время строительства, так и во время использования. Это три проблемы, которые перед нами стоят. Какая технология могла бы решить эти проблемы?

В середине XX века человек по имени Джордж Девол изобрел индустриального робота. Он был самоучкой и не учился этому, но он изобрел и запатентовал первого робота, которого продал компании Kawasaki. После этого индустрия производства автомобилей изменилась полностью. Например, появился «завод без света», на котором нет освещения, потому что роботам он не нужен. Роботы работают 24 часа в сутки — и больше никого там нет.

Можем ли мы применить роботов в строительстве? Могут ли роботы решить наши строительные проблемы? Институт ETH Zurich занялся этой темой одним из первых. Речь идет о группе Gramazio&Kohler и ее исследовании: робот, которого они назвали ROB, собирает стенки и инсталляции из кирпичей. Я очень люблю этот проект, потому что эти люди — пионеры, они начали это исследование практически первыми. Но я немного не согласен с этим проектом, потому что они используют в качестве основного материала кирпич.

Кирпич практически во всех странах примерно одинакового размера. Он был придуман, чтобы человек мог взять в одну руку кирпич, в другую руку раствор — класть раствор и класть кирпич. Этот элемент придуман исключительно для людей. Когда мы берем робота, довольно странно использовать те же элементы, которые были придуманы для нас. У робота совсем другие возможности. Подстраивать робота под строительство, которое было рассчитано на нас, немного странно.

Наш проект начинался как исследование. Мы изучили существовавшие на тот момент методы 3D-печати и пришли к выводу, что все они работают по одному и тому же принципу: берется трехмерная модель, которая затем подразделяется на множество горизонтальных плоскостей. На этом строится вся 3D-печать — несмотря на то, что у этого метода есть много ограничений.

В Институте перспективной архитектуры Каталонии я занимался вопросом цифрового производства, самым перспективным и самым интересным видом которого является 3D-печать. Мы сразу же поняли, что надо отказываться от метода горизонтальных слоев — когда нужно большое количество поддерживающего материала, огромное количество опалубки, которая после строительства превращается в мусор. И мы придумали систему, которая позволяет строить дома и любые конструкции без поддерживающих материалов. То есть ты приносишь робота, а он тебе печатает стены, колонны и все остальные части здания.

Эту идею мы придумали с моим другом из Сербии Сашей Йокичем, который учился в том же институте. Для реализации проекта и исследований нужно было найти деньги. Мы так и не нашли инвестиции, но нашли партнера — дизайнерскую студию Joris Laarman Studio в Амстердаме, которая обычно занимается только мебелью. Их заинтересовала возможность производства мебели при помощи нашей технологии. Они арендовали робота и оплатили часть материалов. Мы также общались с их консультантами, которые очень хорошо разбираются в полимерах и помогают студии подбирать подходящий пластик для стульев, столов и так далее. Но по сути всем исследованием занимались мы.

Мы написали программы, которые позволяют переводить модель в линии движения робота. Или, например, управлять экструзией и другими процессами, а также контролировать цвет. В общем, сейчас у нас уже есть рабочий прототип. И мы ждем подтверждения патента, после чего сможем его дальше развивать.

Сейчас довольно много людей заявляют о том, что они обязательно смогут напечатать здание. Норман Фостер, например, исследует возможность печатать бетон. Есть другое исследование в университете USC, профессора Бероха Кошневиса. Они уже печатают бетон в большом масштабе. Но они не могут печатать железобетон, что, на мой взгляд, представляет из себя большое ограничение, потому что бетон сам по себе не работает без арматуры. Есть третий проект — фирма D-Shape итальянского архитектора Энрико Дини придумала 3D-принтер, который использует песок. У него у единственного есть прототип небольшого павильона. И это успешный пример. Он сделал это 6 лет тому назад. Он пионер 3D-печати. Но, к сожалению, с тех пор не особо продвинулся вперед. Главная его проблема в том, что он хочет использовать большую трехосевую машину, из-за чего объект печати должен быть меньше самого принтера, а также не совершенствует строительный материал. То есть если вы хотите построить здание Центрального телеграфа, то придется собрать машину размером с целое здание.

Наш проект заключается в том, что мы придумали систему печати материала, который застывает в ту же секунду, когда он выходит из робота. То есть мы можем печатать в воздухе. И не нужен никакой поддерживающий материал. Если Норман Фостер захочет построить арку с колоннами, то ему надо сперва напечатать колонны, потом — вспомогательный материал для печати арки. После чего надо будет выкидывать этот поддерживающий материал.

К тому же мы используем трехмерные линии, а не слои, потому что слои не работают правильно с точки зрения конструкции. Если представить направление линий напряжения, то они проходят практически перпендикулярно горизонтальным слоям. То есть мы можем строить вдоль линий напряжения, что сэкономит большое количество материала. Стоимость материала не так высока: примерно 30 евро за один заряд робота, которого хватает на 20 метров линии.

Мы видим применение этого проекта в малоэтажном строительстве, потому что мы не можем конкурировать с железобетоном в плане прочности. Но прочности нашего материала хватит для того, чтобы построить два-три этажа. Мы добавляем в раствор стекловолокно и пузырьки стекла — это микроскопическая пудра, которая усиливает наш материал примерно в три раза. И мы сейчас разрабатываем софт, который позволит печатать переплетающиеся линии — тоже для усиления конструкции. Но уже сейчас нашего робота можно применять в создании мебели. С помощью нашего прототипа уже можно напечатать, например, стул.