O GRASSHOPPER E A IMPRESSÃO 3D À SERVIÇO DA BIOMIMÉTICA

do acesso a computação gráfica. A evolução dos sistemas CAD (Computer Aided Desing - Projeto Assistido por Computador) e CAM (Computer Aided Manufacturing - Fabricação Assistida por Computador) permitem propor novas possibilidades no que se refere à criação e fabricação digital. Esta tecnologia tem trazido novas técnicas para traduzir a analogia de estruturas naturais através de softwares como o Grasshopper que permite uma modelagem orgânica intuitiva e conexão com impressoras 3D para confecção de protótipos e modelos biomiméticos.

O termo design paramétrico refere-se à utilização de software que permite ligar parâmetros numéricos e geométricos para fazer ajustes incrementais de uma peça que, em seguida, afeta todo modelo em cadeia. Neste, as partes do projeto são inter- relacionadas e mudam juntas de forma coordenada. Esta conexão facilita mudanças, relações, adições e reparos no projeto, reduzindo retrabalho e facilitando possibilidades. (QUEIROZ, 2015)

Atualmente, existem muitos softwares paramétricos a serem utilizados por projetistas, tais como o Solidworks, o Solidedge, o Inventor, o Catia, dentre outros, porém, o Grasshopper, plug-in do Rhinoceros, desenvolvido pela Robert McNeel & Associates, permitem em conjunto, a execução da modelagem 3D com uso de parâmetros matemáticos (algoritmos generativos), que possui uma linguagem mais fácil, rápida e intuitiva para geração de alternativas de formas mais orgânicas.

Rattes (2015) comenta que no Grasshopper há encapsulamentos nas entidades comumente conhecidas por Componentes, também chamados de módulos que carregam uma programação com resultado específico. Sua apresentação é dada como uma cápsula que apresenta sua configuração resumida em inputs e outputs, sendo estes, qualquer entidade que relacione dois módulos entre si. O fato de conter inúmeros parâmetros de programação, primordiais para o seu funcionamento, faz com que cada componente do sistema tenha seu funcionamento previsto e controlado pelo comando a ser executado, como por exemplo: Fillet, Explode, Point, dentre outros. (Figura 69)

Figura 69 – Exemplo da interface dos componentes no Grasshopper.

Fonte: (RATTES, 2015).

Sendo assim, esta geração de formas e estruturas por meio de parâmetros facilitam e aceleram o processo de criação, pois permitem a transposição da geometria da natureza ao ambiente computacional (CAD), auxiliando na realização de analogias entre o sistema natural e o design, além de se adequarem com fidelidade ao contexto de complexidade, pelo fato de conceber formas complexas (sistema natural) e a capacidade de ser ajustável por parâmetros, conforme a necessidade ou condições emergentes (mundo complexo). (RATTES, 2015)

Para a Fabricação Digital usa-se ferramentas numericamente controladas por computador (CNC) para fabricar ou prototipar objetos, peças e sistemas. Em documentos acadêmicos, quando ferramentas digitais são utilizadas durante a fase de prototipagem, recebe o termo de prototipagem rápida (rapid prototyping) e quando utilizadas para fabricação, o termo de manufatura rápida (rapid manufacturing) (QUEIROZ, 2015).

A técnica permite cortar e construir peças mais complexas do que as feitas à mão. Com o tempo, as máquinas CNC foram se diversificando e hoje é possível cortar peças com jato de água, fresas, laser e ainda imprimir objetos em 3 dimensões (impressoras 3D). Com a popularização, estas máquinas estão atingindo um público cada vez maior, sob formatos domésticos de "fabricação pessoal", o que tem favorecido também na prototipagem de estudos de artefatos biomiméticos. (QUEIROZ, 2015).

Para ilustrar a união entre o Design paramétrico (Grasshopper), o orgânico (Biomimética) e a fabricação digital (impressão 3D), três pesquisas recentes que utilizaram a metodologia Biomimicry DesignLens serão discutidas a seguir, a de Araújo (2015) que será melhor detalhada para facilitar o entendimento destas técnicas e também a de Queiroz (2015) e a de Rattes (2015). Estas pesquisas foram desenvolvidas em parceria com o PPGDesign da UFPE sob a tutela dos doutores Leonardo Castilho e Ney Dantas do laboratório Nexus (UFPE/BRA), que trabalham na interface entre a sustentabilidade e o design em suas diversas frentes, e também com o grupo BI/OS, que ajudou na manipulação do Grasshopper.

No projeto de Rodrigo Araújo (2015), o software possibilitou utilizar as estratégias da planta Agave, aplicando sua lógica estrutural em escala ampliada de modo a adequá-la no design de estruturas e processos de produção de pranchas de surf. A modelagem paramétrica permitiu que estas estratégias da planta, convertidas em parâmetros, pudessem ser aplicadas em incontáveis artefatos que fazem uso de estruturas leves e resistentes, objetivando atingir economia de material e peso, mantendo a leveza.

Primeiramente, se definiu o input, que foi o shape (outline) da prancha. Para o preenchimento interior, foram definidas células com maior diâmetro possuindo paredes finas, para pontos de reforço, foram definidos tubos longitudinais com paredes espessadas e para a superfície, células mais densas. A solução pensada foi um parâmetro do programa chamado Vonoroi, se trata de um tipo dedecomposição de um dado espaço que contêm elementos distribuídos entre si com determinadas distâncias entre objetos e família de objetos através de pontos, são amplamente encontrados na natureza em diversos campos da ciência e tecnologia, tendo inúmeras aplicações práticas e teóricas. Com ele, as células foram escalonadas com furos nas paredes, depois receberam suavização da forma com união final dos elementos. Na Figura 70 abaixo, a imagem ilustra o resultado final com toda a programação das funções necessárias na forma de um script contendo todas as diretrizes geradas pelo programa. (ARAÚJO, 2015)

Figura 70 – Script gerado pelo Grasshopper da estratégia do Agave aplicado em prancha de surf.

Fonte: (ARAÚJO, 2015).

A diferenciação das células maiores e menores foi feita com a lógica das paredes finas para economia de peso e paredes espessadas em pontos de reforço. Com a lógica da diferenciação das células bem definidas, cada uma é um elemento individual, porém reconhecíveis e agrupadas por padrões. Em cima desta malha bidimensional, se aplicou a função de extrusão, configurando “tubos” iniciais. (ARAÚJO, 2015)

O próximo passo foi a configuração de uma malha determinando os campos através da ferramenta de pontoação, neste parâmetro, essas regiões tornam-se vazadas de uma forma que não compromete a resistência, distribuindo os pontos de tensões ao longo de cada elemento isolado, e depois, em toda estrutura. Com células mais densas foram preenchidos os espaços vazios próximos à superfície e bordas da secção da prancha de surf, esta camada funciona como se fosse a laminação de uma prancha de surf, que é composta por fibra de vidro e resinas poliméricas, é o reforço necessário para evitar trincas e infiltrações, inspirada na resistência que a casca do escapo floral do Agave apresenta. (ARAÚJO, 2015)

A Figura 71 representa as telas com o passo-a-passo do desenvolvimento da estratégia no programa.

Figura 71 – Imagens das telas do modelo desenvolvido por Rodrigo Araújo no Grasshopper.

Fonte: (ARAÚJO, 2015).

A aplicação da estrutura bioinspirada final foi feita apenas numa secção de uma prancha de surf para validação da aplicação da analogia do agave na tecnologia e no design de artefatos como pode ser visto de maneira resumida na Figura 72.

Figura 72 – Estudo e aplicação das estratégias do Agave proposta por Rodrigo Araújo com modelo

impresso em 3D.

Fonte: (ARAÚJO, 2015).

A segunda pesquisa é a da Natália Queiroz (2015), que tinha por objetivo a criação de artefatos que amenizem a situação das ilhas de calor em cidades quentes e úmidas como o Recife, buscando inspiração para isto nas folhas do Oitizeiro, árvore muito utilizada em áreas urbanas conhecida pela sua propriedade de resfriar o ambiente, cujo estudo da morfologia destas folhas revelaram filamentos de alta

densidade, intensamente enrolados, com aspecto de lã, uma espécie de fibra que absorve umidade, sombreia e ainda ajuda a refletir a luz.

Desta forma, a proposta gerada por Queiroz (2015) também utilizou o Grasshopper para configurar seus modelos que depois foram impressos em 3D, servindo de moldes para fabricação dos três blocos modulares (Leaf Brick) que são distribuídos de forma paramétrica de acordo com a necessidade de sombra, possibilitando a aplicação desse conjunto orgânico e complexo em situações diversas, como parede divisória, cobertura ou fachada. Os materiais sugeridos para aplicação foram: fibra de coco e o hidrogel, que usam naturalmente a água como termorregulador e possibilitam o plantio de vegetais simples como musgos e trepadeiras, colaborando ainda mais com a situação de diminuição de calor como pode ser visto, de maneira sintetizada nas Figuras 73 e 74.

Figura 73 – Leaf Bricks Modules, artefatos desenvolvidos no Grasshopper que amenizam a situação

das ilhas de calor em cidades quentes e úmidas por Natália Queiroz.

Figura 74 – Estudo e aplicação da analogia da folha do Oiticeiro em modelos impressos em 3D que

geraram o molde em silicone para fabricação das peças modulares em fibra de coco, resina de óleo de mamona e hidrogel.

Fonte: (QUEIROZ, 2015).

A última pesquisa apresentada é a de Rafael Rattes (2015), que tinha por objetivo gerar máquinas abstratas com foco em estratégias de meta-artefatos hidrofílicos a partir da investigação do tecido parênquima do mandacaru. Através da análise das suas características funcionais e morfológicas, ele ofereceu um workshop

aos alunos da UFPE em Caruaru para gerar alternativas nesta transposição da analogia da planta e, dentre outras estratégias geradas, a escolhida para ilustração foi a de uma superfície que retém e armazena água da umidade do ar e das chuvas, com aplicação sugerida pelos alunos numa parada de ônibus. Lembra-se aqui que esta escolha não exclui a possibilidade desta superfície ser aplicada em outros artefatos.

A proposta trazida por Rattes (2015) também utilizou o Grasshopper para estudar e gerar as alternativas de configuração da proposta. Para isto, realizou uma modelagem orgânica da superfície da parada de ônibus através de um padrão hexagonal conforme a ilustração obtida no workshop, que, no entanto, foi mudada, através de um script com componentes do software que permite uma adequação estética ao que é encontrado na natureza, alterando esta malha para uma forma mais elíptica (célular) que Rattes melhor associou ao estudo feito do tecido parênquima. Em seguida, cada vazado destas células foi preenchido com uma película semielipsóide, preenchida por sua vez, por uma malha interna com vazados similares aos desenhos de células. As Figuras 75 e 76 apresentam a síntese do processo da pesquisa de Rattes, inclusive de seus modelos impressos em 3D, e também da sugestão de Aplicação como parada de ônibus

Figura 75 – Superfície desenvolvida no Grasshopper por Rafael Rattes, baseada na analogia do

Mandacaru.

Figura 76 – Modelo impresso em 3D e aplicação em parada de ônibus da estratégia desenvolvida.

Fonte: (RATTES, 2015).

É importante salientar ainda a existência de softwares que a tecnologia hoje permite, capazes de gerar simulações realistas não apenas de gráficos, mas também de materiais, intempéries naturais, verificação estrutural, e que são bastante úteis quando se intenciona levar o estudo a uma dimensão real.