Introdução

Atualmente, inúmeros projetistas aplicam princípios de automação com o objetivo de criar edifícios que respondam a diferentes estímulos ambientais. Este conceito tem origem no trabalho de Negroponte (1975), que descreve a arquitetura responsiva como sendo o produto natural da integração da computação com a arquitetura para a produção de espaços ou estruturas otimizadas.  Segundo o autor, o início de pesquisas na área foi um reflexo da crise na arquitetura racionalista e da interminável repetição de formas da arquitetura industrializada. O objetivo era criar um espaço inteligente que respondesse a exigências dos usuários. Em diferentes projetos arquitetônicos é possível identificar soluções baseadas na automação do edifício ou de suas partes para promover a adequada insolação e permitir a optimização de processos de ventilação.  Exemplos de fachadas responsivas podem ser encontrados, por exemplo, no Open Restaurant em Amsterdan, projetado pelo escritório CIE architects, ou no Q1 Headquerters na Alemanha, elaborado por JSWD Architekten.

Apesar deste esforço recente, o desenvolvimento de anteparos para a proteção de fachadas e otimização do conforto ambiental em espaços internos, apresenta uma longa história. Exemplos podem ser identificados em painéis de portas e janelas chinesas, em painéis Muxarabis islâmicos ou no brise soleil, empregado amplamente na arquitetura moderna. Além destes, outro importante componente construtivo, criado para regular o conforto nos diferentes ambientes de uma construção, é o cobogó. Este elemento construtivo foi desenvolvido pelos engenheiros Amadeu Oliveira Coimbra, Ernest August Boeckmann e Antônio de Góis, no início da década de 1930, com o objetivo de ser utilizado em edificações de modo a permitir a adequada iluminação e ventilação dos ambientes. Assim como o brise soilel, o cobogó foi largamente aplicado na arquitetura brasileira durante o século XX, sendo possível identificar sua presença não apenas em obras que podem ser consideradas referências da arquitetura brasileira. Atualmente, apesar do cobogó ainda estar presente em diversos projetos, este tem sido gradativamente substituído pelos sistemas de condicionamento de ar mecânico, que apresentam um alto grau de consumo energético. Contudo, as crescentes preocupações com questões relacionadas à sustentabilidade estão promovendo cada vez mais pesquisas que visam identificar soluções alternativas que possibilitem a redução do consumo energético ao longo da vida útil do edifício.

Este artigo visa apresentar os resultados de uma pesquisa que tem como objetivo desenvolver um elemento de proteção de fachadas responsivo baseado no cobogó e voltado para a utilização em climas quentes e úmidos. Cada um destes elementos será­­ controlado por um microcontrolador de placa única que enviará dados para servo motores que posicionam partes do cobogó de modo que seja otimizada a iluminação e ventilação, segundo parâmetros definidos em um algoritmo. Estes componentes deverão funcionar em grupos independentes, possibilitando assim o direcionamento do vento ou o aumento e redução da iluminação segundo a função exercida em um determinado ambiente.

Além de buscar uma alternativa para os sistemas de ar condicionado, a partir do trabalho foi possível simular o processo de desenvolvimento de um componente inteligente, que envolveu em um mesmo trabalho conceitos de modelagem paramétrica, programação, robótica e prototipagem digital. Este foi um processo importante e, como será visto no artigo, o mais significativo da pesquisa. A partir dele foi possível avaliar quais seriam as dificuldades enfrentadas para implementar este tipo de conhecimento em um curso de arquitetura, considerando-se não apenas as limitações financeiras de uma instituição de ensino pública, mas a sua tradição de ensino de projeto.

Metodologia

Como foi explicado, o cobogó foi escolhido como referência para o desenvolvimento do anteparo automatizado. Sendo assim no início da pesquisa foi realizado um levantamento dos diferentes modelos de cobogó utilizados em edificações na cidade do Recife, armazenando dados sobre como este  elemento foi utilizado.   A partir deste banco de dados foram elaborados diferentes protótipos físicos e digitais do elemento automatizado. Este processo foi realizado segundo as seguintes etapas:

1. Definição da geometria dos protótipos: nesta etapa os dados coletados no levantamento foram analisados e definidas as possíveis características geométricas e funcionais que o protótipo deveria ter, fazendo uma correlação com o clima quente e úmido da cidade do Recife. Evitou-se utilizar algoritmos genéticos ou outros métodos generativos na etapa de concepção dos modelos. O objetivo final era construir um modelo físico funcional, mesmo sem acesso a equipamentos de prototipagem a fabricação. Portanto, deveria ser viável construir o modelo com métodos tradicionais. Técnicas de origami, como a Miura Ori, também foram utilizadas para estudar possíveis modelos;
2. Elaboração de modelos físicos dos protótipos: Utilizando diferentes materiais, tais como papel, balsa, e papelão foram elaborados diversos modelos físicos e testada as diferentes possibilidades de movimentação de suas partes;
3. Teste em ambiente de modelagem paramétrica: a partir dos modelos físicos foram elaborados protótipos digitais para a simulação do movimento e alterações de parâmetros de controle da forma geométrica. Nesta etapa foram utilizadas como ferramentas o Rhinoceros e o Grasshopper. A partir destes modelos foram feitas simulações focadas apenas no comportamento de um cobogó e em uma parede com várias unidades;
4. Teste dos modelos digitais em aplicativos de análise de ventilação e iluminação: nesta etapa, aplicativos de análise ambiental (Autodesk Ecotect, Geco+ Grasshopper) foram utilizados para compreender como se comportaria o protótipo em relação à circulação de ar e a proteção da luz direta do sol;
5. Correlação entre sensores e modelos digitais: por meio de sensores de temperatura e luminosidade foi realizada uma ponte entre modelos digitais e mundo real para tentar identificar como os protótipos, ainda em formato digital, reagiriam em relação à parâmetros ambientais (Arduino, Gobetwino, Processing IDE, Rhinoceros e Grasshopper);
6. Elaboração de protótipos físicos funcionais do modelo: o protótipo final, como será visto, foi elaborado com três fitas largas de poliéster posicionadas paralelamente, na horizontal. Cada uma das pontas das fitas é fixada a um servo motor acoplado em uma esquadria de alumínio de formato retangular. Cada uma delas se move separadamente, e, por meio de torção, promovem a circulação de ar e entrada de luz adequada no ambiente.

Como será visto no artigo, apesar de terem sido desenvolvidos protótipos digitais com uma geometria complexa, o protótipo físico final foi elaborado com materiais simples e com reduzida complexidade geométrica. Optou-se por esta estratégia devido a restrições em relação a obtenção de materiais e equipamentos adequados confecção do modelo e sua automação.

Resultados

O artigo abordará todo o processo de desenvolvimento dos modelos, detalhando as ferramentas, métodos utilizados em cada etapa da pesquisa. Além dos modelos desenvolvidos a partir de cobogós também serão apresentados modelos físicos e paramétricos de estudos realizados a partir da geração de formas geométricas por meio da utilização da técnica de Origami Miura Ori.

Discussão

Além do objetivo de estudar anteparos de proteção de fachada responsivo, a pesquisa visava investigar a possibilidade de introdução de conceitos relacionado a modelagem paramétrica, programação e robótica em um curso de arquitetura tradicional, onde o ensino se baseia na prancheta. Uma faculdade em que o computer aided design ainda é visto como uma ferramenta de desenho. A contribuição desta pesquisa para o conhecimento não está necessariamente relacionada ao produto final (protótipo), mas no processo em que foi desenvolvido e a as circunstâncias que envolviam o projeto. A pesquisa foi realizada por dois alunos de iniciação científica, graduandos do terceiro ano do curso de arquitetura, que não tinham conhecimento das diferentes ferramentas utilizadas. A partir de um processo de exploração aprenderam conceitos de programação, encontraram as ferramentas de análise mais adequadas para testar o protótipo e desenvolver um modelo físico funcional. Mesmo sem ferramentas de prototipagem e fabricação, que apresentam um custo relativamente alto, foi possível abordar importantes aspectos e conhecimentos de computer aided design.