Strings Pavilion: o processo de design

Gilfranco Medeiros Alves e Cynthia Nojimoto

Gilfranco Medeiros Alves é Arquiteto e Mestre em Estudos de Linguagens. Pesquisador do Nomads.usp - Núcleo de Estudos de Habitares Interativos - da Universidade de São Paulo (USP). Estuda Projeto Arquitetônico, Semiótica e Comunicação em Arquitetura, Cibernética de Segunda Ordem, Cybersemiótica, Computação Gráfica e Ensino de Arquitetura e Urbanismo.

Cynthia Nojimoto é Arquiteta e Mestre em Arquitetura. Pesquisadora do Nomads.usp - Núcleo de Estudos de Habitares Interativos - da Universidade de São Paulo (USP). Pesquisa processos de design e sistemas complexos em objetos interativos.


Como citar esse texto: ALVES, G. M.; NOJIMOTO, C. Strings Pavilion: o processo de design. V!RUS, São Carlos, n. 6, dezembro 2011. Disponível em: <http://www.nomads.usp.br/virus/virus06/?sec=6&item=2&lang=pt>. Acesso em: 22 Nov. 2019.


Resumo

O trabalho apresenta o processo de design do Strings Pavilion desenvolvido durante o AA Visiting School, workshop da Architectural Association School of Architecture realizado na cidade de São Paulo, em julho de 2011. O pavilhão é resultado de um processo de criação coletiva de uma equipe de projeto composta por cinco pessoas em estado de imersão durante dez dias, e que explorou várias possibilidades de experimentações e processos híbridos, a partir de pesquisas sobre as propriedades e comportamentos dos materiais utilizados, assim como de software paramétricos. Foram incorporados e aplicados no processo de criação alguns conceitos fundamentais advindos da Cibernética de Segunda Ordem e da Teoria de Sistemas, tais como loop, feedback e responsividade.

Palavras-chave: processos de design; Cibernética de Segunda Ordem; Sistemas Complexos; design paramétrico; fabricação digital; interatividade.


1. Introdução

As complexidades do produto arquitetônico contemporâneo e suas respectivas demandas levam os arquitetos e designers a experimentar outras possibilidades de criação, de tal forma que as tecnologias disponíveis para o desenvolvimento de projeto (como por exemplo aplicativos paramétricos, técnicas de fabricação digital e interatividade em objetos) têm estimulado a busca por outros processos de design mais condizentes com os fenômenos da contemporaneidade.

Neste contexto, foi desenvolvido pelos autores o projeto Strings Pavilion durante workshop organizado pela Architectural Association School of Architecture na cidade de São Paulo em julho de 2011. Resultado de um processo de design que abrange criação compartilhada, aplicações paramétricas, fabricação digital, interatividade no projeto e produção do objeto arquitetônico, o pavilhão reflete questões que têm sido foco de discussão e debate no cenário atual da arquitetura.

Além de se mostrar como uma reflexão sobre outros processos de design mais coerentes com as atuais tecnologias construtivas e projetuais disponíveis, o Strings Pavilion também se apresenta como uma oportunidade de colocar em prática conceitos teóricos investigados pelos autores. Entre eles pode-se salientar a Cibernética e os Sistemas Complexos. No processo de design do Strings Pavilion tais conceitos foram utilizados principalmente como critérios projetuais que nortearam as decisões tomadas pelos integrantes da equipe de projeto. Destaca-se abaixo, portanto, a relevância da utilização de alguns conceitos que foram diretamente aplicados e relacionados ao projeto.

2. Sobre Cibernética e Sistemas Complexos: critérios projetuais em processos de design

A palavra Cibernética vem do grego kubernetes, que tem em seu centro de significado a ideia do timoneiro que controla o barco dentro de um ambiente instável. A noção de estar controlando a navegação do barco em um ambiente desconhecido (portanto, passível de variações, acontecimentos inesperados e mudanças) é essencial ao timoneiro. Isso porque ele deverá manter-se atento e receptivo ao seu ambiente e às alterações sofridas por ele, protegendo o barco no decorrer de seu curso, definindo suas ações como respostas às condições ambientais onde se insere, de modo a produzir uma reorganização necessária para o equilíbrio do sistema. Esta é a definição de controle utilizada pela cibernética: o observador mais como um guia do que como um controlador top-down.

De acordo com Wiener (1973) a Cibernética pode ser definida como “a ciência do controle e da comunicação, no animal e na máquina”. Para Ashby (1970) a Cibernética é uma “teoria das máquinas”, porém não aborda coisas, mas modos de comportamento. Não inquire “o que é esta coisa?”, mas “o que ela faz?”

[...] a Cibernética trata tipicamente qualquer máquina dada, particular, perguntando não “que ação individual ela produzirá aqui e agora?”, mas “quais são todos os possíveis comportamentos que pode produzir?” (ASHBY, 1970, p. XX).

Dessa forma, surge uma ciência destinada a estudar a questão do controle, regulação e comunicação, onde a teoria da informação desempenha um papel importante, na medida em que se caracteriza por lidar com um conjunto de possibilidades. Wiener concentrou muitos de seus esforços no estudo da linguagem e também no estudo das mensagens.

A Cibernética definida por Wiener na década de 1940 trata da observação dos sistemas, tendo como um de seus conceitos centrais a circularidade (também chamada de retroalimentação ou loop/feedback). A essa Cibernética foi dado o nome de Cibernética de Primeira Ordem. Nesse contexto, a teoria fundamenta-se em observar sistemas sob a ótica da regulação e da comunicação utilizando-se de feedback. O comportamento do sistema pode ser observado por um observador externo no qual o objetivo é mover-se em direção a uma meta (goal). A essência da cibernética é a circularidade, presente nos loops e feedbacks que regulam o sistema para garantir seus objetivos.

Já na década de 1970, Heinz Von Foerster propõe uma revisão dessa ciência, com a inclusão da ideia de observação do observador. Essa revisão foi chamada de "Cibernética da Cibernética" ou Cibernética de Segunda Ordem, que seria, portanto, o "estudo dos sistemas de observação" (SCOTT, 2004, p. 1373). Pode-se formular então que a Cibernética de Segunda Ordem é uma ciência que propõe a observação de sistemas, importando-se também com os resultados da própria ação de observação sobre eles.

No projeto Strings Pavilion, a Cibernética de Segunda Ordem serviu como base conceitual, não só para a retroalimentação constante realizada pelos participantes do processo, mas principalmente para o desenvolvimento das possibilidades de interação que se esperava que o pavilhão apresentasse em relação aos usuários e ao ambiente onde será inserido.

Além disso, nesse processo projetual também foram utilizados alguns conceitos provenientes da ciência dos Sistemas Complexos, que segundo Mitchell seria:

[...] um sistema no qual amplas redes de componentes sem controle central e regras simples de operação dá origem a um comportamento coletivo complexo, com sofisticado processamento de informação, e adaptação por aprendizado ou evolução (MITCHELL, 2009, p. 13, tradução nossa).1

Buscou-se traduzir no projeto essa ideia de regras simples de operação para gerar um comportamento complexo do sistema, ou seja, para que fosse possível a emergência de algo inesperado e não determinado. Dessa forma, esperava-se que a simplicidade das regras produzisse a emergência de uma espacialidade e de um aspecto formal complexos, que fornecessem ao pavilhão uma diferenciação em termos de caráter construtivo em relação ao que ele poderia adquirir se fossem utilizados processos projetuais convencionais em sua concepção.

Assim, a experiência descrita nesse trabalho torna-se um exemplo sobre processos de criação em arquitetura envolvendo questões relacionadas às teorias dos Sistemas Complexos e à Cibernética. Além disso, representa a possibilidade e a importância da exploração das pesquisas teóricas através de práticas projetuais e, mais do que isso, a necessidade de interlocuções entre a Arquitetura e tais teorias, a fim de estimular diferentes atitudes no desenvolvimento do projeto. Isso configura uma urgência de análise e revisão das práticas construtivas frente às ferramentas e aos materiais disponíveis atualmente e ainda pouco explorados.

3. O processo de design do Strings Pavilion

A experiência que resultou no projeto Strings Pavilion foi decorrência de um trabalho em grupo, desenvolvido durante o Workshop da Architectural Association School of Architecture, dentro do programa chamado Visiting School2, realizado entre os dias 12 e 21 de julho de 2011 na cidade de São Paulo.

O programa do workshop envolvia tanto a capacitação dos participantes com aplicativos diversos e linguagens de programação (tais como Rhinoceros, Grasshopper, Rhino Phyton, Processing e Arduino), como também palestras, atividades práticas e atividades projetuais. Assim, nos primeiros dias de workshop foram ministradas aulas sobre os aplicativos mencionados, aulas introdutórias sobre parâmetros e algoritmos, e palestras apresentando projetos do gênero desenvolvidos pelos professores e tutores em atividade profissional ou acadêmica. Depois das sessões de capacitação dos participantes, foi lançada uma atividade prática de exploração de materiais, e posteriormente uma atividade projetual.

A atividade prática de exploração de materiais foi proposta pelo arquiteto Robert Stuart-Smith, professor da Architectural Association School of Architecture e diretor do escritório de Arquitetura e Urbanismo chamado Kokkugia cujas sedes se encontram em Nova Iorque e em Londres. Nessa atividade, foram utilizados principalmente tecidos e cabos. Dessa forma, a metodologia empregada visava a investigação sobre diferentes materiais (Figura 1), envolvendo suas características físicas, como resistência, comportamento, deformação e distorção, para compreender a emergência baseada em leis não determinísticas.

Figura 1: Investigação do comportamento dos materiais. Fonte: autores, 2011.

Já a atividade projetual proposta pelos organizadores do workshop envolvia uma intervenção na Avenida Paulista, importante referência na cidade de São Paulo. Após discussões coletivas sobre o espaço de intervenção, os participantes foram agrupados em equipes de aproximadamente cinco pessoas para o desenvolvimento de uma proposta projetual. Ao final, deveria ser apresentado como produtos do projeto, um modelo físico e um computacional, além do registro do processo de design da equipe.

[1] Do original em inglês: "[...] a system in which large networks of components with no central control and simple rules of operation give rise to complex collective behavior, sophisticated information processing, and adaptation via learning or evolution" (MITCHELL, 2010, p. 13).

[2] O Visiting School é um programa da Architectural Association School of Architecture que oferece workshops de projeto em várias cidades do mundo com o objetivo de levar metodologias empregadas nessa intituição para outros países e contextos diferentes.

O espaço de intervenção, a Avenida Paulista, é para a cidade de São Paulo, importante em muitos sentidos. Além de ser uma referência geográfica para a cidade, a Avenida Paulista é um importante espaço de manifestações culturais, esportivas, e políticas apesar de ser muito mais utilizada como passagem do que como permanência. Talvez isso ocorra por não oferecer locais nos quais a efervescência cultural possa se manifestar em escalas variadas, a não ser quando o fluxo dos automóveis é interrompido e os pedestres se apropriam totalmente da avenida. O ponto de partida da equipe de projeto foi, dessa forma, o entendimento da área de intervenção como espaço de manifestação cultural em suas mais variadas escalas. Assim, o projeto do pavilhão deveria abrigar eventos culturais diversos, como exposições, apresentações musicais, entre outras. Além disso, ele deveria ter a propriedade de rápida montagem, desmontagem e transporte.

Figura 2: Fluxo de pedestres cruzando a Avenida Paulista. Fonte: autores, 2011.

Figura 3: Alameda Rio Claro, passagem de pedestres entre a Avenida Paulista e a Rua São Carlos do Pinhal. Fonte: autores, 2011.

Figura 4: Espaço abaixo do MASP - Museu de Artes de São Paulo. Um dos poucos lugares de permanência ao longo da Avenida Paulista. Fonte: autores, 2011.

A atividade prática envolvendo a exploração dos materiais foi incorporada ao processo projetual. Os materiais definidos para o pavilhão foram tecido, mais especificamente elastano, e cabos. Nas maquetes de estudo foram utilizados diversos tipos de cabos, de arame a cordas de aço para instrumento musical e cabos de aço em diferentes espessuras. Para unir um material ao outro, padrões de costura para passagens dos cabos foram criados e confeccionados. Na definição desses padrões, a ideia de sistemas complexos foi utilizada como critério de projeto, conforme mencionado anteriormente. Procurou-se por padrões simples de costura para que deles pudessem emergir formas e espacialidades não determinadas.

Figura 5: Reação do elastano frente aos esforços impostos pela tensão e pelo padrão de costura.

Assim, a partir do conhecimento das características dos materiais, adquirido por meio de várias maquetes de estudo, e da aplicação de algumas regras simples e suas repetições, foram obtidos alguns resultados que, apesar de inesperados, se mostraram importantes para o entendimento do comportamento dos materiais quando trabalhados em conjunto.

Figura 6: Elastano e cordas de aço trabalhando em conjunto. Fonte: autores, 2011.

O pavilhão deveria apresentar ainda movimentos e possibilidade de alterações formais em função de condicionantes locais (como por exemplo, a iluminação ou a presença ou não de usuários), de acordo com os conceitos da Cibernética. Desses ajustes, novos padrões de iluminação e de presença de pessoas seriam alterados e com isso os ajustes e os movimentos seriam constantes e manteriam o pavilhão sempre em movimento. Nessa etapa do projeto, os movimentos da maquete ainda eram feitos manualmente, como forma de testes iniciais dessas características, mas que posteriormente foram trabalhados com o Arduino, uma plataforma open-source para experimentos com interatividade em objetos.

Para simular o movimento do pavilhão foi realizado um modelo computacional utilizando o Rhinoceros e o Grasshopper. Nesse modelo, o comportamento dos cabos foi parametrizado de forma que fosse permitido visualizar diversas configurações possíveis do pavilhão.

Figura 7: Parametrização do projeto no software Rhinoceros e no seu plug-in Grasshopper. Fonte: autores, 2011.

Entretanto, houve dificuldade na simulação exata do comportamento dos materiais no ambiente digital. Apesar da equipe de projeto ter conseguido simular o comportamento dos cabos, o mesmo não ocorreu com o do elastano. Alguns comportamentos desse não puderam ser visualizados devido à dificuldade de parametrização de certas propriedades. Assim, chegou-se a uma variedade de modelos satisfatórios que reproduziram alguns dos movimentos desejados e reações entre cabos e elastano, com a determinação de valores controlados para os parâmetros do projeto. Isso possibilitou, mesmo pela simulação não exata dos materiais, visualizar a espacialidade conforme a movimentação dos cabos e do elastano.

Depois de muitas maquetes de estudos para testar comportamentos dos materiais, padrões de fixação entre tecido e cabos e movimentos possíveis, iniciou-se o processo de construção do modelo físico final a ser apresentado como produto do projeto no final do workshop. Para esse modelo, construído em escala 1:20, foi definido que o padrão de fixação entre o cabo e o elastano deveria seguir um regra simples para que dessas regras um outro comportamento emergisse, e nesse caso, o que emergiria seriam diferentes formas e espacialidades. O posicionamento dos pontos de fixação do pavilhão também deveria seguir um padrão simples. Para isso foi criada uma malha regular perfurada em base de madeira para se explorar possibilidades de posicionamento dos cabos de aço nessa base e com isso verificar as espacialidades que poderiam ser geradas.

Figura 8: Padrão de costura para passagem dos cabos no elastano. Fonte: autores, 2011.

Figura 9: Base de madeira com malha regular. Fonte: autores, 2011.

Nesse momento, os testes com o Arduino se iniciaram. Nessa plataforma foi desenvolvida a programação envolvendo sensores e atuadores para realizar os movimentos desejados do pavilhão. Em um primeiro momento foram utilizados sensores de presença. Esses sensores detectariam o número de pessoas no interior do pavilhão e conforme a quantidade de pessoas haveriam vários comportamentos determinados. No modelo reduzido, esses sensores seriam instalados na frente do objeto, utilizando dois sensores infra-vermelhos.

Entretanto, o pavilhão se mostrava muito mais reativo do que cibernético, no sentido da retroalimentação, conforme desejado conceitualmente. Os sensores de presença foram trocados por sensores de luminosidade para que fossem trabalhados então os condicionantes ambientais. Com esses sensores percebeu-se que a retroalimentação do sistema seria possível se os sensores de luminosidade fossem instalados no interior do pavilhão. Cada valor de luminosidade detectado pelo sensor seria determinante de um certo movimento do pavilhão. O pavilhão se movimentaria e, a partir desse movimento, novos valores de luminosidade seriam detectados pelos sensores criando, dessa forma, novos comportamentos, mantendo o pavilhão sempre em movimento, ou seja, ele se retroalimentaria constantemente (Figura 10). O Arduino detectaria os dados ambientais (no caso, os valores de luminosidade através de sensores) e processaria essa informação, por uma programação determinada, convertendo-a em um movimento por meio de atuadores específicos, que no Strings Pavilion eram os servo-motores.

Figura 10: Loop cibernético. Fonte: autores, 2011.

Além de toda a programação no Arduino foi necessário desenvolver também o mecanismo físico para o movimento do modelo reduzido do pavilhão. Para isso foi elaborado um sistema de roldanas ligado aos servo-motores que seria responsável por puxar os cabos do modelo físico proporcionando, dessa forma, movimento ao pavilhão. O desenho das roldanas bem como o suporte para sua fixação na base de madeira foram projetados no Rhinoceros e produzidos na máquina de corte a laser. A base de madeira com a malha regular para o encaixe dos pontos de fixação do pavilhão também foi produzida na fresa CNC, a partir de um desenho desenvolvido no Rhinoceros.

Figura 11: Corte das peças para o mecanismo de movimento do modelo físico na máquina de corte a laser. Fonte: autores, 2011.

Figura 12: Teste com o Arduino e servos-motores. Fonte: autores, 2011.

O modelo físico apresentado ao final do workshop correspondeu às expectativas da equipe de projeto. Apesar das dificuldades encontradas como, por exemplo, a amplitude de giro dos servo-motores disponíveis, que era de apenas 180 graus, limitando o movimento das roldanas, ou ainda a quantidade de servo-motores disponível, o que permitiu apenas a montagem de duas roldanas, os produtos apresentados, tanto o modelo computacional quanto o modelo físico, conseguiram representar os conceitos de cibernética e sistemas complexos trabalhados no projeto.

Figura 13: Modelo físico em escala 1:20 finalizado. Fonte: autores, 2011.

Figura 14: Fotomontagem com a possibilidade de implantação na Alameda Rio Claro. Fonte: autores, 2011.

No entanto, essas questões teóricas não apenas se tornaram critérios projetuais para um produto arquitetônico, mas também indicam uma possível metodologia para análise do processo de design como um todo, principalmente nas interlocuções efetivadas entre membros da equipe de projeto, professores e tutores.

Assim, é possível estabelecer uma relação cibernética do processo de design quando a condição contínua de ir e vir sobre o objeto arquitetônico e as discussões estabelecidas entre equipe e colaboradores podem ser consideradas como ações que retroalimentam esse processo. Esse movimento de retroalimentação torna-se essencial para a análise das soluções adotadas e para a constante revisão das próprias decisões projetuais.

As interlocuções ocorridas no desenvolvimento do projeto do Strings Pavilion também representam o caráter colaborativo do processo. Não havia na equipe a imagem de um arquiteto ou designer criador no topo do processo comandando a equipe. Mas sim cada membro da equipe, cada um com seu saber e suas habilidades específicas, trabalhando coletivamente para o desenvolvimento do projeto. Talvez esse processo seja mais lento do que aquele que depende de alguém para a tomada de decisões. Por outro lado, as decisões partem de reflexões coletivas, e tanto erros como acertos são constantemente discutidos por todos, em um processo de retroalimentação que ao final minimiza incompatibilidades entre projeto e objeto construído.

Considerações finais

O projeto apresentado procurou demonstrar, a partir dessa experimentação, a utilização de tecnologias recentes como aplicativos paramétricos, fabricação digital e interação como catalisadores de uma possível metodologia que busca investigar outros processos condizentes com a realidade contemporânea. Além disso, traz conceitos estudados pelos autores, como Cibernética e teorias dos Sistemas Complexos para uma atividade projetual, aliando, dessa forma, aspectos teóricos à experimentação prática.

Conclui-se que as complexidades do processo de design em arquitetura, por assim dizer, requerem outras abordagens, como ocorreu na experiência de projeto relatada. As mídias digitais e o emprego de design paramétrico, por exemplo, estimulam uma mudança de abordagem em relação ao processo de criação em arquitetura. O projeto descrito é resultado de um processo coletivo, experimental e espera-se que de, alguma forma, possa contribuir para as discussões atuais acerca de processos de criação em arquitetura, a partir do uso de mídias digitais e das tecnologias contemporâneas disponíveis.

O próximo passo dessa discussão será a construção do pavilhão em escala 1:1. Dessa forma, novos desafios deverão ser vencidos, pois o modelo físico em escala 1:20 apenas representa o projeto e os mecanismos para a simulação dos movimentos do pavilhão que não podem ser reproduzidos fielmente em escala 1:1. Novos sistemas deverão ser elaborados, e novos integrantes, cada qual com um saber específico e distinto, deverão ser incorporados a esse processo de design coletivo. Dessa reorganização da equipe de projeto e da colaboração entre todos os membros, algo novo poderá emergir. Nesse caso, espera-se que resulte em um objeto arquitetônico que talvez apresente outros aspectos formais e outras soluções projetuais em relação tanto a materiais quanto à interação. No entanto, se o pavilhão final a ser construído configurar um objeto completamente diferente do anterior, não significa um novo processo se iniciando, mas sim a retroalimentação do mesmo. Dessa forma, novamente o caráter cibernético parece permear as instâncias projetuais como um todo, tanto no produto como no próprio processo.

Previsão dos próximos workshops e atividades a serem desenvolvidas

WORKSHOP 1 - MATERIAIS + modelagem de estrutura ESCALA 1:1 + PROTOTIPAGEM
Datas: 29/11/2011 a 02/12/2011

WORKSHOP 2 - MATERIAL E ESTRUTURA 1:1 + PROTOTIPAGEM
Datas: 24/01/2012 a 03/02/2012

WORKSHOP 3 - FABRICAÇÃO DIGITAL FINAL DOS ELEMENTOS
Datas: 03/04/2012 a 12/04/2012

WORKSHOP 4 - MONTAGEM FINAL
Datas: 03/07/012 a 12/07/2012

Ficha técnica

Ano: 2011
Previsão de construção em escala 1:1: 2012.
Concepção inicial do Strings Pavilion: Cynthia Nojimoto, Flávia Ghirotto Santos, Gilfranco Medeiros Alves, Humberto da Mata e Rafael Ardjomand Morozwski.
Professores e tutores do workshop da Architectural Association School of Architecture em São Paulo: Franklin Lee, Anne Save De Beaurecueil, Robert Stuart-Smith, Affonso Orciuoli, Thiago Mundim, Ernesto Bueno, Arthur Mamou-Mani, Sandro Tubertini, Yoo Jin, Victor Sanderberg, Lucas de Sordi.
Site do projeto: http://saopaulo.aaschool.ac.uk/?page_id=1358
Vídeos: http://www.youtube.com/watch?v=GhNm6Enao3k
http://www.youtube.com/watch?v=WAWYarWf_eI&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=P3l5_oN5_lw&feature=related

Referências:

ASHBY, W. R. Introdução à Cibernética. São Paulo: Ed. Perspectiva, 1970.

MITCHELL, M. Complexity: a guided tour. New York: Oxford University Press, 2009.

SCOTT, B. Cibernética de segunda ordem: uma introdução histórica. Kybernetes, 2004. v.33, n.9/10, p. 1365-1378.

WIENER, N. Cibernética e sociedade: o uso humano dos seres humanos. São Paulo: Cultrix, 1973.

Strings Pavilion: design process

Gilfranco Medeiros Alves and Cynthia Nojimoto

Gilfranco Medeiros Alves is Architect and Master in Language Studies. Researcher at Nomads.usp - Center of Interactive Living Studies - at Universidade de São Paulo (USP). He studies Architectural Design, Communication and Semiotics in Architecture, Second Order Cybernetics, Cybersemiotics, Computer Graphics, and Education of Architecture and Urbanism.

Cynthia Nojimoto is Architect and Master in Architecture. Researcher at Nomads.usp - Center of Interactive Living Studies - at Universidade de São Paulo (USP). She studies design processes and complex systems on interactive objects.


How to quote this text: Alves, G. M.; Nojimoto, C., 2011. Strings Pavilion: design process. V!RUS, [online] n. 6. [online] Available at: <http://www.nomads.usp.br/virus/virus06/?sec=6&item=2&lang=en>. [Accessed: 22 November 2019].


Abstract

The paper presents the design process of Strings Pavilion developed during the Architectural Association School of Architecture's Visiting School Workshop occurred in Sao Paulo city, in July, 2011. The pavilion is an outcome from a collective creation process of five persons team working in an immersive way during ten days; they explored several possibilities of experimentation and hybrid processes from researches about materials features and behaviors as well as parametric software. Fundamental concepts such as loop, feedback and responsivity from Second Order Cybernetic and Systems Theory were included and applied in the creation process.

Keywords:design processes; Second Order Cybernetic; Complex Systems, parametric design; digital fabrication; interactivity.


1. Introduction

The complexities of the contemporary architectonic product and its respective demands drive architects and designers to experiment other possibilities for creation in a way that the available technologies for project development (such as parametric software, digital fabrication techniques and objects interactivity) have stimulated the search for design processes more compatible with contemporaneity phenomena.

In this context, the String Pavilion project was developed by the authors of this paper during the workshop organized by Architectural Association School of Architecture in Sao Paulo city, in July, 2011. The pavilion is an outcome of a design process which embraces shared creation, parametric applications, digital fabrication and interactivity in the project and production of the architectonic object, issues that have been the center of discussions and debate in the recent architecture scenario.

Besides appearing as a reflection on other design processes more coherent with the current constructive and projective technologies available, the Strings Pavilion also presents as an opportunity to put into practice theoretical concepts researched by the authors. Between them, it can be emphasized Cybernetics and Complex Systems. In the design process of Strings Pavilion, such concepts were used mainly as design criteria that guided the design team's decisions. Therefore, it is emphasized in the next section the relevance of some of these concepts applied directly in the project.

2. About Cybernetics and Complex Systems: design criteria in the process.

The term Cybernetics comes from the Greek kubernetes, which means the idea of a helmsman that controls the ship in a volatile environment. The idea of being controlling the ship in an unknown environment (therefore, susceptible of variations, unexpected events and changes) is essential for the helmsman. This happens because he must remain attentive and receptive to his environment and to its changes, protecting his ship along its course, defining his actions as reactions to the environmental conditions, in a way to produce a necessary reorganization in order to maintain the system's balance. This is the control definition used by Cybernetics: the observer more like a guide than a top-down controller.

According to Wiener (1973), Cybernetics can be defined as "the science of control and of communication, in the animal and in the machine". To Ashby (1970), the Cybernetics is a "machine theory", yet it does not approach things, but behaviors. It does not ask "what is this?", but “what does it do?"

[...] the Cybernetics tipically treats any machine, particular, not asking "what individual action it will produce here and now?", but "what are all the possible behaviors it can produce?" (ASHBY, 1970, n.p., our translation).

In this way, appears a science aimed to study the issues of control, regulation and communication, where information theory has a important role, insofar as it is characterized by dealing with a set of possibilities. Wiener concentrated many of his efforts on the study of the language and also of the messages.

The Cybernetics defined by Wiener in the 1940's deals with systems observation, having as one of its main concepts the circularity (also known as loop and feedback). To this Cybernetics was given then the name of First Order Cybernetics. In this context, the theory bases itself in observing systems on the perspective of regulation and communication using feedback. The system behavior can be observed by an external observer in which the purpose is to move to a goal. The Cybernetics essence is the circularity present in the loops and feedbacks which balance the system to achieve its goals.

In the 1970's Heinz von Foerster proposed a review of this science, with the inclusion of the idea of observer's observation. This review was called Cybernetics of Cybernetics or Second Order Cybernetics, which is, therefore, the "study of observation systems" (Scott, 2004, p.1373). Thus, the Second Order Cybernetic is a science which proposes the observation of systems, also concerning with the outcomes from the action of observing them on itself.

In the String Pavilion project, Second Order Cybernetics acted as conceptual basis, not only for the constant feedback done by the project's participants, but mainly for the expected development of interaction possibilities the pavilion would present in relation to the users and the ambient where it would be inserted.

Besides, in the design process concepts from Complex Systems science were also used. According to Mitchell, a complex system is:

[...] a system in which large networks of components with no central control and simple rules of operation give rise to complex collective behavior, sophisticated information processing, and adaptation via learning or evolution (MITCHELL, 2009, p. 13).

The design team attempted to apply this idea of simple rules of operation in the project to create complex behavior on the system, in order to make possible the emergence of something unexpected and not determined. Thereby, it was expected that the simplicity of rules would produce the emergence of a complex spatiality and formal aspect, which would provide the pavilion a differentiation in terms of constructive aspects compared to other shapes and spatialities that it could acquire if conventional design processes had been used in its conception.

Thus, the experience described in this work becomes an example of creation processes in architecture involving issues related to Complex Systems theories and Cybernetics. Besides, represents the possibility and the relevance of exploration of theoretical researches through design practices, and more than this, the necessity of relations between architecture and these theories in order to stimulate different design attitudes. This sets an urgency of analysis and review of the building practices using tools and materials currently available and not yet explored in an intensive way.

3. The design process of the Strings Pavilion

The experience that resulted in the Strings Pavilion project was consequence of a collective work, developed during the Architectural Association School of Architecture's workshop in a program called Visiting School1, between July 12th and 21st, 2011, in Sao Paulo city.

The workshop program involved students training with several software and programming languages (such as Rhinoceros, Grasshopper, Rhino Phyton, Processing and Arduino) and also lectures, practical activities and design activities. Thus, in the first workshop days, instructions about the mentioned software were taught, introductory classes about parameters and algorithms and lectures presenting projects developed by teachers and tutors in their professional or academic activities. After students training, was introduced a practical activity of material exploration and, after that a design activity.

The practical activity of material exploration was proposed by the architect Robert Stuart-Smith, professor at Architectural Association School of Architecture and director at Kokkugia, an architecture and urbanism office whose headquarters are located in London and New York. In this activity were used mainly fabric and cables. Thus, the methodology used intended to investigate different materials (Figure 1), its physical characteristics such as strength, behavior, deformation and distortion in order to understand the emergence based on non-deterministic laws.

Figure 1: Exploration of materials behaviors. Source: authors, 2011.

The design activity proposed by the workshop organizers comprised an intervention at Paulista Avenue, an important reference point at Sao Paulo city. After collective discussions about the intervention space, the students were arranged in design teams of about 5 person for development of a projective proposal. At the end, the students should present as project products a physical model, a computational model, and the register of the team design process.

[1] Visiting School is a program from Architectural Association School of Architecture. It organizes workshops in several cities in the whole world in order to apply its methodologies in other countries and in different contexts.

The space of intervention, Paulista Avenue, is important to Sao Paulo city in many ways. Besides being a geographical reference to the city, the Paulista Avenue is an important space for cultural, sportive and political events, although it is used more frequently as a passage than a place to stay. Maybe this happens because the avenue does not offer proper spaces in which cultural effervescence can manifest in different scales, unless when the transit flow is interrupted and pedestrians appropriate the avenue. Thereby, the starting point of the design team was, then, to understand the intervention area as a space of cultural events in its different scales. Thus, the pavilion design should cover several cultural events, such as exhibitions, musical presentations, among others. Besides, the pavilion should be rapidly assembled, disassembled and transported.

Figure 2: Pedestrians flow crossing the Avenida Paulista

Figure 3: Rio Claro St., pedestrians passage between Paulista Avenue and São Carlos do Pinhal St.

Figure 4: Area below MASP - Art Museum of Sao Paulo. One of the few places to stay along the Paulista Av.

The practical activity involving the exploration of the materials was incorporated into the design process. The materials defined for the pavilion were fabric - elastane more specifically - and cables. The models were used to study various types of cables, from wire to steel strings for musical instruments and steel cables in various thicknesses. To join one material to another, sewing patterns for the cables' passages were designed and manufactured. In the setting of those standards, the definition of complex systems was used as a design criterion, as mentioned above. We looked for definitions of simple sewing patterns, so from these patterns could emerge forms and spacialities not determined.

Figure 5: Reaction of elastane in the face of imposed stresses by tension and the stitch pattern.

Thus, from the knowledge of the features of the materials acquired through various models of study, and application of some simple rules and its repetitions, we obtained some results that, although unexpected, were important for understanding the behavior of these materials when working together.

Figure 6: Elastane and steel strings working together.

The pavilion would also present formal movements and adjustments according to local conditions, such as the lighting or the presence (or not) of users, according to the concepts of Cybernetics. From these adjustments, new patterns of light and presence of people would be changed, and then the adjustments and movements would be constant, keeping the pavilion always moving. At this stage of the project, the movements of the model were still done manually, but after they were made with the Arduino, an open-source platform for experiments with interactivity in objects.

To simulate the movement of the pavilion a computer model was made using the Rhinoceros and the Grasshopper software. In this model, the behavior of the cables was parameterized so that it would be possible to visualize different possible configurations of the pavilion.

Figure 7: Configuration of the project in the software Rhinoceros and its plug-in Grasshopper.

However, there was difficulty in accurate simulation of material behavior in the digital environment. Although the project team was able to simulate the behavior of the cables, the same did not occur with elastane. Some behaviors of elastane could not be visualized because of the difficulty to set parameters of certain material properties. So we come to a satisfactory variety of models that reproduced some of the desired movements and reactions between cables and elastane, with the determination of controlled values for the parameters of the project. Yet we could not exactly simulate the materials, this allowed visualize the spatial movement of the cables and elastane.

After many studies models to test the behavior of the materials, settlement patterns between fabric and cables and possible movements, began the process of building a physical model to be presented as final product of the project at the end of the workshop. For this model, built in 1:20 scale, it was decided that the pattern of attachment between the cable and elastane should follow a simple rule, so from these rules a different behavior would emerge, and if so, what emerge should be from different shapes and spatialities. The positioning of the fixing points of the pavilion should also follow a simple pattern. To do this we created a regular perforated grid in a wooden base to explore the possibilities for placement of the steel cables on that basis and therefore verify the spatialities that could be generated.

Figure 8: Sewing standard for the passage of cables in elastane.

Figure 9: Wooden base with regular grid.

At this point, the tests with the Arduino begin. On this platform was developed the programming involving sensors and actuators to perform the desired movements of the pavilion. At first we used presence sensors. These sensors could detect the number of people inside the pavilion and based on the amount of people there would be various different behaviors. In the reduced model, they would be installed in front of the object, using two infrared sensors.

However, the pavilion showed to be much more reactive than cybernetic, in the sense of feedback, as desired conceptually. The presence sensors were replaced by light sensors so the environmental restrictions could be worked out. With these sensors it was noted that the feedback system would be possible if the light sensors were installed inside the pavilion. Each brightness value detected by the sensor would be determinant of a certain movement of the pavilion. The pavilion would move and, from this movement, new brightness values would be detected by the sensors, creating in this way, new movements, keeping the pavilion always in motion, that is, it feeding back itself constantly (Figure 10). The Arduino would detect environmental data, in this case the brightness values through sensors, and would process this information, via a determined programming, in a movement made by specific actuators, that in the Strings Pavilion were servo motors.

Figure 10: Cybernetic loop.

In addition to all the programming on the Arduino, it was also necessary to develop the physical mechanism for the movement of the small physical model of the pavilion. For this was elaborated a system of pulleys connected to the servo motors. This group would be responsible for pulling the cables of the physical model, thus moving the pavilion. The design of the pulleys as well as the support for its attachment to the wooden base was made in Rhinoceros and produced in the laser cutting machine. The wooden base with regular grid to engage the attachment points of the pavilion was also produced in the CNC milling, from a design developed in Rhinoceros.

Figure 11: Cutting of the pieces to the movement mechanism of the physical model in laser cutter machine.

Figure 12: Test with Arduino and servo-motors.

The physical model presented at the end of the workshop met the expectations of the project team. Despite the difficulties encountered as, for example, the amplitude of rotation of the available servo motors, which was only 180 degrees, thus limiting the movement of the pulleys, or the amount of servo motors available, allowing the assembly of only two pulleys, the products shown, both the computer model as physical model could represent the Cybernetics concepts and Complex Systems worked on the project.

Figure 13: Finished physical model in 1:20-scale.

Figure 14: Photomontage with the possibility of deployment in Alameda Rio Claro.

However, these theoretical issues not only become design criteria for an architectural product, as also indicate a possible methodology for analysis of the design process as a whole, especially in dialogues between project team members, teachers and tutors.

Thus, it is possible to establish a cybernetic relation of the design process when the continued condition of come and go over the architectural object and the discussions between the team and collaborators can be considered as actions that feedback this process. This feedback movement becomes essential for the analysis of the adopted solutions and the constant review of their decisions about design.

The dialogues that occurred during the project development of the Strings Pavilion also represent the collaborative nature of the process. There was not in the team the image of an architect or designer on the top of the process managing the team. But each team member, each one with his knowledge and skills, working collectively to develop the project. Perhaps this process is slower than one that depends on someone to make decisions. On the other hand, the decisions take start from collective reflections, and both errors as hits are constantly discussed by everyone, in a feedback process that ultimately minimizes incompatibilities between design and built object.

4. Conclusions

The presented project demonstrated, from an experiment, the use of recent technologies such as parametric applications, digital manufacturing and interaction as possible catalysts for a methodology that seeks to investigate other processes consistent with contemporary context. Moreover, brings concepts studied by the authors, such as Cybernetics and Complex Systems theory to a projective activity, combining thus the theoretical aspects with practical experimentation.

We concluded that the complexities of the design process in architecture, so to speak, require other approaches, as was reported in the experiment design. The digital media and the use of parametric design, for example, encourage a change of approach to the creative process in architecture. The project described is the result of a collective process, experimental, and it is expected that in some form can contribute to current discussions going on about creative processes in architecture using digital media and contemporary technologies available.

The next step of this discussion will be the construction of the pavilion in 1:1 scale. Thus, new challenges must be overcome, since the physical model only represents the design and the mechanisms adopted to simulate the movements of the pavilion, as developed in the physical model in 1:20 scale, can not be faithfully reproduced in 1:1 scale. New systems should be developed, and new members, each one with a distinct and specific knowledge, should be incorporated into the project team. From this reorganization of the team collaboration between all of them, something new can emerge. In this case, it is expected the emergence of an architectural object that can present another formal aspect and design solutions in relation both to material and interaction. However, if this pavilion will be completely different from the previous one, this does not mean a new process starting, but the feedback of the same one. Thus, again the cybernetic character seems to permeate the design instance as a whole, both in product and process itself.

Forecast of upcoming workshops and activities to be developed

WORKSHOP 1 – MATERIAL + STRUCTURE SCALE MODELING AND PROTOTYPING
Dates: 11/29/2011 to 12/02/2011

WORKSHOP 2 – MATERIAL AND STRUCTURE 1:1 PROTOTYPING
Dates: 01/24/2012 to 02/03/2012

WORKSHOP 3 - DIGITAL FABRICATION OF FINAL ELEMENTS
Dates: 04/03/2012 to 04/12/2012

WORKSHOP 4 – ASSEMBLAGE
Dates: 07/03/2012 to 07/12/2012

Credits:

Year: 2011
Forecast 1:1 scale construction: 2012.
Initial design of the Strings Pavilion: Cynthia Nojimoto, Flavia Ghirotto Santos Alves Gilfranco Medeiros, Rafael Humberto da Mata and Ardjomand Morozwski.
Teachers and tutors of the workshop the Architectural Association School of Architecture in São Paulo: Franklin Lee, Anne De Save Beaurecueil, Robert Stuart-Smith, Affonso Orciuoli, Thiago Mundim, Ernesto Bueno, Arthur Mamou-Mani, Sandro Tubertini, Yoo Jin, Victor Sanderberg , Lucas de Sordi.
Web site: http://saopaulo.aaschool.ac.uk/?page_id=1358
Videos: http://www.youtube.com/watch?v=GhNm6Enao3k
http://www.youtube.com/watch?v=WAWYarWf_eI&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=P3l5_oN5_lw&feature=related

References

Ashby, W. R., 1970. Introdução à Cibernética. São Paulo: Ed. Perspectiva.

Mitchell, M., 2009. Complexity: a guided tour. New York: Oxford University Press.

Scott, B., 2004. Cibernética de segunda ordem: uma introdução histórica. Kybernetes. 33(9/10), pp.1365-1378.

Wiener, N., 1973. Cibernética e sociedade: o uso humano dos seres humanos. São Paulo: Cultrix.