TENSEGRITY

Architectuur

Eigenschappen

Tensegrities hebben een aantal eigenschappen die in de architectuur en voor bepaalde constructies aantrekkelijk zijn. De meest voor de hand liggende is het lage materiaal verbruik, want met een flinke rol kabel en wat palen kun je al snel een grote constructie bouwen. Bovendien kunnen deze constructiedelen als een compact bouwpakket naar de gewenste lokatie worden gebracht en ter plaatse in elkaar gezet worden. In het artikel Mechanics of Tensegrity Prisms schrijft Irving J. Oppenheim daarover: "Tensegrity prisms can be totally self-erecting from a low-volume bundle by tensioning the last cable. Such a capability would be useful for constructing temporary structures."
Verder lijken tensegrities, vanwege het module-principe, heel geschikt om reusachtige bouwwerken, koepels of overspanningen te maken. Dat de constructie voor een belangrijk deel uit kabels bestaat lijkt de veerkracht ten goede te komen en dat lijkt met name voor grote bouwwerken belangrijk omdat zij daarmee beter bestand zouden zijn tegen bijvoorbeeld orkanen en aardbevingen. In het proefschrift van Valentín Gómez Jáureguiwordt een compleet overzicht gegeven van de voordelen (en ook enkele nadelen zoals bijvoorbeeld de toch wel lastige techniek voor een goede kabel-stang-verbinding). Al deze voordelen is voor een aantal tensegrity specialisten zoals Anthony Pugh, Rene Motro, Robert Skelton, Ariel Hanaor en Robert Burkhardt genoeg reden geweest om de architectonische mogelijkheden te onderzoeken.
Er zijn ook een aantal studies verricht naar bijzondere bouwkundige toepassingen van een tensegrity. Zo heeft Anders Sunde Wroldsenbij zijn studie aan de Noorse Universiteit (Marine Technologie) een eindwerk geschreven met het oorspronkelijke doel om de mogelijkheden van tensegrities onder water te onderzoeken. In zijn abstract schrijft hij: "Our motivation for starting tensegrity research was initially the need for new structural concepts within aquaculture having potential of being wave compliant." En Gunnar Tibert is aan de Universiteit van Stockholm afgestudeerd op "Deployable Tensegrity Structures for Space Applications". Hieronder een serie afbeeldingen van een opvouwbare antenne uit dit afstudeerwerk.

Afbeeldingen van Gunnar Tibert: Het opvouwen van een tensegrity antenne

Geschiedenis

Buckminster Fuller moet in de beginperiode van de tensegrity, veel meer vertrouwen hebben gehad in deze constructiemethode dan de uitvinder Kenneth Snelson. Een voorbeeld hiervan is onderstaande foto.

Deze koepel is door "Bucky" in 1953 gemaakt. Zoals goed te zien is, staat de koepel in een hal. Op de grond, in de koepel staan twee mensen, waarvan niet met zekerheid te zeggen is wie dat zijn, maar die misschien wel de aandacht afleiden van iets veel belangrijkers op de foto. Het is moeilijk te zien maar bovenaan de foto is een dun vertikaal lijntje te zien. Het is een koord dat vanaf de nok van de koepel naar het dak van de loods loopt. En het koord heeft geen ander doel dan de koepel overeind te houden. Het is het bijna onzichtbare bewijs dat deze constructie niet in staat is zijn eigen gewicht te tillen. Een hoopvolle construtietechniek is hier grootschalig getest, maar het experiment is mislukt.

Maar ook al is het experiment misschien geen succes geweest, het is wel duidelijk dat Fuller hier uitgebreid en op grote schaal aan het experimenteren is geweest met tensegrities (terwijl hij op dat moment het woord "tensegrity" nog moest uitvinden). Zeker is dat Snelson in die periode niet meer met tensegrities bezig was. Hij was in 1951 naar Parijs gegaan om daar aan de Academie Montmartre te schilderen en vervolgens in '52 weer terug gegaan naar de US, naar New York, waar hij als cameraman aan het werk ging. Overigens heeft Snelson, die pas vanaf 1959 weer actief tensegrities ging maken, meermalen beweerd dat tensegrities geen practische toepassingen maar alleen kunstzinnige waarde hebben.

Eigenschappen

Nu was voor de koepel uit 1953 constructief gezien ook wel voor een vrij zwak design gekozen. Deze koepel heeft namelijk maar één "schil van kabels". Dat wil zeggen dat alle kabels van de tensegrity aan de buitenkant van de koepel zitten. Stevigere koepels zijn van het zogenaamde "double layer" type. Dubbelwandig dus: een laag kabels, koorden of touwen aan de buitenkant van de koepel en ook een laag aan de binnenkant en bovendien een hele reeks touwen die de binnenkant met de buitenkant verbinden. Een dubbelzijdige koepel heeft dus niet alleen meer touwen, maar is ook steviger omdat de koepelwand dikker is dan bij een enkelwandige.

Een ontwerp van Robert Burkhardt. Het is een vrij complexe maar, Bob kennende, heel degelijke dubbelwandige koepel. Hij staat op de voorpagina van zijn studie met de titel A Technology for Designing Tensegrity Domes and Spheres.
De charme van tensegrities ten spijt en ondanks de nodige inspanning van onder andere Fuller maar ook Burkhardt en anderen, moet gezegd worden dat er nog nooit een praktische toepassing is gevonden voor koepels die geheel gebouwd zijn volgens het tensegrity principe. Het dichtst in de buurt komen het door Geiger ontworpen olympisch stadion van Seoul (1986) en het Georgia Dome (1992) van Levy and Weidlinger Associates en nog een paar gelijkende bouwwerken, maar deze hebben toch het kenmerk dat ze een "compressierand" hebben, waarbinnen kabels gespannen zijn, en lijken daardoor meer op een fietswiel dan op een echte tensegrity. Als laatste architectonische werk noem ik nog de Kurilpa brug in Brisbane Australië. Het is weer heel aardig, maar net niet.

Kurilpa fietsbrug in Brisbane gebouwd in 2009

Een eenvoudige "enkelwandige" koepel. In dit geval is het eigenlijk een bal die niet is afgemaakt.

Een "dubbelwandige" koepel, van boven gefotografeerd. Deze heeft relatief meer touwtjes of kabels en heeft een dikkere koepelwand, waardoor hij veel sterker is dan enkelwandige tensegrity koepels.

Biotensegrity
In de architectuur mag de tensegrity dan nog geen grote rol spelen, in de biologie wordt althans door sommigen de tensegrity als de belangrijkste bouwsteen van de natuur beschouwd. In dit filmpje kun je een conversatie zien tussen Tom Flemons en Stephen Levin waarin Stephen uitlegt dat volgens zijn biotensegrity theorie deze tensegrity-icosaeder het basis element, de fundamentele bouwsteen, is van de natuur.
Stephen Levinis an orthopedisch chirurg met grote interesse in biotensegrity. In het filmpje gebruikt hij Tom's tensegrities om uit te leggen dat een "icosahedron-tensegrity building block" iets geheel anders is dan een bijvoorbeeld conventionele baksteen: Als je een muur bouwt van gewone bakstenen dan kun je "domweg" de stenen op elkaar stapelen. Er is geen probleem als je halverwege stopt. Je hebt dan gewoon een halve muur en die halve muur functioneert ook daadwerkelijk als een halve muur. Niet meer en niet minder. Bovendien functioneren alle bakstenen geheel onafhankelijk van elkaar als bakstenen. Geen enkele van die bakstenen "weet" dat die muur niet af is.
Een organisme bouwen met "tensegrity-icosaeder-bakstenen" is iets geheel anders, omdat al deze tensegrities niet alleen met elkaar verbonden maar zelfs in elkaar verweven zijn. Dit betekent onder andere dat een half organisme niet kan functioneren als een half organisme. Iedere "tensegrity-bouwsteen" voelt de andere "tensegrity-baksteen" en heeft deze ook nodig om zelf te funktioneren. Simpel voorbeeld: Als je aan de buitenkant van het organisme drukt zal dit effect hebben tot in het binnenste van dit organisme
Om te begrijpen wat Levin bedoelt zou je een skwish kunnen kopen en ervaren dat een tensegrity-icosaeder een fundamenteel andersoortige bouwsteen is dan de conventionele baksteen. Je kunt dan bijvoorbeeld voelen dat als je op een stokje duwt de hele constructie vervormt. En als je er geen wil kopen kun je er zelf ook een maken. De verhouding tussen touw- en stoklengte staat onder aan de pagina vande meest bekende.

Tom Flemons heeft zijn eigen interessante website, www.intensiondesigns.com, met daarin mooie tensegrity modellen zoals bijvoorbeeld een tensegrity-wervelkolom en een voet-been-constructie. Op zijn site staat ook een essay van 20 pagina's met de titel: "The Geometry of Anatomy - the Bones of Tensegrity".
In dit artikel beschrijft Flemons zijn speurtocht naar tensegrities in het menselijk lichaam. Hier een passage (onvertaald): "If a bone and it's attachements (e.g. the femur) can be described as a tensegrity that interacts with another (e.g. the tibia) then any joint can be seen as the interface between two tensegrities. Taken together they form an articulating tensegrity that is greater than the sums of their individual behaviours. Because the components of tensegrities (compression and tension members) can be thought of as composed of smaller tensegrities, the body is seen as fractial and hierarchical. The body as a whole is always synergistically involved in the actions of the peripheries. Equally, articulations of succesive joints such as fingers, wrist, elbow, shoulder do more than just add up- their effect is multiplied."
Ook in het artikel prachtige plaatjes, bijvoorbeeld een waarbij twee tensegrities zijn geprojecteerd op de botstructuur van een knie van een mens. Aan het eind van het artikel schrijft Flemons nog dit: "What's next? I've tried to convey some of the inner workings of tensegrities in this cursory look at applying Biotensegrity to the geometry of anatomy. My observations and ideas are speculative and my models approximate; more needs to be done to fill in the details. As the investigation is just beginning, I am interested in how this will be received over time in the larger medical community. Owing to the power of the idea and thanks to writings and presentations of Fuller, Snelson, Ingber, Levin and many others, it appears certain that tensegrity ideas are going to influence the next generation of scientists and artists..."
De site van Stephen Levin www.biotensegrity.comis zeker ook de moeite waard en het is aardig dat hij ook een verwijzing heeft naar een andere icoon op het gebied van biotensegrity: Donald Ingbar.

Foto van een kunstwerk van Kenneth Snelson. Dit stel ik mij ongeveer voor als Ingber het over tensegrity constructies in een cel heeft.

Eigenschappen

Snelson is één van de weinigen die werkelijk grote tensegrities heeft gebouwd. Ik denk dat hij als een van de besten beseft wat het betekent als een tensegrity architectuur wordt. In een interview met Angela Schneider beschrijft hij zijn "gevecht" bij het bowen van "New Dimension", een van zijn kusntwerken: "..The photographs tell the story, I think, but minus all the cursing... I wish I could say that it went as smoothly and easily as it looks, perhaps, in the pictures. Unfortunately it is never easy with my structures, especially if they are as complex as these. If I have few imitators, this is one of the reasons. Three of us, sometimes as many as six men fought with the forces in "New Dimension" while it was going up. It is like taking on a colossal, dead- weight wrestler or an enormous mind-bending jig-saw puzzle constructed of a series of booby-traps. Sometimes we spent an hour or so just to arrange for the introduction of a single pipe. After finally overwhelming the monster with our brave determination and strength we see that we have won. Only then does someone discover that a cable is twisted over something in the wrong way and we must do the whole act once again; with feeling."