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Paradigmenwechsel: Von der Konstruktion zur computergenerierten Entfaltung der Formen, in: Leonardo - Magazin für Architektur 6, November/Dezember 2000, 30-35 von Gabriele Gramelsberger Von Frei Otto und Buckminster Fuller zu Greg Lynn führt der Weg zu einer neuen Formensprache in der Architektur. "Evolution der Formen" lautet heute das Motto und der Computer dient dabei als Labor. Das neue Verständnis der Natur So geläufig der Begriff der Natur ist, so vieldeutig wird er, denkt man ernsthaft über seine Bedeutung nach. Das Zeitalter der technischen Beherrschbarkeit weiter Bereiche der Natur, die Ära von Centerparcs und Cyberspace-Terrains pendelt in einer eigentümlichen Dialektik zwischen dem totalen Verzicht auf oder der nostalgischen Verklärung von Natur. Als neuestes Spielfeld unserer Zivilisation sorgt die Genforschung für Sand im trägen Getriebe unserer Konzepte und Auffassungen. Spätestens hier stellt sich die Frage nach dem Naturverständnis, denn diesesmal betrifft es uns selbst. Die Dekonstruktion der Natur durch ihre wissenschaftliche Entschlüsselung und damit Entzauberung hinterläßt ein Scherbenfeld von Bruchstücken und technischen Versatzstücken. Es ist jeder Disziplin selbst überlassen, diese Stücke wieder in einen Zusammenhang zu fassen, selbst wenn dieser nur ein konstruierter sein kann. Insofern wundert es nicht, daß wir Natur nicht mehr als etwas Gegebenes verstehen, sondern als etwas Fabriziertes. 1 Landschaftsstapel. Der Pavillon der Niederlande auf der EXPO 2000 in Hannover stapelte typisch niederländische Landschaften aufeinander. Mit der Dekonstruktion geht in der Regel eine Dekontextualisierung einher, also eine Neuinterpretation der Teilstücke in einem neuen Kontext. Die Sandwich-Architektur des niederländischen Pavillons auf der EXPO 2000 ist ein Beispiele dafür. Das Architektenbüro MVRDV kreierte unter dem Motto New Nature einen Vorschlag zur vertikalen Landgewinnung in einer eng bebauten Umgebung. Natur wird in unkonventioneller Weise als architektonisches Gestaltungselement verwendet, sie wird komprimiert und intensiviert. Schließlich wird es nebensächlich, ob die verwendeten Materialien natürliche Objekte sind oder reine Imitate. "Die einzige Differenz mag darin bestehen," schreibt der Berliner Architekt und Journalist Philipp Oswalt, "daß die `natürlichen´ Materialien zumeist ein anderes Vokabular in Hinsicht auf Taktilität, Form und Geruch bilden." Natur: Architectus divinus oder Konstrukteur Doch es gibt noch andere Wege, Natur und Architektur zu verbinden. Nicht die Objekte oder deren Imitate werden zu Innenlandschaften umfunktioniert, es sind die Konstruktionsprinzipien natürlicher Formen, die als Vorbilder technischer und architektonischer Rekonstruktionen dienen. Unter dem Aspekt der Konstruierbarkeit, eine durch und durch mechanistische Auffassung, wird die Natur durchleuchtet. Dies ist zum einen so zu verstehen, daß die Natur selbst als Konstrukteur congenialer Lösungen angesehen wird, zum anderen deutet es auf die Idee, Natur als Architectus divinus der Welt zu begreifen - oder versachlicht als eine, das Prinzip der Konstruierbarkeit ausführende Instanz: die Evolution. In immer neuen Entwicklungen verbessert die Natur unter dem Diktat der optimalen Anpassung ihre eigenen Konstruktionsprinzipien. Indem wir die spezifische Funktionalität der Konstruktionsprinzipen identifizieren und diese in Form von Technik oder Architektur nachbilden, integrieren oder deutlicher: inkorporieren wir Natur in unsere Artefakte. Damit wird der Jahrtausende alte Gegensatz von physis und techne aufgehoben. In diesem Zusammenhang bekannt geworden ist die interdisziplinäre Forschungsgruppe "Biologie und Bauen" des Biologen Johann Gerhard Helmcke und des Architekten Frei Otto an der TU Berlin. Seit Beginn der 60er Jahre setzen sie mit dem Motto "Natürliche Konstruktion" einen programmatischen Anspruch in der Architektur um. "Die Architektur benötigt nach dieser Auffassung die Biologie als Grundlagendisziplin," resümiert Ulrich Kull, Professor für Biologie in Stuttgart und Mitglied der Arbeitsgruppe, "... aber auch der Biologie kann die Architektur einschließlich ihrer technischen Aspekte von Nutzen sein." Die Projekte der Arbeitsgruppe führten zur Gründung des Instituts für Leichte Flächentragwerke an der Universität Stuttgart. Aus den Forschungen ging der SFB-Sonderforschungsbereich 64 Weitgespannte Flächentragwerke der DFG-Deutsche Forschungsgemeinschaft hervor, der später in den SFB 230 Prozeß und Form natürlicher Konstruktionen mündete. 2 Ein Beitrag von Frei Otto und Rolf Gutbrod war der deutsche Pavillon zur Weltausstellung 1967 in Montreal. Die Architekten kreierten eine Zeltstruktur aus acht Masten. Zur selben Weltausstellung gestaltete auch Buckminster Fuller einen Pavillon. Geodätische Kuppel und Jitterbug-Transformation Es ist die Geometrie, die den verbindenden Zusammenhang zwischen Natur, Konstruktion und Architektur herstellt. Der Auffassung Platons zufolge, setzt sich die Welt aus fünf Elementen zusammen, die den idealen Körpern entsprechen: Wasser (Ikosaeder), Luft (Oktaeder), Erde (Hexaeder), Feuer (Tetraeder) und Himmelsäther (Dodekaeder). Das Originelle dieser Theorie ist die Verknüpfung naturphilosophischer Erklärungen mit der abstrakten Formensprache der Geometrie. Besonderes Interesse kommt dabei der hochsymmetrischen Form des Ikosaeders zu, die schon Leonardo da Vinci beschäftigte und ihm als perfekte Annäherung einer Kugel galt. Diese Form ist deshalb von Bedeutung, da sie zu geometrischen Variationen führt, die umgesetzt in Technik und Architektur äußerst stabile Konstruktionen ermöglichen. Ein Pionier der Erforschung geometrischer Strukturen war der amerikanische Architekt Buckminster Fuller. 1967 verwirklichte er mit dem japanischen Architekten Shoji Sadao zur Weltausstellung in Montreal eine solche Konstruktion aus Fünf- und Sechsecken. Die geodätische Kuppel des US-amerikanischen Pavillons war aufgrund ihrer Nachbildung der Erdkrümmung selbsttragend. Fullers Beschäftigung mit geometrischen Konstruktionsprinzipien und den Platonischen Körpern führte zu einer weiteren Entdeckung: der Jitterbug-Transformation, die den Zusammenhang zwischen Kuboktaeder, Ikosaeder und Oktaeder als Phasenübergang beschreibt. "Zweitausend Jahre lang standen die Platonischen Körper statisch und stolz nebeneinander," schreiben Claude Lichtenstein und Joachim Krausse in ihrer Einleitung zu dem kürzlich erschienen Buch Your Privat Sky, "und dann entdeckte Fuller ..., daß sie strukturell miteinander so eng verwandt sind, dass sie als Phasenübergänge eines transformativen `Loops´ verstanden werden können." Sowohl die Form der geodätischen Kuppel als auch die Jitterbug-Transformation verweisen auf ein weitreichend anwendbares Konstruktionsprinzip. So läßt sich die geodätischen Form im molekularen Bereich wiederfinden (C-60 Kohlenstoffmoleküle, sog. Fullerene), während die Jitterbug-Transformation in der Supraleiterforschung eine große Rolle spielt. 3 Platonische Körper: Tetraeder aus 4 Dreiecken, Hexaeder aus 6 Quadraten, Oktaeder aus 8 Dreiecken, Ikosaeder aus 20 Dreiecken, Dodekaeder aus 12 Fünfecken. Animate Form Konstruktion und Ingenieurskunst, Struktur und Statik dominieren das skizzierte Verständnis von Natur und Architektur bis in die 80er Jahre. Doch mit der Möglichkeit, Strukturen in ihrer Dynamik zu simulieren oder ihre Formen gar computergeneriert zu evolvieren, findet ein Paradigmenwechsel statt. Die Animation der Formen hält Einzug in die Architektur und als Protagonist dieser Auffassung gibt der amerikanische Architekt Greg Lynn zu Beginn seines Buches Animate Form eine programmatische Definition: "Animation is a term that differs from, but is often confused with, motion. While motion implies movement and action, animation implies the evolution of a form and its shaping forces; it suggests animalism, animism, growth, actuation, vitality and virtuality." Nicht mehr die statischen Konstruktionen sind das Thema, sondern die Eigendynamik und -entwicklung von Formen. Der Antrieb oder die Maschine, die diese Pseudo-Lebendigkeit ermöglicht, ist der Computer. Als semiotische Maschine generiert er eine zeichenbasierte Evolution digitaler Formen. Visualisiert als 3D-Objekte suggerieren diese Formen eine zwar elektronische, doch raum-zeitliche Präsenz, die umgesetzt in Architektur zur realen Existenz wird. Vollkommen neue Formen entstehen auf diese Weise. Die mathematischen Simulationen von Minimalflächen sind Beispiele dafür. Umgesetzt in Tragflächen ermöglichen sie revolutionäre Membrangebilde. Formspiele Ein Paradebeispiel der animierten Formspiele ist Greg Lynns Entwurf für das Cardiff Bay Opera House in Wales. Das Projekt untersucht in dynamisierter Weise architektonische Konzeptionen der Symmetrie. Die Ausschreibung orientierte sich an zwei Parametern: Zum einen sollte die Konzerthalle eine symmetrische Form erhalten, zum anderen war die städtebauliche Verbindung zum historischen Oval Basin zu berücksichtigen. Kontinuität und Symmetrie sollte mit dem Anspruch neuer, architektonischer Formfindung verknüpft werden. Ein nicht ganz einfaches Unterfangen und der Computer erwies sich als notwendiges Instrument: Nicht zur Darstellung von Entwurfsideen mit Hilfe von CAD, sondern als Simulationstool zur Generierung neuer Formen. Differenzierung statt Vereinfachung, Mutation statt Duplizierung lautete das Motto. William Batesons Theorie der Epigenetic Lanscapes stand Pate für Lynns Computerexperiment. Der amerikanische Biologe Bateson wendet sich in seiner Auffassung gegen die darwinistische Theorie der evolutionären Optimierung und zufälligen Mutation. Er geht von der Diversität der Formen aus, die in ihrer diskontinuierlichen Variationsvielfalt einer eigenen Organisation unterliegen. Normen und Typen spielen in seinem Konzept nicht die alles dominierende Rolle. Auch Monstrositäten haben ihre Berechtigung und Batesons Bilck richtet sich auf die Typikalität im Atypischen. Das Erstaunliche dieser Sicht auf die Entwicklung der Fomen zeigt sich in der Entdeckung, daß atypische Formen oftmals einen höheren Grad an Symmetrie aufweisen als die sogenannten Normalformen. Batesons Folgerung lautet: Zunehmende Symmetrie geht mit abnehmender Komplexität und Heterogentät einher und ist ein Indiz für den Verlust von Informationen. Symmetrie entpuppt sich als wichtiger Parameter generativer Prozesse und ein Bruch der Symmetrie verweist auf die Inkorporation von Informationen in ein System. Mit diesem Formenkonzept im Hintergrund entwickelte Greg Lynn die Struktur des Cardiff Bay Opera House. Aus dem Studium der Küstenlinie mit dem versunkenen Oval Basin nach selbstähnlichen Strukturen und Iterationen ergab sich ein spezifisches Muster, das in Kombination mit dem Oval des Basins den Charakter der animierten Form des Opernhauses definiert. 4 Simulationsmodell des Cardiff Bay Opera House. Technomorphologie Technomorphe Modelle in der Biologie ermöglichen die Fortführung der Evolution natürlicher Konstruktionsprinzipien durch den Computer. Die evolutionäre Animation bringt neue Formen und Gestalten hervor, die manifestiert in Technik und Architektur Ausdruck der ideellen Synthese von Natur und Artefakt sind. Einer Synthese, die Natur zur lesbaren und somit verstehbaren und simulierbaren Instanz werden läßt. Oder ist Natur das noch nicht Simulierbare? Ein kleiner Rest noch unentschlüsselter Bereiche, der übrig bleibt und der unseren Interpretationen trotzt? Die Fusion von Biologie und Technik, Biologie und Architektur, nicht nur bezüglich der Konstruktionen, sondern vor allem durch die Entschlüsselung ihrer Konstruktionsprinzipien, bestimmt das Paradigma der computergenerierten Evolution einer neuen Formensprache. Gabriele Gramelsberger Leonardo - Magazin für Architektur 6, November/Dezember 2000 Spezialausgabe: Die Zukunft der Architektur Literatur/Links: Joachim Krause/Claude Lichtenstein (Hg.): Your Private Sky. R. Buckminster Fuller, Baden/CH 1999 Klaus Teichmann/Joachim Wilke: Prozeß und Form natürlicher Konstruktionen (SFB 230), Berlin 1996 Ulrich Kull, u.a.: Evolution und Optimierung. Strategien in Natur und Technik, Stuttgart 1995 Philip Oswalt: Implantationen. Natur in der zeitgenössischen Architektur, ARCH+ 142 William Bateson: The Scientific Papers of William Bateson, Cambridge/Mass. 1928 Greg Lynn: Animate Form, New York 1999 Greg Lynn´s Homepage: www.glform.com Stiftung Bauhaus Dessau: www.bauhaus-dessau.de/index_1.html R. Buckminster Fuller Institute; www.bfi.org © Text: Gabriele Gramelsberger, Berlin © Bilder: MVRDV/EXPO 2000 Hannover, Institut für Leichte Flächentragwerke Stuttgart, Greg Lynn Oakwood/USA - Weitere Artikel zum Thema "Architektur und Neue Medien" »Artikelserie