Mutaciones geométricasHerramientas para la transformación morfológica.

IM. Juan Esteban Vélez Vélez, ID. Diana Carolina Mejía Gómez

Universidad Pontificia Bolivariana, Grupo de Investigación de Estudios en Diseño (GED)

Medellín, Colombia, juan.velez.v@gmail.com, carolina.mejia@correo.upb.edu.co

Resumen: El proyecto de mutaciones geométricas está enmarcado dentro del tema de diseño +

matemáticas. Se usan principios y cuerpos geométricos básicos para lograr transformaciones

morfológicas y alteraciones formales controladas que puedan ser usadas en proyectos de diseño, ya sea

visual, industrial o arquitectónico.

Con la investigación se pretende desarrollar herramientas de transformación morfológica para cuerpos

redondos y cuerpos poliédricos regulares. De esta manera, la investigación en mutaciones geométricas

trata de profundizar en los temas de búsqueda y generación de la forma a través de transformaciones de

las variables morfológicas de cuerpos poliédricos y cuerpos redondos. Aquí, se desarrollan

herramientas digitales y físicas para comprobar modelos de generación de patrones formales no

convencionales estudiados en arquitectura y se reorganizan y manipulan para poder aplicarlo,

específicamente, a productos de diseño industrial.

El trabajo está fundamentado en teorías existentes en torno a la temática seleccionada. Así pues, los

conceptos que guían el camino de la investigación son las transformaciones Naturales, la Morfología

algorítmica, la Auto-organización, la Emergencia y el Diseño Morfogénico.

Para el desarrollo de la investigación se siguen 5 pasos, ellos son: A. Identificación de las variables

geométricas presentes en los cuerpos redondos y en los cuerpos poliédricos regulares. B. Selección del

grupo de estudio los cuales se van a transformar, C. Definición de las estrategias de transformación

utilizando técnicas como el truncamiento, estelación y/o crecimientos naturales, cruzando esto con los

conceptos presentadas anteriormente. D. Aplicación de las transformaciones a los cuerpos

seleccionados y finalmente E. La evaluación del resultado morfológico obtenido.

Por último, los resultados de la investigación, aún en proceso de desarrollo, impactarán directamente a

las comunidades académicas y profesionales encargadas de generar patrones formales novedosos y que

optimizan los patrones desde el punto de vista estético y funcional. Además se podrá avanzar en el

conocimiento de frontera puesto que sobre esta temática es poco lo que se ha desarrollado en los

últimos años.

Palabras claves: Geometría, Diseño morfológico.

1. Introducción

Luego de hacer una revisión de los temas trabajados mundialmente alrededor de la lógica y técnica de la

forma se ha encontrado una carencia metodológica y aplicativa sobre el cómo desarrollar patrones formales

novedosos en disciplinas del diseño a la luz de la transformación de cuerpos tridimensionales básicos. En

Medellín, la línea de Investigación en Morfología Experimental del Grupo de Investigación de Estudios en

Diseño ha desarrollado varias metodologías de obtención de patrones formales.

Mundialmente existen modelos de creación de morfologías experimentales aplicados a la arquitectura. En el

campo del diseño, especialmente en el diseño industrial, es poco lo que se ha realizado en estos temas. Lo que

existe son aproximaciones a métodos y técnicas para obtener mediante la experimentación ciertos volúmenes.

Sin embargo, las variables de construcción de las geometrías tridimensionales obtenidas con esos métodos y

técnicas no son controladas y por lo tanto siempre se obtienen objetos, aunque valiosos por sus formas, no

serializados y de alguna manera amorfos unos con otros. Localmente, se han desarrollado algunas

aproximaciones para la comprensión de las formas libres, no obstante, estos temas son estudiados para la

optimización de software CAD y mejoramiento de herramientas ingenieriles.

Es bien sabido que el diseño industrial es una disciplina proyectual en donde la creatividad y la innovación

funcional y formal van de la mano. Desde este punto de vista se hace evidente la necesidad de crear

herramientas de transformación morfológica que permitan la vinculación de los elementos creativos propios

del diseño, como de aquellos elementos que hacen que un producto sea innovador.

Siguiendo este esquema, innovación y creatividad enfocados al desarrollo de productos industriales, se

propuso realizar un proyecto que inició con el análisis de la información en torno a los principios de

crecimiento y generación de la forma, y pretende finalizar en entender los mecanismos del cambio

morfológico de los cuerpos tridimensionales.

La investigación partirá de una serie de conceptos existentes alrededor de la obtención de la forma:

Morfología algorítmica, Auto-organización, Emergencia y Diseño Morfogénico. Estos conceptos sirven para

obtener una serie de principios formales innovadores y eficientes funcionalmente, y en conjunto a el

conocimiento que hay en Medellín y lo que se desarrollará en él proyecto, se podrá avanzar en el

conocimiento de frontera generado alrededor de la disciplina del Diseño Industrial.

2. Método

Metodológicamente en el trabajo investigativo del proyecto se están utilizando las herramientas

documentales, experimentales y cuasi-experimentales. Con el primer tipo se abordaran las distintas teorías

que existen alrededor de la forma y se pondrán en evidencia las distintas relaciones existentes en ellas. Con

la segunda se determinaran, con la mayor claridad posible, relaciones de causa-efecto en los grupos de

estudio. Al final se observaran las variaciones y mutaciones de la morfología de los cuerpos estudiados y se

compararan con un grupo de control que no tendrá ninguna variación.

La investigación como tal se realizará en cinco etapas. En ellas se abordaran aspectos conceptuales, teóricos y

experimentales para dar cumplimiento a la intención de encontrar un banco de formas que les sirvan a los

diseñadores de productos, a los arquitectos y a los ingenieros para desarrollar objetos industriales,

construcciones arquitectónicas, elementos de máquinas y/o elementos estructurales. Además se obtendrán

herramientas digitales y físicas de transformación formal.

Las diferentes etapas serán:

A. Identificación de las variables geométricas presentes en los cuerpos redondos y cuerpos poliédricos

regulares: En primera instancia se clasificaran los grupos de estudio y se ordenaran categóricamente de

acuerdo a la información encontrada. Seguidamente se identificaran las distintas variables morfológicas, que

permitirá una posterior manipulación de las formas.

B. Selección de los cuerpos a transformar: Una vez identificadas las variables formales de los cuerpos

geométricos estudiados, será necesario hacer una selección de los cuerpos a transformar. Esto se hará con el

objetivo de tener una muestra representativa de las distintas categorías formales. Esto se hará identificando

los patrones formales similares en los distintos grupos de los cuerpos geométricos estudiados. A partir de

aquí, se transformaran las tipologías morfológicas existentes. Es decir, solo se transformaran aquellos cuerpos

que representen a un grupo de estudio.

C. Definición de las estrategias de transformación a partir de las variables identificadas: Una vez

identificados los grupos de estudio, se definirán las estrategias de mutación geométrica. Los sólidos

clasificados previamente se transformaran utilizando agregado y corte de material (estelaciones y

truncamientos) tratando de alterar sus variables formales. Además, se utilizaran aquellos principios de

crecimiento natural que puedan ser aplicados según las variables encontradas, de esta manera se podrán

observar los comportamientos de los cuerpos poliédricos y cuerpos redondos a influencias naturales.

D. Aplicación de las transformaciones: Una vez consignadas todas las variables morfológicas, recolectada

toda la información geométrica de manera clara y precisa y tener todas las formas caracterizadas, se podrá

entonces realizar una etapa de experimentación física y digital para observar los cambios y las mutaciones que

sufren los cuerpos seleccionados. Este es el espacio para definir patrones de comportamiento morfológico,

algoritmos de generación formal y metodologías de búsqueda objetiva de la forma que surgirán con el apoyo

de los principios de generación y transformación natural, diseño morfogénico, auto-organización, emergencia

y morfología algorítmica.

Dependiendo de las características de las variables encontradas se utilizaran herramientas de software de

diseño asistido por computador (CAD) y herramientas de programación mediante scripts para la generación

de mutaciones formales. Si las variables son en escancia complejas de manejar matemáticamente, se utilizaran

herramientas físicas para obtener las variaciones formales requeridas.

E. Evaluación de los resultados morfológicos obtenidos luego de la aplicación de las estrategias de

transformación: Una vez obtenidos los patrones formales y las modificaciones geométricas en los distintos

grupos de estudio se procederá a evaluar los resultados con técnicas de la investigación cualitativa. Se tratara

de obtener información sobre los niveles de innovación formal, aplicaciones de las formas en distintos

contextos socioculturales, nivel de percepción frente al usuario y características estéticas de los objetos.

La utilización de encuestas será una herramienta importante en la valoración del proyecto porque permitirá

comprender cuales objetos son más atractivos y cuales causan reacciones emotivas en las personas. Con esto

se pretende tener unos indicadores de novedad formal. Además se utilizaran ejercicios académicos con grupos

de estudiantes en donde utilizaran el banco de formas obtenido como materia prima para el diseño de objetos,

de esta manera se podrán clasificar dichas formas de acuerdo a las características funciones de los objetos y

ubicarlos en una matriz donde se crucen funciones y patrones formales.

2.1 Tema

El proyecto buscara desarrollar herramientas de transformación morfológica para cuerpos tridimensionales

teniendo en cuenta técnicas de manipulación morfológica como los truncamientos y las estalaciones. Además

se utilizaran herramientas computacionales basadas en Rhino y Solid Edge para recrear virtualmente dichas

transformaciones. Para ello se ha planteado:

Objetivo general: Desarrollar herramientas de transformación morfológica para cuerpos redondos y

poliédricos regulares, que permitan la creación de objetos de diseño.

Objetivos específicos:

Identificar las variables geométricas presentes en los cuerpos redondos y cuerpos poliédricos

regulares.

Seleccionar el o los cuerpos a transformar.

Definir las estrategias de transformación a partir de las variables identificadas.

Aplicar las transformaciones.

Evaluar el resultado morfológico obtenido luego de la aplicación de las estrategias.

Definir objetos industriales que sean comercializados a partir de los resultados obtenidos

2.2 Materiales

Desde el punto de vista de los materiales se han tenido en cuanta ciertos referentes teórico-conceptuales

para el trabajo de manera que la investigación se pueda llevar a cabo. Estos han sido considerados teniendo

en cuanta la innovación formal de los productos desarrollados con dichas teorías, la facilidad de aplicación

desde la concepción de la transformación de los objetos en el diseño industrial y finalmente porque han sido

pioneras en el campo de la transformación morfológica.

Muchos son los que han creado distintas maneras de obtener la forma. Frei Otto y Bodo Rasch autores del

libro Finding Form, Michael Hensel, Achim Menges, Michael Weinstock pertenecientes del Grupo de

Emergencia y Diseño y por ultimo JSM Vergeest y Ross Lovegrove que trabajan en técnicas de búsqueda de

la forma, son solo algunos de los más representativos de este grupo. Las metodologías planteadas son

variadas y disimiles unas con otras, sin embargo pueden ser útiles para el desarrollo de la investigación.

Las presentadas por Otto y Rassch responden estrictamente a experimentos físicos en donde se pueden

observar los comportamientos de los materiales y las formas, tal y como lo hace la naturaleza (Otto & Rasch,

2001). Con esto se logran satisfacer necesidades y requerimientos de diseño de un proyecto que tenga que ver

con morfología de una manera rápida y eficaz. Sin embargo las nuevas tecnologías de de diseño asistido por

computador CAD e ingeniería asistida por computador CAE quedan desplazadas porque la modelación de

estos patrones formales requieren de variables estrictamente definidas y algoritmos matemáticos bien

establecidos.

De la misma manera, las metodologías utilizadas por el grupo de Emergencia y Diseño parten del estudio de

patrones biológicos y naturales. En ellas se definen una serie de variables que luego pueden ser

implementadas en algún software. De esta manera logran morfologías que trascienden lo convencional y que

corresponden a unos lenguajes formales establecidos por las normas naturales estudiadas (Hensel, Menges, &

Weinstock, 2004). Vale aclarar que este grupo también realizan experimentaciones físicas como lo hace Otto

y Rasch para poder identificar y diferenciar las variables de la población de estudio.

Por otro lado, JSM Vergeest, dentro del trabajo de investigación DYNASH de la universidad de Delft, infirió

unos algoritmos computacionales que ayudan a entender las formas libres presentes en los productos

desarrollados en ingeniería y diseño. Estos algoritmos proveen una serie de mejores herramientas CAD las

cuales corrigen los problemas y limitaciones presentes en los software actuales (Vergeest, 2009).

Finalmente Ross Lovegrove ha dedicado casi toda su vida profesional al desarrollo de formas y objetos que

parten de referentes naturales. Trabajos en el diseño de envases para agua, diseño de automóviles, esculturas,

elementos arquitectónicos y sistemas de iluminación son apenas ejemplos de lo que este hombre ha diseñado.

Todo lo anterior se fundamenta en una metodología conocida como diseño, naturaleza y arte (DNA)

(Lovegrove, 2005) y son los tres elementos que condicionan el mundo de diseño de Lovegrove.

Por otro lado, se cuenta con el semillero de investigación MORFOLAB, de la línea de Investigación en

Morfología Experimental que hace parte del Grupo de investigación de Estudios en diseño GED. El semillero

se ha convertido en una herramienta importante para procesar información relacionada con la transformación

de los cuerpos y encontrar variaciones morfológicas en los grupos de estudio.

3. Resultados.

Como ya se ha explicado anteriormente, el proyecto está enfocado a la transformación de la forma 3D,

especialmente a los poliedros y los cuerpos redondos. Dichos grupos de estudio han sido clasificados de

acuerdo a las familias definidas por la geometría. Los poliedros se clasificaron como: Sólidos de Platón,

Sólidos de Catalán, Sólidos de Arquímedes, Sólidos de Kepler-Poinsot y Sólidos de Jhonson. Y cada uno de

ellos ha sido reclasificado de acuerdo a las características que comparten los cuerpos. Por ejemplo, para los

sólidos Platónicos, se han divididos los cuerpos en 3 nuevos sub-grupos: los que tienen caras triangulares, que

son el tetraedro, el octaedro y el icosaedro, los que tiene las caras cuadradas; el cubo, y los que tiene las cares

pentagonales; el dodecaedro.

Por su parte, los cuerpos redondos, entendidos como cuerpos, total o parcialmente, limitados por superficies

curvas, se dividieron en sólidos de revolución y en el cono y el cilindro que si bien tienen características que

los hacen ser también solidos de revolución, estos pueden desarrollarse completamente en un plano

bidimensional no curvado en el espacio.

Con esta información y utilizando diferentes herramientas de transformación reconocidas en los grupos de

investigación del semillero, se han podido encontrar patrones formales que tienen un rompimiento del

paradigma morfológico, ya que alteran la forma inicial de poliedro o cuerpo redondo, convirtiéndolo en otro

elemento 3D haciéndolos no convencionales.

Por ejemplo, en la figura 1 se puede observar como mediante la utilización de planos seriados aplicados un

cilindro y modificando la línea de control de la traslación de los diferentes planos se puede obtener una

modificación de la forma. Ahora bien, este ejemplo, no parece un cambio morfológico fuera de lo

convencional, pero muestra el potencial de transformación morfológica que tiene la mezcla de distintos

conceptos teóricos, con herramientas digitales y modificando las variables desde la geometría.

Fig.1 Ficha de recolección de información de las morfologías obtenidas de cuerpos redondos

(Agradecimientos a Sara Velázquez, Alejandro Salazar, Juan Pablo Pérez estudiantes del semillero de

investigación)

Por el contrario, la modificación de cuerpos geométricos más complejos como el toro con la utilización de

herramientas similares a las mostradas en el ejemplo anterior se pueden encontrar patrones con cambios

morfológicos más evidentes como la mostrada en la figura 2.

Fig.2 Ficha de recolección de información de las morfologías obtenidas de cuerpos redondos para la

transformación del Toro. (Agradecimientos a Sara Velázquez, Alejandro Salazar, Juan Pablo Pérez

estudiantes del semillero de investigación)

Estos cambios también pueden obtenerse si se modifican los poliedros con herramientas digitales y mediante

programación de códigos de parametrización de curvas y superficies. La trasformación de la figura 3 se

obtuvo con un código de paramtría mediante Grasshopper cambiado la forma del cubo.

Fig.2 Transformación del cubo. (Agradecimientos a David Vega y Juan Sebastián Alzate)

4. Conclusiones

El que hacer del diseñador industrial y de los arquitectos es la de proponer formas que sean atractivas a las

personas. La generación de herramientas que le faciliten la exploración de la forma para el desarrollo de

productos hace que los conceptos de los mismos estén debidamente fundamentados y explicados.

Además, la generación de metodologías que ayuden a desarrollar la forma posibilitan un mayor entendimiento

de la misma haciendo que los procesos productivos sean más sencillos porque la forma ya está preconcebida y

analizada.

Bibliografía

BDF Design. (2009). Recuperado Junio 16, 2009, de http://www.bdf-id.com/ABOUT/ Mission_Statement

Ashby, W. R. (2004). Principles of the self-organizing system. Recuperado el 9 de Junio de 2009, de Emergence: http://emergence.org/ECO_site/ECO_Archive/Issue_6_1-2/Ashby.pdf

Camazine, S. (2002, Octubre 19). Self Organizing Systems. Retrieved Junio 9, 2009, from http://web.mac.com/camazine/Camazine/Self-organization_files/Self-organization.pdf

Coordinadora, comercializadora y generadora de unidades multiples. (2006). Ingeniería de Proyectos:Coordinadora, comercializadora y generadora de unidades multiples. Retrieved Abril 20, 2010, from http://www.cocogum.org/Archivos/Ingenieria%20de%20Proyectos.html

Hensel, M., Menges, A., & Weinstock, M. (2004). Emergence: Morphogenetic Design. Nueva York: Wiley-Academy.

Joshi, A. (2008). Emergence in Architecture. Estados unidos.

Kicinger, R., Arciszewski, T., & De Jong, K. (2004). Adaptative computing in design and manufacture. Londres: Parmee.

Kicinger, R., Arciszewski, T., & De Jong, K. (2005, Octubre 29). Morphogenesis and structural design Cellular automata representations of steel structures in tall buldings. Retrieved Mayo 7, 2009, from http://www.kicinger.com/publications/pdf/KicingerCEC2004.pdf

Lovegrove, R. (2005, Febrero). El poder y la belleza del diseño orgánico. (E. D. Technology, Interviewer)

Otto, F., & Rasch, B. (2001). Finding Form. Axel Menges.

Otto, F., & y Rasch, B. (2001). Finding Form. Axel Menges.

Patiño, E. (2005, Noviembre). El orden geométrico. Iconofacto, I(2), 81.

Pottmann, H., Liu, Y., Wallner, J., Bobenko, A., & Wang, W. (2007). Geometry of Multi-layer Freeform Structures for Architecture. Retrieved Junio 2009, from http://www.geometrie.tugraz.at/wallner/parallel.pdf

Sierra, F. (2006). ¿Laboratorio de Morfología? Iconofacto, II(3), 141.

Sierra, F., & Ever, P. (2005). Objetos a partir de la rigidización de estructuras de membrana. Iconofacto, I(2), 53-62.

Vanegas, D. (2005, Julio). La geometría es estructura. Iconofacto, I(1), 110.

Vergeest, J. (2009). TU Delft. Retrieved Junio 17, 2009, from http://www.io.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=bccf7378-cdbd-4583-8e66-57d12ee976d9&lang=en