Automatizace není hudba budoucnosti


Automatizace není hudba budoucnosti, ale naprosto nutná současnost

Osobně jsem toho názoru, že pokud chceme stavět automatizovaně musí se přemýšlet více holisticky, aby materiály a stavební postupy byly společně zoptimalizovány pro jejich automatizovanou fabrikaci a naopak.
Jan Petrš

Autor: Jan Petrš

Při vyslovení slova architekt si často představíme profesi, která se výhradně zabývá návrhem rodinných domů, veřejných budov či plánuje města. Zejména v posledních dvou dekádách vlivem digitalizace a snadno dostupným informacím se do procesu návrhu dostávají i prvky z jiných disciplín jako je biologie, chemie, sociologie atd. Návrhy jsou pak často výsledkem zoptimalizovaných multidisciplinárních parametrů, kde finální tvar je vygenerován automaticky počítačem. Takto vytvářené návrhy byly v počátku nekonvenční a tvarově náročné a to zejména směrem k jejich následné výrobě.
I proto se vlivem stoupající dostupnosti CAD/CAM technologií začal propojovat digitální návrh s fabrikací a tyto věci se vzájemně začaly ovlivňovat. Na universitě ve Stuttgartu v institutech zahrnutých do tzv. Cluster of Excellence INTCDC, kde momentálně působím, se metoda kdy design následuje materiál či fabrikaci stala absolutně běžnou pro vytváření nových stavebních technologií. Automatizace ve výstavbě je momentálně asi nejožehavější téma ve stavitelství a to vzhledem k udržitelné budoucnosti tohoto nesmírně energeticky náročného sektoru i vzhledm k nedostatku kvalifikovaných pracovníků. Jen zhruba 40% procent všech zdrojů spotřebovává právě stavební sektor. Například v Německu je nutno postavit asi 400 000 bytových jednotek ročně, ale zvládne se jen zhruba polovina. To jsou důvody proč se hledají efektivnější a rychlejší technologie, které zároveň budou ekologické.

Popravdě jsem nikdy nebyl velký fanda robotických ramen pro stavitelství, které jsou dnes v podstatě standardním vybavením každé stavební či architektonické fakulty. Velmi často jsou totiž využívány ke klasickému procesu stavění tak jak jej známe po staletí a v podstatě jen nahrazují stavební dělníky. Osobně jsem toho názoru, že pokud chceme stavět automatizovaně musí se přemýšlet více holisticky, aby materiály a stavební postupy byly společně zoptimalizovány pro jejich automatizovanou fabrikaci a naopak. Na druhou stranu je pochopitelné, že stavební firmy nemohou náhle změnit jejich technologie či zlikvidovat sklady s technologiemi, které slouží k pronajímání, tudíž aplikace automatizovaných systémů musí jít postupně s ohledem na současné technologie, ale s vizí stavitelství v budoucnu.

Využití robotiky s umělou inteligencí: Robot flexibilně uchopí citrony v rámci přípravy limonády pro zákazníka. 

Využití robotiky s umělou inteligencí: Robot flexibilně uchopí citrony v rámci přípravy limonády pro zákazníka. 

Univerzita ve Stuttgartu a INTCDC cluster of excellence

Na Univerzitu ve Stuttgartu jsem se dostal díky workshopu, který jsem spoluorganizoval s tamním institutem pro biokompozitní materiály v architektuře (BioMat). Workshop byl pořádaný v roce 2017 a společně na něm pracovali studenti z pražské fakulty architektury (konkrétně ateliéru Miloše Floriána) se studenty ze Stuttgartu. Jelikož se o půl roku později uvolnilo místo právě v BioMat a já v té době hledal práci v zahraničí, byl jsem osloven a nabídku jsem přijal. V BioMatu jsem se trošku odklonil od mého hlavního tématu samosestavitelnost a soft robotiky. Pracuji zde více s biokompozity. Zpočátku jsem si nebyl úplně jistý volbou, teď jsem za ní opravdu rád, jelikož jsem se naučil vnímat udržitelnost více skrze materiály a navíc biokompozity, které jsou zajímavým řešením pro modulární část mých robotů a navíc mohou být lehké a udržitelné.

Naše skupina BioMat je součástí tzv. Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture, kde řešíme zejména interiérové a exteriérové panely z biokompozitních materiálů. Cílem celého Clusteru je využití potenciálu digitálních technologií, přehodnocení současných návrhových metod či výzkum výroby a konstrukcí založených na integraci a interdisciplinaritě. Cluster zahrnuje momentálně 18 výzkumných témat, které řeší multidisciplinární týmy z Univerzity ve Stuttgartu. V rámci jednoho projektu se tak mohou potkat například sociologové s geodety či historici s výpočetními architekty. Toto propojování disciplín mi přijde extrémně důležité, architektura totiž není jen stavebně-technologická disciplína, ale má silný vliv i na sociálně-kulturní dění, historii či politiku. Architektura se netýká pouze domů, mostů, apod., ale i virtuálních prostředí, her, logistiky, designu, módy atd. V podstatě většina mých kolegů nenavrhuje stavby, ale spíš vymýšlí nové technologie stavění, vyvíjí materiály či programují. Na druhou stranu koordinovat multidisciplinární týmy je disciplína sama o sobě, není to nic jednoduchého a najít podobný jazyk je složité a někdy i úsměvné. Například naše skupina momentálně pracuje s chemiky. Jen prosté vnímání dimenzí či měřítek je totálně odlišné. Když my řekneme, že chceme udělat "velký prototyp" myslíme tím něco co bude minimálně 2 m vysoké. Pro chemika slovo "velký" znamená třeba vzorek 2x2 cm.

Osobně jsem toho názoru, že pokud chceme stavět automatizovaně musí se přemýšlet více holisticky, aby materiály a stavební postupy byly společně zoptimalizovány pro jejich automatizovanou fabrikaci a naopak.
Jan Petrš

Cluster se snaží pokrýt co nejvíc témat nutných ke komplexní integraci udržitelného stylu stavění, velký důraz je kladen na vláknité kompozity a dřevostavby. V rámci clusteru máme i společnou halu s nutným vybavením, kde se tyto skupiny mohou jednoduše potkávat. Díky clusteru a práci, která jeho vzniku předcházela se univerzita, která má podobný ranking jako ČVUT, stala v oboru výpočetního navrhování a digitální fabrikace světově respektovanou institucí. V podstatě se tak stalo díky tomu, že univerzita dala šanci mladší generaci architektů (Menges a Knippers) s vizí. Myslím, že ČVUT má potenciál, minimálně v středoevropském regionu, hrát v budoucnu podobnou roli, jakožto velice průmyslová země s velkým množstvím talentovaných odborníků a studentů.

Spolupráce s giganty jako MIT versus spolupráce s "menšími" univerzitami

Obecně není dobré mít jakési centrální mozky na pár universitách, ale lepší síly distribuovat a hledat různé názory v různých kulturách, klimatických podmínkách apod. Ve vlastním startupu Reconfixx se o tuto různorodost také snažíme.

Menší univerzity mohou být obohacující pro ty velké svým svobodným, mainstreamem neovlivněným standardním myšlením. Mě osobně zformovalo prostředí ateliéru Miloše Floriána na Fakultě architektury. V podstatě jsme neměli žádné vybavení (roboty, 3d tiskárny atd.) tudíž jsme se vždy svobodně rozhodli, co chceme navrhovat, což bylo ale vždy skvěle podpořené docentem Floriánem, který nám donášel různé články o nových technologiích a my se je snažili propojovat do projektu. Pokud máte určité vybavení snažíte se tomu přizpůsobit výuku i svůj výzkum a tím mohou unikat nějaké jiné cesty. Automaticky začnete přemýšlet o tom jak ten stroj funguje, uvažujete o jeho limitech, což ve finále limituje i vlastní návrh. Pokud například bohatší universita je schopna najít technologické řešení a menší univerzita přijde s nápadem, je to ideální cesta pro obě strany.

Na druhou stranu vybavení je extrémně důležité pro aplikační projekty a prostředí ve kterém se studenti rozvíjejí. Státy by neměly na vědě šetřit. V našem oboru (stavitelství, architektura) se ve finále počítá hlavně to, co se dokáže zhmotnit. Éra bláznivých konceptů domů, kde se demonstrovala síla výpočetního designu je minulostí. V dnešní době se počítá, zda jsou projekty konkurence schopné na trhu.

Výuka - kombinace projekt managera a učitele

Učím studenty z celého světa a nemůžu si to vynachválit, i když samozřejmě jsou zde rozdíly v přístupech a znalostech. V rámci výuky vedu kurzy buď pro klasický prezenční program, kde je většina studentů německy hovořících, či mezinárodní program ITECH, kde jsou studenti z celého světa. Výuku vždy vedu v angličtině. Osobně si myslím, že u technických oborů by výuka měla být nabízena primárně v angličtině všude, ČR nevyjímaje. Architektonická výuka je trošku jiná než např. výuka matematiky, osobně jsem na FA či ve Stuttgartu nikdy například neopravoval test či písemku. Kurzy si studenti vybírají podle témat, na kterých individuálně či v týmu pracují celý semestr. Naše kurzy jsou spíše týmové, buď celý kurz staví například společně výzkumný pavilón nebo jsou studenti rozděleni do menších skupin. Každý kurz potřebuje intenzivní zapojení nás tutorů. V podstatě jsme takovou kombinací projektového manažera a učitele. Většinou se snažíme spolupracovat i s jinými fakultami a obory. Naše nejčastější spolupráce je například s Institute of Aircraft Design.

Studenti pracují hodně manuálně s materiály. Jedním z našich cílů je, aby si osahali celý proces od návrhu až po výrobu. Student zjistí, jak je důležité včas objednat materiál, anebo když fouká vítr, musí se zabezpečit staveniště. Tím, že často výsledky kurzů jsou pro nás i součástí výzkumu, vždy toužíme po co nejvíce studentech - ideálně s dobrou motivací, z tohoto důvodu je i samotná prezentace kurzu hodně důležitá. Například poslední kurz na téma digitální fabrikace biokompozitních panelů jsem prezentoval skrze video, kde mi robot podával různé materiály. Studenty to hodně nalákalo a pobavilo. Tak jsem získal skvělou partu extrémně talentovaných lidí, které jsem musel o půlnoci vyhánět z laboratoře.

Samosestavitelné robotické systémy Reconfixx

Momentálně vkládám hodně energie do nově vznikajícího Startupu Reconfixx, který se zabývá tématem mé disertační práce tj. stavebních robotických systémů - konkrétně pak samosestavitelností. Rozvíjíme dále mnou navržený systém směrem k aplikaci v oblasti samosestavitelných dočasných staveb a samosestavitelného bednění a podpůrných systémů. Mám velkou vizi dotáhnout samosestavitelnost do skutečného použitelného produktu, proto do toho vkládám společně s týmem svůj volný čas. Téma nadchlo několik lidí, začínají první spolupráce a Univerzita ve Stuttgartu nás v tom podporuje. Momentálně žádáme o grant, který by nám poskytl prostředky na další vývoj produktu. Naštěstí stát Baden-Württemberg, kde se nacházíme, hodně podporuje inovace, takže je tu dost možností jak získat prostředky.

Vytváření zdravého vizionářského prostředí

Zde se dostáváme k mým začátkům na fakultě architektury ČVUT. Pamatuji si, že jako student prvního ročníku bakaláře jsem se těšil jak budu dělat organicky tvarované domy apod. Bohužel hned v prvním kurzu se z mého návrhu stala kostka. Bylo to v období po nesmyslném zastavení realizace národní knihovny, a obecně jsem cítil všude velkou opatrnost a bojácnost, navíc zrovna frčel minimalizmus a začínala finanční krize. Nezrealizování národní knihovny osobně považuji za zločin proti české architektuře, která se z toho vzpamatovává dodnes. Já měl ovšem štěstí a odvážil se vkročit do ateliéru Miloše Floriána, který mě už předtím fascinoval kvalitou a vizionářstvím. Přišel jsem tam tehdy s mojí naivní představou robotického domu, který se vysune nad vodu v případě záplav. A odešel jsem se samoorganizujícím se plovoucím robotickým systémem, který shromažďoval odpad, který je v moři, samoreplikoval se a sestavoval ze sebe plovoucí ostrovy. A tím jsem se i dostal k samosestavitelnosti. Tohle považuji za zdravé prostředí, když se vize podpoří a rozvinou. A ne, že se okleští či zadupou. Často to ani nemusí být o špičkovém vybavení, ale o správném nastavení společnosti či lidí, kteří studenty či mladé výzkumníky vedou. Obecně nemám rád větu "hlavně aby to fungovalo" je demotivující, ovšem v architektuře ji často slýchám.

Myslím, že svoboda tvorby ve vytváření nových konceptů je ohromně důležitá stejně jako prostředí. Nastavení svobodného inspirujícího prostředí, kde výzkumníci a studenti budou cítit, že to co dělají dává smysl má notný význam a rozhodně by se na něm nemělo šetřit. Například ve Stuttgartu mám pocit, že automatizace se nebere jako hudba budoucnosti (něco co se dělá pro pestřejší portfolio), ale jako naprosto nutná současnost, která se neodkladně musí řešit. V ČR jsem toto nevnímal. Na druhou stranu tím, že je to v Německu v aplikační fázi do průmyslu, je obtížnější některé přístupy tvořit formou základního výzkumu, v podstatě bych řekl, že už není moc času na experimenty a musí se vše rychle integrovat. A vzhledem k tomu, že se nainvestovaly ohromné prostředky např.do robotických ramen, je třeba investice vrátit zpět.

Dobré načasování pro stavebnictví 4.0

Začínající startupy či výzkumné projekty potřebují průmyslové partnery a ti naopak potřebují nápady a informace. Ale je těžké se propojit, pokud neexistují přímé kontakty na konkrétní osoby. Pro mladé výzkumníky či i studenty je velice motivující pokud o jejich nápad nějaká větší firma projeví zájem. Bohužel kolikrát k tomuto nemusí dojít, jelikož chybí správná komunikace. V tomhle by mělo NCS 4.0 pomáhat. Dále je třeba rozvinout obecné povědomí o dané problematice směrem k veřejnosti ať už skrze newslettery, přednášky, workshopy, konference či soutěže. Náš startup takhle spolupracuje s BW Leichtbau, což je nezisková organizace podporovaná státem Baden-Württemberg, která v rámci své sítě kontaktů zaměřených na lehké konstrukce pomáhá najít partnery a informuje o zajímavých akcích, soutěžích atd. Platforma by měla také neustále dávat impulzy do vyšších politických sfér, které rozhodují o globálním směřování země, momentálně teď v rámci českého předsednictví EU. Je to skvělá příležitost k prezentaci ČR jako moderního západního státu s vizí udržitelného stavění.

Autor: Jan Petrš

Architekt, který staví roboty

Dr. Ing. arch Jan Petrš 

V disertační práci se zabýval samorekonfigurovatelnosti a samosestavitelností. Vytvářel modulární systém, který se společně se speciálně navrženým měkkým robotem bude schopen samosestavit do výsledné struktury a případně posléze rekonfigurovat. Získal cenu Vernera Von Siemense za vizionářskou práci v oblasti Průmyslu 4.0 (2022).

K samosestavitelným systémům se dostal skrze zájem o samoorganizující se systémy, které používal pro generování designu mrakodrapu v rámci diplomové práce. Když nastoupil na doktorát na ČVUT, chtěl tyto znalosti využít pro něco více pohyblivého. Tudy vedla cesta k distribuované robotice, v té době (rok 2015) už vnímal zvýšený zájem o robotická ramena v architektuře a byl k nim kritický (vzhledem k jejich limitacím, váze, atd). Hned od začátku disertace začal sestavovat první roboty a učil se základům elektroniky a mechaniky.

Založil startup Reconfixx - Modular Reconfigurable Robotics

Jan Petrš se zabývá navrhováním v rámci pražského ateliréru Archistroj, založeného se spolužáky z FA.