Chapter 8

Model development and Conclusion

第8章

モデルの開発および結論

8-1. Answer to Research Questions

8-1. リサーチクエッションへの回答 

The original proportion could be re-stated as follows.

     Intelligent responses can be incorporated into architectural systems, integrating both autonomous system and user input, and then it follows that PA (programable architecture) can increase a building’s adaptability.

     The first point in the proposition has already, been tested in the early chapters. Both the hardware and software need to be well-designed to create this dynamic system. Because the proposed system is a cybernetic system, both elements are inextricably connected and cannot be detached. If the hardware does not have changeability, the system cannot represent the necessary myriad of variations. On the other hand, even if the hardware works well, it is difficult to be controlled without adequate software. When the situation changes, its behaviour is affected leading to changes in function.

当初の命題は、次のように言い換えることができる。

　自律的なシステムとユーザーの入力の両方を統合して、知的な制御応答が建築制御システムに組み込まれることができるならば、PA（プログラマブルアーキテクチャ）は、建物の適応性を高めることができる、というものである。

　この命題のひとつめのポイントは、すでに初期の章で検証されている。このダイナミックなシステムを構築するためには、ハードウェアとソフトウェアの両方が適切に設計されている必要がある。サイバネティックなシステムである以上、両者は切っても切り離せない関係にある。もしハードウェアが変更可能でなければ、システムは無数のバリエーションを表現することはできない。他方、ハードウェアがうまく機能しても、適切なソフトウェアがなければ制御することは困難である。状況が変わればその挙動も変化し、機能も変化する。

     The second point in the proposition relates to the autonomous system (pure GA) which was tested in chapter-6 but could not produce the required illumination level, then from this reflection, in chapter-7 a controlling model was proposed and tested. A combination between machine optimization and human intelligence gave relatively effective results, effective results, in this instance equivalent to achieving the objective illumination level.

     Not only does this research affirm the above proposition but it provides an approach for developing and integrating the various aspects of programmable architecture which will be useful to others wanting to develop environmentally responsive buildings.

　2つ目に、第6章でテストした自律型システム（シンプルな遺伝的アルゴリズム）は、動的な条件で必要な照度を得ることができず、この反省から第7章では新たな制御モデルを提案しテストした。機械による最適化と人間の知能の組み合わせは、比較的有効な結果をもたらした。この例での有効な結果とは、動的に変化する目的の照度を達成しつづけることである。

　この研究は、上記の命題を肯定するだけでなく、提案するプログラマブルアーキテクチャの様々な側面を発展・統合するためのアプローチのひとつを提供し、広義の環境対応型建築の開発を望む人々にとっても有益なものとなるであろう。

     Due to time and resource limits, this thesis had a narrow focus. A number of issues need to be addressed before this project can be realized in a commercial setting. 

     The first of these is scalability. This research was carried out using models, the largest being the size of a small room. In that, it is new technology one cannot assume the building components exist for a full-size implementation of the project. Rather, as the full-scale building is built, components will have to be redesigned and tested. This is further described in section 8-2. 

     This highlights the second concern, namely the physical testing of the models. In this research, much of the time-based experimentation was carried out through computer simulation. This needs to be complemented with testing of actually built systems. This is detailed in section 8-3. 

     Finally, this thesis focused on the issue of illumination. For a fully environmentally responsive building, similar work will need to be carried out with other environmental stimuli such as sound, heat, air quality, etc…This is further elaborated in section 8-4.

　時間と資源の制約により、本論文は限定した条件にて証明が行われた。このプロジェクトを商業的に実現するためには、いくつかの問題に取り組まなければならない。

　1つ目は、スケールに関する拡張性である。今回の研究で使用された実模型のおおきさは、小さな部屋に収まる程度のものを使って行われた。新しい素材技術を使用していることもあり、現実スケールでのプロジェクト実現のために、同様の性能の建築部材が存在すると仮定することはできない。寧ろ、フルサイズの建物を建設する際に、コンポーネントを再設計し、テストする必要がある。これについては8-2節でさらに説明する。

　また、このことは2つ目の懸案事項、すなわち物理モデルでの検証の必要性を浮き彫りにした。この研究では、多くの時間ベースの実験がコンピューターシミュレーションによって行われたが、これらは、さらなる問題をあぶりだすために物理的に作られたシステムのテストによって補強される必要がある。これについては8-3節で詳述する。

　最後に、この論文では照明の問題に焦点を当てた。音、熱、空気の質など、他の環境刺激に対応した完全な環境対応型建築物についても、同様の作業を行う必要がある。これについては8-4節でさらに詳しく説明する。

8-2.Future Work, Scaling up Towards Real Buildings

Two examples of project models are shown below. The first work is a small tea room with a tensegrity roof, exhibited at the Kinetica Art fair 2013. The dimensions of this cubic were approximately 2m by 2m by 2m, so the dimensions of the roof were also 2m by 2m. The second project model was part of an Exhibition at Hagiso Japan 2013, which was slightly bigger. These installations reveal some of the problems of scaling. One can see the model sagging especially toward the middle of the roof. The balance between the flexibility of the roof and the weight of the roof change with the change of scale. The appropriate solution to address for example the stiffness of the central suspension changes with scale. On a larger scale, the structure needs something extra system to solve this issue.

8-2. 今後の課題、実建築物へのスケールアップについて

 　このプロジェクトの物理模型は2例ある。最初の模型は、英国キネティカ・アートフェア2013に出展したテンセグリティの屋根を持つ小さな茶室である。この立方体の室の寸法は約2m×2m×2mであったため、屋根の寸法も2m×2mとした。2つ目のプロジェクトモデルは、2013年に日本行われたHAGISOでの展示で、もう少し大きめのものであった。これらのインスタレーションを通じて、スケーリングの問題点が見えてきた。特に屋根の中央あたりで、模型が垂れ下がっているのが写真からもわかる。屋根の柔軟性と重量のバランスは、縮尺の変更によって変化する。例えば、中央のサスペンションの剛性など、縮尺によって適切な解決策が変わってくる。スケールが大きくなると、この問題を解決するために、何か別のシステムが必要になるかもしれない。

8-3. Future Work, Towards Physical Experiment 

8-3. 今後の課題、物理的な実験に向けて 

     In chapters 6 and 7, computer-based simulated experiments were used. As you can see in the above figure, the author also attempted to use constructed physical models (chapters 4-8). Two different methods exist to connect the simulation with the physical robotic roof. One method uses the software 'Firefly' to control the system through Rhino/Grasshopper. The other involves a direct coding connection between the processing computer and Arduino through a serial transformation. Both methods were tested and worked. 

　第6章と第7章では、コンピュータを使った模擬実験が行われた。上図にあるように、著者は構築された物理モデルの使用も試みている（第4章～第8章にもあるように）。シミュレーション（コンストラクション・モデル）と物理的なロボットルーフの接続には、2つの異なる方法が存在する。1つは、Rhino/Grasshopperを通じてシステムを制御するソフトウェア「Firefly」を使用する方法。もうひとつは、処理用コンピュータとArduinoをシリアル変換で直接コーディング接続する方法。両方の方法がテストされ、機能した。

Physical experimentation has not been used as the primary research tool for several reasons.

1. The Scaling problem (as mentioned above)

2. Sensing methods - for instance, the light sensor above was required in large numbers and was prohibitively expensive.

3. Material problems - controlling the quality of the material in the physical models was problematic. For example, the opacity of the material of the roof membrane fluctuated a great deal even in a small sample.

4. Space - The experiment needed an appropriate space. For example, in the above set-up, the roof was placed vertically on the wall, meaning gravity affected its movement adversely.

For the future realization of this proposal, the physical experiment needs to be carried out with the goal of generating results similar to the simulated ones.

物理的な実験は下記の理由から、主要な研究ツールとして使用されていない。

1.物理モデルの大きさの問題（前述したように）

2. センシング方法 - 例えば、上記の光センサーは大量に必要であり数をそろえるには法外に高価であった。

3. 素材の問題 - 物理的なモデルで素材の品質をコントロールすることは問題があった。例えば、屋根の膜の素材の不透明度は、小さなサンプルでも大きく変動していた。

4. 実験空間 - 実験には適切なスペースが必要であった。例えば、上記のセットアップでは、屋根は壁に垂直に設置されており、重力がその動きに悪影響を及ぼす。

今後、この提案を実世界に実現するためには、シミュレーションと同様の結果を得ることを目標に、物理的な実験を実施する必要がある。

8-4. Future Work, Addressing Various Environmental Stimuli and Other Concerns 

8-4. 今後の課題、様々な環境刺激への対応とその他懸念事項 

All the experiments in this thesis focused on lighting illumination levels. However, in the original thesis aims and objectives (p.18) various types of environmental stimuli, such as sound, heat, air, temperature, etc. are mentioned. A true cybernetic architectural system has to deal with all those elements. There is no doubt GA would able to mediate a great number of environmental sources but the methodology needs to be expanded and tested.

     In this case, a single structure is considered but if this sort of cybernetic architecture is realized, what going to happen between two buildings? Can they boost each other’s adaptability? Will they attempt to compete against each other? Alongside adapting to environmental factors and human input, the system has to have the adaptability to other buildings. This relationship will also need to be tested.

　本論文では、すべて太陽光/照明の照度に着目して実験を行った。しかし、原著論文の目的（p.18）には、音、熱、空気、温度など様々な種類の環境刺激について言及されている。真のサイバネティック建築システムは、それらすべての要素に対処しなければならない。GAが多くの環境ソースを調整できることは間違いないが、その方法論を拡張し、検証する必要がある。

　また、本論文の実験群は単一の構造物を想定したものに限られる。このようなサイバネティック建築を実現しようとする場合、ふたつの建物の間では何が起こるのであろうか？互いの適応性を高めることができるのか？互いに競争しようとするのか？仮に単一の建築物に関して考慮したとしても、環境要因や人間の入力への適応と同時に、他の建築物への適応も必要である。この関係も検証していく必要がある。

8-5. Future Structures 

8-5. 将来の構造物 

While sections 8-2 through 8-4 highlight the rather formidable work ahead to realise fully programmable architecture there is scope to start creating structures incrementally. Section 8-2 highlights two human-scale implementations of programmable architecture. These could be expanded and tested in other small to mid-size structures slowly building up a portfolio of successful implementations of cybernetic architecture. 

     In chapter 4 when addressing the issue of environmental input the term ‘layers’ is used to refer to illumination, sound, air and other environmental. One could see a series of future structures successively adding more and more ‘layers’ that address more and more environmental factors and become increasingly intelligent. Thus, while this proposal is somewhat theoretical as presented it could be implemented in the near future with the application of adequate resources.

　セクション8-2から8-4では、完全にプログラマブルなアーキテクチャを実現するためには、手ごわい作業が待っていることを強調しているが、段階的に構造を作り始める余地はある。セクション8-2では、プログラマブルアーキテクチャのヒューマンスケールの実装を2つ紹介している。これらは小型から中型の構造物ではあるが、やがて大きなスケールの構造物に実装するための足がかりをつくっていくことができた。

　第4章では、環境入力の問題を取り上げる際に、照明、音、空気、その他の個別の環境要素を指して「レイヤー」という用語を用いている。将来的には、より多くの環境要因に対応し、よりインテリジェントになるような「レイヤー」を順次追加していくことで、一連のプロジェクト群が予想される。このように、この提案はやや理論的なものではあるが、十分な資源を投入すれば、近い将来実現する可能性がある。