Des robots et l'IA aident à concevoir et construire des « jardins suspendus »
L'architecture et la construction ont toujours progressé de façon assez lente et discrète dans les tendances technologiques et les matériaux. Il n'est donc pas surprenant qu'une université technique aussi renommée que ETH Zurich ait lancé un projet utilisant l'intelligence artificielle et la robotique pour aborder ces disciplines sous un angle nouveau. La conception et la construction automatisées, qu'ils expérimentent, montrent comment maisons et bureaux pourraient être bâtis d'ici dix ans.
Le projet ressemble à une immense jardinière sculpturale, un « jardin suspendu » inspiré des légendaires constructions de l'ancienne ville de Babylone.
Apparu en 2019, Semiramis (Sémiramis, nom donné au jardin en l'honneur de la reine de Babylone) est le fruit d'une collaboration entre des humains et des concepteurs d'intelligence artificielle. L'idée générale vient bien sûr de l'esprit créatif de ses auteurs, les professeurs d'architecture Fabio Gramazio et Matthias Kohler. Mais la conception a été obtenue en définissant les exigences principales, comme la taille, le besoin d'arrosage et le style de construction, à l'aide d'un ensemble de modèles informatiques et d'algorithmes d'apprentissage automatique.
Par exemple, lors de la conception, l'équipe peut ajuster la position d'une des grandes « capsules » composant la structure de 22 mètres, ou modifier l'agencement des panneaux formant sa surface. Le logiciel qu'ils ont créé ajusterait alors immédiatement la géométrie de l'ensemble de la structure et des autres panneaux pour s'adapter à ces changements, en veillant à ce qu'elle continue de supporter en toute sécurité son propre poids.
La structure se compose de cinq blocs de bois aux géométries complexes, légèrement décalés les uns par rapport aux autres et soutenus par huit fines colonnes en acier. La sculpture est conçue et construite à l'aide de méthodes numériques innovantes développées dans le cadre du projet.
« Dans le processus de conception habituel pour ce type de projet, les architectes tentent de prendre en compte les différentes exigences du bâtiment ou de l'ouvrage dans leur conception, puis d'ajuster cette conception jusqu'à ce que toutes les exigences soient satisfaites au mieux. Mais ce n'est pas le cas avec Semiramis : un algorithme spécial d'apprentissage automatique, développé en collaboration avec le Centre suisse de science des données, a fourni aux chercheurs des variantes de conception complexes. Les propositions différaient par la forme des capsules et leur disposition spatiale les unes par rapport aux autres. Elles ont également mis en évidence l'effet de chaque conception sur des variables cibles distinctes, comme l'irrigation des gousses », ont indiqué les chercheurs.
Bien sûr, l'architecture comporte de nombreux processus automatisés, mais ce projet repousse les limites au niveau du contrôle final qui, en apparence, leur est accordé. Après tout, l'objectif est de faire de cela une véritable collaboration, et non une simple « correction orthographique » architecturale visant à s'assurer que la structure ne s'effondrera pas.
« Le modèle informatique nous permet de repenser entièrement le processus de conception traditionnel et d'explorer l'ensemble des possibilités de conception pour le projet. Cela donne naissance à une géométrie nouvelle, souvent surprenante »
Dans le laboratoire de conception immersive, un laboratoire de réalité augmentée situé sur le campus de Hönggerberg, les scientifiques pouvaient examiner les projets en trois dimensions et les ajuster ensemble en temps réel. Le logiciel, développé conjointement avec le laboratoire de robotique computationnelle de l'ETH, facilite l'adaptation de la structure des modules en bois : par exemple, si les scientifiques déplacent un point de la géométrie de l'un des modules, composé d'environ 70 panneaux en bois, le logiciel ajuste l'ensemble de la géométrie.
Parallèlement, le logiciel prend en compte les paramètres de production pertinents, tels que le poids maximal admissible d'un panneau, ce qui signifie qu'il crée toujours la configuration la plus efficace et la plus porteuse. Chacune des cinq boîtes en bois de Semiramis est composée de 51 à 88 panneaux en bois.
Une fois la conception finale obtenue, la construction est réalisée par une autre équipe chargée de l'automatisation du travail : un ensemble de quatre bras robotisés, pilotés par une même intelligence, maintient en place plusieurs pièces lourdes (il y en a des dizaines dans chaque capsule), pendant que des humains appliquent la résine servant à les maintenir ensemble. L'algorithme calcule les mouvements des robots de manière à éviter toute collision pendant l'exécution de la tâche.
Contrairement à la construction traditionnelle en bois, la production robotisée présente plusieurs avantages : premièrement, les robots épargnent aux humains les travaux pénibles et le positionnement précis, et deuxièmement, le processus d'assemblage ne nécessite pas de sous-structures coûteuses et gourmandes en ressources.
L'assemblage robotisé bat actuellement son plein. Les segments individuels des capsules sont livrés régulièrement par camion au Tech Cluster Zug, où la sculpture architecturale sera installée et plantée définitivement au printemps 2022. Dès l'été, les visiteurs pourront voir la structure en bois depuis le sol ou depuis les bâtiments voisins, et apercevoir les plantes en train de pousser.
Entre-temps, pour Kohler, le projet a déjà prouvé sa valeur : « Semiramis a été un projet phare pour la recherche en architecture, réunissant des personnes au sein et en dehors de l'ETH et faisant avancer des thèmes de recherche clés d'aujourd'hui, comme la conception architecturale interactive et la fabrication numérique ».
