Wie bij breien alleen maar denkt aan een oma met een paar breinaalden en een bolletje wol in een schommelstoel loopt wat achter. Mariana Popescu, architect en bouwkundig ontwerper bij de faculteit Civiele Technieken Geowetenschappen, maakt met de breimachine geen kittig mutsje, mooie sjaal of warm vest, maar constructies van hele bouwwerken. Breiwerk kan volgens haar een belangrijke rol spelen bij het creëren van ongebruikelijke constructievormen. “Denk aan bogen of koepels die een grote ruimte moeten overspannen, zoals een brug of het dak van een museum of sportstadion.”

Duurzame complexe vormen

Hoewel rechte en platte vormen goedkoper en makkelijker te realiseren zijn, worden in de bouw ook dubbel gekromde vormen toegepast. En niet alleen ter verfraaiing, zegt Popescu. “Een kromming zorgt ook voor stevigheid. Denk aan papier. Als je een A4’tje rechtop houdt en erop drukt, kan het de druk niet aan en buigt het door. Maar als je het gebogen of in harmonicavorm op tafel zet, is het een stuk steviger. Terwijl het dezelfde hoeveelheid materiaal is. Dat is bij een bouwwerk net zo.”

Voor het maken van dubbel gekromde of gebogen vormen, maken traditionele methoden vaak gebruik houten bekisting of gefreesd schuim. Dat is volgens Popescu alleen erg arbeidsintensief en niet bepaald duurzaam, aangezien deze bekisting vaak maar eenmalig gebruikt kan worden. “Je hebt ontzettend veel materiaal nodig voor een complex gevormd bouwwerk. En dat is vaak niet meer te hergebruiken. Daarom zoek ik naar manieren en materialen om zo efficiënt en duurzaam mogelijk complexe vormen te maken.”

Efficiënt omgaan met materiaal en vorm

Wanneer Popescu in 2008 deelnam aan het Nuna-project, de zonneauto van de TU Delft, krijgt ze een paar waardevolle inzichten. “Hoewel de constructie van een auto totaal anders in elkaar zit dan die van een gebouw, zag ik ook overeenkomsten. Je moet in beide gevallen efficiënt omgaan met materiaal, vorm en gewicht. Bij de Nuna werkten we met koolstofvezels. Dat is geen gebruikelijke textielsoort in de architectuur of bouwsector, maar vanwege het lage gewicht van textiel vond ik juist interessant.”

Tijdens haar promotie bij ETH Zürich werkt Popescu haar ideeën voor het toepassen van textiel als flexibel bekistingssysteem verder uit. Hierbij maakt ze ook de stap naar de breimachine. “Een breimachine is geschikt voor diverse textielsoorten. Welke slimme garen geschikt zijn voor de bouw moet nog verder worden onderzocht.”

Grote oppervlakten in 3D

Helemaal nieuw is het gebruik van textiel in bouwconstructies niet, zegt Popescu. “Het is gedurende de 20e eeuw vaker geprobeerd, maar het is er nooit echt doorheen gekomen. Het textiel dat gebruikt werd om flexibele vormen te maken bestaat uit grote lappen stof op een rol. Om een dubbel gekromde vorm te maken, moet je de stof in patronen knippen en naaien, zoals een kleermaken zou doen.” Maar met 3D-breien is het mogelijk om zulke vormen van één stuk textiel te maken, zelfs inclusief openingen of groeven. Hiervoor heeft de breimachine heel exacte instructies nodig. Om de instructies te koppelen aan de exacte geometrie die hier uiteindelijk uit voortkomt, is veel expertise nodig, en voor grote oppervlakken met een complexe vormen kunnen alleen de meest ervaren technici zulke machine-instructies ontwerpen.

Algoritme dat machine aanstuurt

Daar heeft Popescu iets op bedacht: de machine laten aansturen door een algoritme. “Hierdoor kan de machine tijdens het breiproces zelf de 3D-vormen genereren. Het algoritme geeft de machine instructies. Bijvoorbeeld over wanneer een naald in actie moet komen of juist niet. Deze instructies zijn verwerkt in een pixelgrid met kleurtjes. Elk kleurtje staat voor een handeling die de naald moet uitvoeren. Het algoritme zet het ontwerp van het bouwwerk eerst zelf om in een pixelgrid. Hij vertaalt het dus van 3D naar 2D. Vervolgens gaat de machine aan de slag, waarna het textiel er in 3D uitkomt.”

De ‘knitting lady’

Popescu wordt door haar collega’s ook wel de ‘knitting lady’ genoemd. Een bijnaam die ze zelf niet helemaal terecht vindt. “Ten eerste kan ik helemaal niet breien, de machine doet al het werk voor mij. Maar nog belangrijker: het breien is maar een klein deel van mijn onderzoek. Ik voel me veel meer een ontwerper en programmeur. Die aspecten vind ik ook het leukst. Hoe ontwerp ik iets dat vervolgens met behulp van techniek zo slim mogelijk kan worden gerealiseerd? Daarbij zoek ik constant de grenzen op van machines. Het bouwen van de constructie zie ik vooral als kers op de taart.”

Disciplines meer verbinden

Popescu hoopt dat ook in de praktijk de schakels in de keten meer met elkaar worden verbonden. “Nu is het proces vaak heel versnipperd. Eerst maakt een architect een ontwerp en stuurt dat naar een ingenieur. Die doet het rekenwerk en denkt na over hoe alles in elkaar gezet moet worden. De bouwers gaan hier vervolgens mee aan de slag. Hierdoor blijkt soms later in het proces dat iets lastig uitvoerbaar is of veel afval oplevert. Als partijen al in een vroeg stadium samen nadenken over de structuur, technologie, materialen en de productie kom je vaak tot een beter uitvoerbaar en duurzamer ontwerp.”

Massaal aan het breien?

Duurzamer bouwen, zoals het gebruik van gebreid textiel in constructies, kan volgens Popescu zeker uitkomst bieden. Toch benadrukt ze dat de bouwwereld nu niet blind op één techniek of materiaalsoort moet gaan inzetten. “Het gaat erom dat we per situatie blijven nadenken over hoe we bouwen en waarmee. Welke middelen zijn voorhanden? Is het praktisch uitvoerbaar? Met out-of-the-box denken en constant zoeken naar innovaties hoop ik bij te dragen aan maatschappelijke vraagstukken en nieuwe generaties architecten en ingenieurs te inspireren.”

Gepubliceerd: april 2023