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IrreguLab – Transdisziplinäres und interfakultatives Lehrlabor für das digitale Entwerfen und Herstellen mit unregelmäßigen Materialien

In Zeiten knapper werdender Ressourcen ist die Vermittlung und Förderung innovativer Ansätze zur Erschließung bisher untergenutzter Materialbestände wichtiger denn je. Das IrreguLab ist die Vision eines interfakultativen und gleichermaßen transdisziplinären Lehr- und Lernlabors für das digitale Entwerfen und Herstellen mit unregelmäßig geformten Materialien. Exemplarisch wird im Rahmen dieses Projekts auf einen Rohstoff fokussiert, der in Thüringen, als Bundesland mit dem größten deutschen Holzeinschlag, geradezu im Überfluss vorhanden ist: unregelmäßig gewachsene Resthölzer. Studierende im Bereich Architektur, Produktdesign und darüber hinaus entwickeln hier Konzepte, Strategien und Methoden, diese Hölzer mithilfe digitaler Werkzeuge wie 3D Scanning, digitaler Datenverarbeitung sowie CNC-gesteuerter und Augmented Reality-unterstützter Fabrikation, präzise und effizient zu bearbeiten und dadurch originelle, materialgerechte und vor allem: ressourcenschonende Gestaltungs- und Herstellungsansätze zu entwickeln. Hierzu werden insbesondere neuartige Lehr-/Lernformate (u.a. AR-Design-Build Workshops und Installationen) angeboten sowie spezifische Transfer- und Austauschformate entwickelt. Diese bieten Studierenden die Gelegenheit, sich einerseits mit lokalen und regionalen Akteuren aus Forst-, Holzwirtschaft und Handwerk zu vernetzen und andererseits ihre hier entwickelten Visionen mit einer breiteren Öffentlichkeit zu teilen.

Auf einen Blick

Ausführliche Beschreibung

Material
NameDownload / LinkBeschreibungLizenzFormatGröße
Augmented-Reality-gestütztes Bohren mit einer HoloLens 2Download CC-BY-SA 4.0JPG7.78 MB
Augmentierter (AR) Prozess zur Auswahl geeigneter Resthölzer im WaldDownloadCC-BY-SA 4.0JPG309.52 kB
Raumfachwerk aus Eichenrundholz realisiert in Design+Build Seminar mit StudierendenDownloadCC-BY-SA 4.0JPG8.91 MB
Realisierte Hypar-Schale aus Schwachrundholz mit einer Spannweite von 6 x 6 mDownloadCC-BY-SA 4.0JPG648.01 kB
Zukunftsvision komplexes Raumfachwerk aus Rundholz (AI-generated)DownloadCC-BY-SA 4.0JPG2.21 MB

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Publikationen zu diesem Projekt
  • Publikation 100539

    Design and fabrication of wooden grid shells using small-diameter timber

    As the construction industry shifts toward sustainability, timber has emerged as a primary renewable material. However, current wood value chains are often inefficient; a significant portion of harvested timber—particularly small-diameter roundwood—is relegated to low-value uses like thermal energy or fiber products. Despite being underutilized, these thinnings possess a continuous fiber structure that offers higher and more consistent bending strength than sawn beams. To explore this material’s structural potential, a 6×6 m wooden grid shell was developed. This case study combines the geometric efficiency of Hyperbolic Paraboloid (Hypar) structures with the inherent strength of small-diameter logs. Realized during a one-week design-build workshop, the project utilized locally sourced logs through a digital-material workflow consisting of three main phases: 1. Debarking: Careful processing of raw logs. 2. On-site Assembly: Rapid construction of the shell framework. 3. AR Integration: Use of Augmented Reality (AR) to ensure high accuracy and robustness when working with irregular geometries. The findings demonstrate a scalable approach to valorizing low-grade timber, reducing waste, and optimizing value chains. By blending contemporary digital tools with insights from historical construction, this research offers a viable model for sustainable, low-impact timber architecture that transforms irregular roundwood into high-performance structural systems.

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  • Publikation 100537

    Modular Metal Nodes for Timber Space Frames

    This research explores a new approach toward sustainable timber construction by utilizing leftover timber for space frame structures, and, as such, introducing digitally designed and fabricated modular metal nodes as connectors. With timber construction on the rise in Europe, the potential for future timber shortages looms, necessitating a more effective and efficient use of available wood resources, and, ultimately, characterizing systemic building processes that capitalize on leftover timber. In this light, one important key is to develop modular connectors that are suitable to non-standard material systems and are architecturally lean. Hence, these elements must be geometrically generic while allowing an optimal architectural and structural performance. Of particular concern is therefore the design, development and fabrication of metal node connectors optimized for round timber elements, with two variants explored: one involving individualized topology optimized nodes produced via “lost foam casting”, and another utilizing the same fabrication technique but with a modular approach to allow for efficient assembly, mechanical adaption and serial production. The paper discusses ,research parameters, the iterative design and fabrication process, and presents an 1:1 architectural prototype. Overall, it highlights the potential of using leftover timber in digital design and building construction, reshaping sustainable timber practices and architecture’s constructive repertoire.

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  • Publikation 100538

    Digital design and fabrication of adaptive metal nodes for timber space frame structures

    This study proposes a new approach to sustainable timber construction, focusing on repurposing leftover round timber for the construction of space frame structures. It introduces digitally designed and fabricated modular metal nodes as connectors, and, as such, addresses timber shortages amid Europe's increasing timber construction sector. Central to this approach is the enhancement and optimization of wood resources, and the development of a corresponding connection technique, being suitable for nonstandard material systems, while, at the same time, emphasizing architectural simplicity and structural efficiency. The connection technique and respective connectors need to be geometrically versatile while ensuring optimal architectural and structural performance. This paper explores the design, development, and fabrication of (metal) node connectors optimized for round, leftover timber elements, considering two variants: individually topology optimized nodes produced via lost-foam casting, and a modular approach facilitating efficient assembly, mechanical adaptability, and serial production. The research framework encompasses defining parameters, detailing the iterative design and fabrication process, and presenting a 1:1 architectural prototype. Through this framework, the study demonstrates integrating leftover timber into digital design and fabrication practices, reshaping sustainable timber construction and potentially expanding the art of structural design.

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Immersive Lernwelt für Achtsamkeitsangebote

In den letzten Jahren haben stressbedingte und psychische Belastungen Studierender u.a. durch die Digitalisierung, COVID-19 und Hochschulreformen rapide zugenommen. Um dem entgegenzuwirken, bieten einige Hochschulen (HS) erfolgreich Achtsamkeitsangebote (AsA) an. Sie werden jedoch der steigenden Nachfrage nicht gerecht, denn die Angebote sind aufgrund fehlender finanzieller, personeller und technischer Ressourcen rar, meist orts- und zeitabhängig sowie auf wenige Teilnehmende begrenzt. Innovative und bedarfsgerechte Lernangebote sind notwendig, die langfristig und ressourcenschonend genutzt werden können.Das Projekt „Im8sam“ verfolgt einen innovativen und nachhaltigen Ansatz zum Thema Achtsamkeit im HS-Kontext. Zur Stärkung der psychischen Gesundheit Studierender und für deren Selbst- und Stressmanagement im Studium sowie späteren beruflichen Alltag soll gemeinsam mit Studierenden und ExpertInnen eine immersive Lernwelt für AsA konzipiert und erstellt sowie in einem Lehrmodul erprobt werden. In der Lernwelt können Studierende allein oder gemeinsam mit KommilitonInnen in realistisch oder utopisch gestaltete virtuelle 3D-Achtsamkeitswelten eintauchen und sich verschiedene AsA mit unterschiedlichen Anleitungsimpulsen für die Anwendung im (Studien-)Alltag aneignen. Die Lerninhalte und Übungen können ressourcenschonend, zeit- und ortsunabhängig, mit oder ohne Virtual Reality Brille genutzt werden. Dieser Ansatz ist im deutschsprachigen Raum bisher einzigartig.

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Maßnahme 100135
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Zu Beginn der Entwicklungsphase konnten keine statistisch relevanten Erhebungen durchgeführt werden, da die digitalen Aufbauten erst entwickelt wurden. In Gesprächen wurde das Evaluationspotenzial ermittelt. Ziel: praxisnahe Erkenntnisse zu Aufbau, Integration in Vorlesungen und Teamarbeit unter Studierenden. Es entstanden bedarfsgerechte Erwartungsabfragen zur Entwicklung digitaler Lerneinheiten.

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Pre-service teachers (PST) need subject-specific, didactic and pedagogical knowledge for their future teaching practice, commonly described within the TPACK framework. The ‘Digital Competence Framework for Educators’ (DigCompEdu) emphasizes the importance of technical and digital skills for teachers in general. One way to address relevant knowledge facets for PST is through game development-based learning, which includes designing digital escape games. Yet, questions remain about which knowledge facets PST activate when designing a digital mathematical escape game (DIMEG) and how this develops throughout the design process. In this study, one group of primary school PST designs a DIMEG within a seminar. Each seminar session was videotaped, transcribed and coded towards TPACK knowledge facets. Findings from this study show that all knowledge facets were activated, except TCK, suggesting that DIMEG is a promising approach for teacher education.

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