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La meccanica non si limita ad asservire la progettazione di macchine industriali e veicoli da trasporto, anche se questi sono i campi in cui la ritroviamo più frequentemente. E’ presente in molti oggetti domestici, nei giocattoli, e persino nell’arte. Questo è precisamente il caso di Theo Jansen, visionario fisico Olandese laureato alla Technische Hogeschool Delft, e meglio conosciuto come scultore cinetico.

La sua prima esperienza di arte cinetica risale al 1980, quando un disco volante di colore nero, realizzato su un’ossatura di tubi in PVC, seminò il panico volando nel cielo di Delft, sostenendosi in aria grazie all’elio con cui era riempito, accompagnando il suo volo con l’emissione di un segnale acustico e l’accensione di luci lampeggianti.
La mancanza di termini di paragoni visivi, nel cielo velato dalla foschia, fece apparire le dimensioni apparenti dell’oggetto ben superiori a quelle reali, che erano di appena 4 metri: in un rapporto della polizia, ad esempio, quell’UFO fu descritto come un artefatto di circa 30 metri. L’oggetto volante sparì infine tra le nuvole facendo perdere ogni traccia di sé: atterrato forse in Belgio, non fu mai ritrovato. Un’esperienza simile fu ripetuta l’anno successivo nei cieli di Parigi.

Negli anni dal 1984 al 1986, Jansen concepisce The painting machine, sviluppo di un dispositivo di pittura automatica su muro, per mezzo di una pistola a spruzzo asservita alla rilevazione della luce e del buio da parte di un sensore ottico: l’erogazione della pittura spray avviene solo quando la macchina rileva una condizione di assenza di luce.
Il sensore ottico è costituito da una fotocellula, applicata appositamente sul fondo di un tubo in modo da rendere sensibile il dispositivo alla sola luce con incidenza parallela al tubo. Il risultato di questo procedimento artistico assomiglia a una sorta di fotografia stampata su muro, ma con una peculiare resa pittorica: poiché il sensore si avvicina ai soggetti da ritrarre, la riproduzione avviene in dimensioni reali, cancellando ogni senso della prospettiva.

Ma le opere per cui è Jansen è maggiormente conosciuto sono le Strandbeesten, gli animali della spiaggia, una sorta di scheletri animati, la cui energia propulsiva è attinta dal vento, e ai quali ha iniziato a dedicarsi già negli anni ottanta.

La prima delle sue Strandbeest è stata Animaris vulgaris, un binomio di fantasia che deriva dalla fusione di due termini latini, animal e maris, e che può essere reso in italiano come Animare comune. Questa prima composizione, in tubi in PVC e nastro adesivo, non era ancora in grado di muoversi: le bestie da spiaggia, infatti, erano inizialmente destinate a essere semplicemente esposte sulla sabbia e sulle dune costiere. Solo in un secondo momento, Jansen si è cimentato nella sfida tecnica consistente nell’imprimere loro forme di movimento autonomo. Per far questo, le strandbeesten sono dotate di «ali», sorta di pale a vento poste sul dorso della scultura, la cui attivazione è in grado di sostenere il meccanismo di deambulazione laterale delle creature, in un movimento durante il quale esse tengono sempre il loro ‘naso’ in direzione del vento.

Nelle fasi successive del progetto, interessatosi al processo di evoluzione, Jansen ha cercato di selezionare i modelli al computer, riproducendo sulle sue creature gli stessi meccanismi con cui la selezione naturale agisce sull’evoluzione delle specie viventi.
Si sono così succedute nel tempo altre generazioni di animali da spiaggia, in grado di muoversi sulla sabbia sotto la spinta del vento, grazie a un ingegnoso movimento sviluppato dalle gambe. Col tempo, Jansen ha implementato la capacità di immagazzinare autonomamente energia, sotto forma di aria compressa, un passo verso la conquista dell’autonomia, grazie alla possibilità di muoversi anche in assenza di vento.
Le sue opere, realizzate con tubi di PVC destinati all’elettrotecnica e nastro adesivo, fascette serrafili ed elastici, bottiglie di riuso in polietilene, bastoni di legno e anche pallet, sono ora in grado di correre autonomamente sulla spiaggia, grazie a un movimento di rotazione in cui ciascun ‘piede’ descrive approssimativamente un triangolo dai vertici smussati, ottenuto sollecitando il movimento di una ‘gamba’ meccanica schematizzabile con un grafo planare costituito da 11 segmenti tubolari articolati secondo rapporti appositamente scelti delle lunghezze in gioco.

La scelta iniziale di quale fosse la combinazione geometrica capace di produrre al meglio il desiderato movimento (approssimativamente triangolare) del piede, passava attraverso l’esame delle varie configurazioni dei rapporti tra gli 11 segmenti, da effettuarsi all’interno di uno sterminato universo di possibilità: per questo motivo, la scelta è stata portata a termine non attraverso un algoritmo esaustivo, che avrebbe richiesto decine di migliaia di anni di tempo-macchina, ma con un approccio euristico, che si è servito della simulazione al computer di un processo evolutivo, partendo da una popolazione iniziale ristretta a sole 1.500 combinazioni, casualmente generate dall’algoritmo stesso. A ogni passo, l’algoritmo sceglieva le 100 migliori configurazioni, che venivano poi ricombinate a generare una nuova popolazione di altre 1.500 gambe, e così via… L’elaborazione, originariamente su un computer Atari, 24 ore su 24, si è protratta per mesi, durante i quali l’algoritmo evolutivo ha selezionato le gambe di quello che sarebbe stato battezzato Animaris Currens Vulgaris, ovvero la sua prima generazione di sculture semoventi.
Una nuova simulazione evolutiva ha selezionato le gambe delle generazioni successive, dando luogo a quelli che l’autore chiama gli 11 «numeri sacri», i cui rapporti assicurano il movimento desiderato: a = 38, b = 41.5, c = 39.3, d = 40.1, e = 55.8, f = 39.4, g = 36.7, h = 65.7, i = 49, j = 50, k = 61.9, l = 7.8, m = 15.
La simulazione evolutiva al computer, ha permesso a Jansen di determinare le configurazioni per un efficace movimento deambulatorio. In seguito, tutte le realizzazioni sono state progettate in maniera autonoma, mediante una serie di tentativi ed errori.

Siamesis (standbeest) | Theo Jansen from Neppod on Vimeo.

Il movimento in assenza di vento
Quelle stesse ali possono poi azionare diverse piccole pompe per bicicletta che insufflano aria sotto pressione all’interno di un serbatoio («lo stomaco» delle bestie, nelle parole del suo ideatore) costituito da una batteria di semplici bottiglie di PET; l’energia eolica così immagazzinata, durante un processo di ricarica che richiede poche ore di esposizione agli elementi atmosferici, può essere successivamente utilizzata per muoversi autonomamente anche in assenza di vento. Nella versione Animaris Gubernare Adulescens, le batterie di bottiglie sono raccolte in “stomaci” esterni alla Strandbest’, alla quale sono connessi attraverso un meccanismo che permette loro di spostarsi con la struttura rotolando e scaricando il peso sulla sabbia, senza aumentarne la massa. Le stomaco di batterie rotolanti risulta inoltre utile come ancoraggio.
L’aria compressa agisce su quelli che il progettista definisce «i muscoli», o ancor meglio le «ossa estensibili» dell’animale: si tratta di elementari pistoni pneumatici costituiti da due tubi coassiali in PVC di diverso diametro, la cui tenuta pneumatica è garantita da un o-ring che sormonta il tubo interno. Il flusso dell’aria immagazzinata nelle bottiglie, passando attraverso un tubicino, allunga i pistoni e permette il movimento. I «muscoli possono aprire i tappi delle bottiglie per attivare altri muscoli che aprono altri tappi e così via. Questo dà vita a centri di controllo che possono essere paragonati a cervelli.

Particolare è il meccanismo di locomozione terrestre delle creature di Jansen: gli animali non utilizzano ruote, che sulla spiaggia non garantirebbero un buon grip, ma si affidano a un vero e più efficiente meccanismo di deambulazione, che produce un’andatura laterale caracollante. L’utilizzo di una simulazione evolutiva al computer ha avuto come risultato il disegno di speciali ‘piedi’ grazie ai quali le sue creature possono muoversi sulla sabbia senza problemi.

Cruciale è la capacità delle creature di percepire e reagire ad alcune circostanze avverse e potenzialmente esiziali per la loro sopravvivenza, come il rischio di inoltrarsi in mare aperto, finendo sommerse o travolte dall’acqua, o il rischio di cadere in balia di un forte vento.
Attraverso sensori unicamente meccanici e pneumatici, Jansen ha implementato la capacità di avvertire la presenza di acqua ai propri piedi, o della sabbia asciutta delle dune: le creature reagiscono a questi stimoli con un arresto del movimento e un avvio in direzione contraria. Altri sensori, inoltre, hanno la capacità di percepire la presenza di vento forte, una circostanza alla quale rispondere ancorandosi al terreno, grazie a un perno incardinato nella sabbia, sotto le percosse di un martello azionato da un pistone pneumatico.

Memoria
Le creature, inoltre, sono ora dotate di un contapassi, un piccolo cervello pneumatico che memorizza il numero dei passi in una configurazione binaria, ed è in grado di fornire alla scultura «una sorta di immaginazione del semplice mondo degli animali da spiaggia» i cui confini si estendono nella sabbia umida tra i due estremi imposti dalle dune costiere e dal bagnasciuga.

Jansen si propone, in futuro, di collocare, in libertà, mandrie di queste sculture sulle spiagge olandesi: abbandonate a se stesse, in grado di muoversi da sole, esse potrebbero così condurre una forma di esistenza autonoma come in colonie animali, muovendosi grazie al vento del quale, letteralmente, si nutrono. Per far questo, risulta decisiva l’acquisizione di capacità di omeostasi, alcune delle quali già implementate, come l’accumulo di aria compressa in bottiglie di plastica, in modo da garantire energia per il movimento anche in assenza di vento, o la capacità di percepire condizioni avverse, come il forte vento e la presenza del mare, a cui reagire con strategie di sopravvivenza, le capacità di memorizzazione.

Nel 2003, Jansen ha realizzato Animaris Rhinoceros Transport, dal peso di ben due tonnellate, in grado di ospitare diverse persone sedute al suo interno[6]. Al pari delle altre Strandbeesten, Animaris Rhinoceros Transport è anch’esso sospinto dal vento ma, a dispetto del non trascurabile peso, esso può essere agevolmente spinto da una persona sola. Del Rhinoceros di Jansen è disponibile un grazioso modello in scala ridotta in scatola di montaggio, prodotto dalla Gakken e commercializzato a circa 35,00€.

Determinante nel lavoro ciclopico di Jansen è stato l’apporto del computer, e la possibilità di analizzare complessi comportamenti cinematici attraverso sofisticate simulazioni. T-FLEX, dotato di un avanzato sistema di analisi dinamiche, è lo strumento ideale per concepire e prevedere il comportamento di meccanismi complessi. Il problem solver integrato, che fornisce attraverso algoritmi dicotomici la migliore soluzione ad un problema di natura cinetica, lo eleva dal comune rango di un programma di disegno e modellazione meccanica ad un completo strumento di progettazione, in grado di condurre il progettista verso il concreto sviluppo della macchina.