Friday, August 3, 2012

Propuesta de Enseñanza de Geometría Fractal en Diseño Arquitectónico (borrador, texto personal)

El texto a continuación lo he escrito como borrador (draft) para ser adaptado a la ponencia en las Jornadas de investigación de la FAU (Facultad de Arquitectura y Urbanismo de La Plata) en 2006.
La presentación se terminó de escribir con los coautores Ing. Rosa Enrich y los Arqs. Andrea Carnicero y Gustavo Fornari, quienes expusieron  sobre ¨Acerca de la enseñanza de la Geometría Fractal en Arquitectura¨
El programa de las Jornadas se encuentra en el siguiente link:

El texto final se puede leer en el siguiente link y será posteado -además- por separado:


LA MATEMÁTICA EN LA HISTORIA DE LA PROYECTUALIDAD

El antecedente histórico del proyecto es la composición, comenzando con los griegos y romanos, siguiendo en el Renacimiento y hasta principios de la modernidad en el Siglo XX. La composición se regía por tratados y manuales que dictaban las normas de organización estéticas y constructivas de la arquitectura. Una organización a modo de unión de partes interdependientes, que tomaba al hombre ideal como base de sus proporciones, sin tener en cuenta los aspectos emocionales, sociales.
Obsoleto este sistema compositivo, el proyecto surge como mediador entre la sociedad y la obra construída.
En los últimos años se ha demostrado que la arquitectura de diferentes estilos, de diversas regiones y períodos, obedecen a reglas que son intrínsicamente matemáticas, y, cualquiera sea su forma, contienen cualidades e información sobre dichas reglas, las que definimos como modelo o pattern. Los modelos más simples, son repeticiones de unidades ordenadas según una traslación linear, o simetría rotacional. Pero, también en dimensiones escalares donde la forma se da en sucesivas magnificaciones de unidades formales: autosimilitud. En términos geométricos, se ha creado un fractal autosimilar.
El concepto de pattern se extiende al espacio, cuando se da soluciones a problemas, que se repiten con alguna variación cada vez que el problema se resuelve. No es nuestra intención aquí una discusión sobre estilos, sino de percepciones de un cierto orden de estructuras lógicas que la mente percibe a través de conexiones e interrelaciones entre conceptos e ideas.
Los patterns se han dado en la arquitectura histórica y exponen la creatividad innata que los seres humanos tienen en la aplicación de la matemática. A tal punto que en muchos períodos del pasado, matemática y arquitectura eran indistinguibles; ambas se reforzaban y complementaban. Como en las pirámides, los templos , los ziggurats. ...
Y he aquí más ejemplos de la historia:
Los templos de India y el Sudeste asiático exhiben una estructura fractal: una torre rodeada de pequeñas torres, rodeadas a su vez por torres más pequeñas, y así, por ocho o más niveles que rondan la metafísica; (1)
La intrincada decoración gótica, renacentista y barroca, especialmente expresada en las catedrales, frecuentemente exhiben escalados en muchos niveles (como las ventanas de arcos) que probablemente representen jerarquías teológicas;
El historiador de arte George Hersey, de la Universidad de Yale, también señala que si bien el plano de Bramante de 1506 para la nueva basílica de San Pedro muestra una cruz griega con posiciones simétricas de cúpulas secundarias, los brazos de “cruces” pequeñas en las esquinas interiores consisten en miniaturas de la original, hasta llegar a una analogía de fractal;
La torre Eiffel incorpora la idea de una curva fractal;
El Dr. Ron Eglash ha demostrado que asentamientos tradicionales africanos, tienen una  estructura fractal (estructura de árbol, cerramientos rectangulares recursivos, círculos formados por círculos de viviendas, etc.). Estudios posteriores verificaron que esta arquitectura fractal resultaba de diseños intencionales, y que estas características podían ser encontradas en otras áreas culturales africanas (arte, religión, ingeniería, juegos), algunas como motivos matemáticos como sucesiones y otras como sistemas simbólicos como espirales y referencias al infinito;
Recientemente, se han calculado dimensiones fractales para obras de Frank Lloyd Wright usando el método de grillas rectangulares y se concluyó que algunos de sus edificios muestran autosimilitud en un gran rango de escalas, lo que sugiere que cumplen con características fractales;
Y ya en los últimos años, los arquitectos que se oponen a la arquitectura minimalista (International Style) han introducido curvaturas y subdivisiones en sus proyectos de formas caóticas que intentan incluir más información matemática, pero, más bien determinan una forma de fractal  estocástico que no se originó en la repetición de un pattern sino de procesos aleatorios. (2)

ANTECEDENTES EN LA ENSEÑANZA DE GEOMETRÍA FRACTAL

En 1982, y gracias al brillante aporte de Benoit Mandelbrot, los cursos sobre geometría fractal comenzaron a darse en los EEUU en asignaturas como matemática y ciencia (especialmente informática) y en niveles de college. La reacción de los alumnos fue altamente positiva, y pronto más cursos surgieron en aquellas disciplinas relacionadas con dinámicas caóticas, como humanidades y ciencias sociales,  hasta llegar a la high school (escuela secundaria). (3)
La popularidad de los cursos fue acreditada a la “extraña” belleza de los fractales que se visualizaban en las computadoras y al hecho que no entraban en el formato standard de las clases de matemática.
Para mediados de los ’80, los fractales logrados producían exclamaciones de sorpresa; ahora son parte de la cultura popular y de la alta cultura de los claustros universitarios. Similarmente, en la metodología aplicada, el uso de la computadora se restringía a los cursos de geometría fractal, y en la actualidad cualquier asignatura considera el uso de las computadoras.

Nuestro currículum actual se basa en el cálculo y sus pre-requisitos: trigonometría, álgebra y geometría. No se ha incluido aún asignaturas sobre caos y geometría fractal, que serán de gran interés en los estudiantes.

Nuestra propuesta surge de la reflexión, de la búsqueda de un modelo de enseñanza actual creativo, basado en la investigación para una nueva agenda.
No cabe duda que la disciplina comprende diversos niveles de abstracción en pos del trabajo proyectual, para la resolución de problemas urbanos y arquitectónicos.
Podemos fragmentar estos niveles en Teoría (Theoria), Práctica (Praxis) y Producción (Poiesis). (4)
La teoría es el mayor grado de abstracción, con connotaciones empíricas donde la experiencia es una adquisición insustituíble. La dimensión teórica enmarca la concepción y el sentido del objeto arquitectónico; la práctica permite su desarrollo y la producción su construcción.
Los problemas de proyectualidad, no pueden entonces resolverse solamente mediante el análisis lógico; la implementación de la geometría fractal en las asignaturas de Diseño y Matemática, ayudarán a mejorar la creatividad del diseñador, y no consideramos únicamente la posibilidad de lograr una multiplicidad de formas, sino también la comprensión y desarrollo de estructuras orgánicas complejas que luego se verían reflejadas en asignaturas humanísticas como Historia y técnicas como Estructuras, Sistemas constructivos, e Instalaciones.

LA ASISTENCIA DEL PENSAMIENTO LATERAL

Considerando que no todos los alumnos proyectan desde la inducción, la inclusión de la geometría fractal en Diseño será complementada por la teoría del pensamiento lateral, que propone un camino distinto en la búsqueda de la creatividad y suele ser implementada en ejercicios, esquicios.
Los puntos principales del pensamiento lateral son:

1.- Nuestro cerebro, que es un sistema que se auto-organiza, no está preparado para la creatividad, sino que fija esquemas de rutinas y se atiene a ellas.
2.- Si aparecen elementos nuevos –formas nuevas en nuestra disciplina-, la mente intentará relacionarse con ellos siguiendo las pautas –patterns- del esquema establecido.
3.- El objetivo del esquema es encontrar datos similares a los cuales asimilar la nueva información.
4.- Existen mecanismos alternativos que llevan a la creatividad del pensamiento y  producen rupturas en los esquemas pre-establecidos. Son los caminos “laterales”, es decir novedosos.

APLICACIÓN EN DISTINTAS TEMÁTICAS DE LA ARQUITECTURA

Y no por hacer énfasis en Diseño, hemos de olvidar que no todos los alumnos tienen el mismo perfil y además lo van moldeando a medida que avanza la carrera. El arquitecto y psicólogo social Alvaro San Sebastián distingue cinco perfiles dentro de la carrera arquitectura:

1.- El especialista en proyecto. Es la condición innata de nuestra profesión. Es el eje central de la formación.
2.- El proyectista de lo constructivo, aquél que domina la tecnología y diseña todas las alternativas para el proceso de materialización de una obra.
3.- El alumno o profesional relacionado con el mundo de la informática, un campo altamente demandado por los alumnos.
4.- El empresario, el gestor de negocios, aquél que será capaz de generar nuevas formas de llevar adelante un proceso productivo.
5.- El intelectual, el teórico, el crítico, que desarrolla tareas de investigación y desde dentro de la disciplina aporta al crecimiento de los conocimientos.

Nuestra propuesta de enriquecimiento posee un enfoque post-modernista,  que destaca la apicabilidad de la geometría fractal en todas las disciplinas, por lo tanto, cualquiera sea la inclinación temática de nuestros estudiantes, siempre contarán con esta valiosa herramienta. 

IMPLEMENTACION

Proponemos la implementación de la enseñanza de fractalidad en grados avanzados de la carrera, a fines de que el alumno incluya sus conocimientos adquiridos en materias técnicas y se eviten proyectos meramente formales. Teniendo en cuenta que las cátedras de Diseño arquitectónico tienen distintas posturas ideológicas – y por lo tanto formales- se cree conveniente la creación de una materia electiva que obviamente será tomada por aquellos alumnos que sientan la inquietud de explorar nuevos horizontes proyectuales.
Los items a continuación, expresan nuestras intenciones de acercamiento entre la técnica proyectual y el alumno.

·        MOTIVACION: promover el interés del alumno por lo que se está haciendo,desde distintos planos. Ver la posibilidad de abordar las clases en layers, alguno de ellos expandible.
Las clases de diseño, resultan interesantes cuando se estructuran en una secuencia progresiva, no lineal, por procesos de descentración múltiple.

·        EJERCITACION: sugerimos la exploración de rutas alternativas, -incluso con la posibilidad de llevar adelante un proyecto que nació insólito-, utilizando combinaciones interdisciplinares, por ejemplo: matemática y diseño, música-pintura-diseño. El docente utilizará el lenguaje adecuado para lograr la comprensión del tema a desarrollar en clase, ya sea mediante metáforas, presentando casos, modelaciones espaciales, etc.(4) De este modo el estudiante obtiene una ruta secundaria para la resolución de un problema. En este punto, cabe aclarar que el docente verificará que el estudiante realice la traducción correspondiente del modelo a la disciplina.
En general, la ejercitación del diseño se basa en estos procesos de abstracción que consisten en representar los aspectos comunes entre dos o más objetos o eventos, por símbolos, letras, diagramas, construcciones geométricas, etc.
Luego de seleccionar el tipo de representación, esta simbología puede combinarse y recombinarse de varias maneras, siguiendo reglas determinadas. La resultante, a veces es una idea pre-establecida, otras, el producto de manipulaciones de prueba y error.

·        APLICACIÓN DE TECNOLOGIAS: se destaca la importancia del uso de la tecnología como apoyo y enriquecimiento de la asignatura, para la comunicación, la información, la producción y la modelización.
Es importante que el docente acompañe en el uso de la tecnología, y si logra una atención voluntaria y consciente del alumno, se da un efecto de residuo cognitivo que enriquece el aprendizaje.
Los softwares propuestos son los que usan habitualmente los estudiantes y arquitectos en su práctica profesional, como AutoCad y Adobe photoshop, que serían complementados por softwares de creación de fractales y simulación como Fractal Explorer, Lsystems, Cellular Autómata, etc. De no poder ser adquiridos por la Universidad, se espera que en el lapso que dure la materia electiva, el alumno pueda bajar los programas en forma gratuita de la red, a prueba por un mes aproximadamente.

·        CONCEPTUALIZACIÓN: Cuando el docente trabaje haciendo referencias a otros campos disciplinares, deberá, en su accionar, no complejizar demasiado la conceptualización, para que los alumnos puedan hacer las reconstrucciones correspondientes.


REFLEXIONES FINALES

Muchos profesores han escrito sobre el éxito en la integración de geometría fractal en el currículo y describen su experiencia en las clases. No sólo contamos con los libros de Mandelbrot, quien sigue activo en la docencia e investigación, sino que hay una variedad de textos publicados en la web. (3)
“Of the mathematical topics that can be taught in schools, fractals are the only concept that was developed by someone who is still alive. Moreover, fractals have the romance of being beautiful and involving two forms of drama: the drama that is provided by recent resistance to their acceptance and the drama that comes with the fact that near-beginning students can actually understand what great living mathematicians try -- and sometimes still fail -- to prove.
Two major factors are in favor of fractals. One results from their effectiveness in the sciences. Some bring to mind real things like mountains and clouds or stock market charts. Others are extravagant and totally new, but unconsciously bring to mind all kinds of decorative patterns that humanity has known since time immemorial. The second factor is that gratification comes quickly. The path from silly formulas to impossibly difficult problems is much shorter than is usual in mathematics.” (Entrevista a Benoit Mandelbrot, por Jacqueline Weaver, 2003)
Nos atrevemos a pre-concluir que la belleza de los gráficos y su relación con la arquitectura y diseño urbano, estimulará la curiosidad de los estudiantes y motivarán experimentaciones –prácticas y teóricas-.
Sin embargo, la espectacularidad visual puede ser una tentación al juego morfológico que proponen algunas cátedras de grado y posgrado de alto contenido teórico que jamás incluyen a los usuarios, hipotéticos o reales.
 Por lo tanto, en un intento de revertir esta situación, y sin dejar de lado el campo teórico, se hará énfasis en los aspectos humanos de la ciencia; nuestro objetivo no es que el alumno trabaje desde la subjetividad creadora, indistintamente con las formas del objeto arquitectónico y urbanas, sino que tome consciencia que la geometría fractal es una herramienta para entender los procesos cognitivos que las comunidades aplican o desean intuitivamente en sus asentamientos y edificios, recordando incluso que las comunidades primitivas  han tomado ventaja de los aspectos no lineales de los sistemas dinámicos ecológicos.
Cualquiera sea el perfil que el alumno desarrolle, la geometría fractal será un lenguaje común para las disciplina que éste elija.
Todas estas consideraciones necesitan de un espíritu de equipo para ser llevadas a cabo. Y nos referimos no sólo a los miembros de un grupo sino también a los pertenecientes a otros, con los que se pueda intercambiar ideas y experiencias. Contamos con la cooperación de otras cátedras que, esperamos se abrirán positivamente al cultivo del pensamiento superior, las nuevas tecnologías y modelos de enseñanza. (6)
“Tomaremos distancia” y reflexionaremos acerca de cómo funciona el nuevo modelo de enseñanza y cómo puede ser documentado y compartido con otros.

Este procedimiento es legítimo en cuanto incentiva la investigación generando conocimientos nuevos y aprendiendo a resolver problemas, y su verificación se daría en la posterior comunicación entre la obra y el comitente.

REFERENCIAS

1.      Citemos a William Jackson en “Other shore fractals: Hindu trascendence symbols and the modelling of wholeness” (Yale courses).: “The ideal form gracefully artificed suggests the infinite levels of existence and consciousness, expanding sizes rising toward transcendence above, and at the same time housing the sacred deep within”. La proliferación de las torres representan varios aspectos del panteón hindú.
Ver también “Heaven’s Fractal Net”, escrito por el mismo autor, donde trata del reconocimiento de estructuras fractales en la naturaleza, organizaciones sociales, simbolismos rituales, en arquitectura de Europa y América. ISBN: 0253216206
2.      Se ha relacionado a la arquitectura moderna con la matemática newtoniana (ej. Le Corbusier y el uso del número de oro) y, actualmente Charles Jencks en su libro “El Nuevo Paradigma en Arquitectura”,  destaca el carácter fractal de algunos edificios de Frank Gehry, Peter Eisenman, Zaha Hadid, Daniel Libeskind, que, según Salingaros no se apoyan en la ciencia sino en la filosofía de los deconstructivistas franceses; no responden a autosimilitud en cada nivel de magnificación y obviamente no son originados por procesos complejos de auto-organización. Ver “Charles Jencks y el nuevo paradigma en arquitectura”. Versión en español para Ambiente, Revista 97.2006. También on line
3. En su libro “Fractals, Graphics, and Mathematics Education”, B. B. Mandelbrot y M. L. Frame dan una lista de escuelas, colleges y universidades donde se ha implementado la geometría fractal en el currículo. Entre ellos: Boston Technical High School (MA), Broward County middle and high schools (FL), the Hotchkiss School (CT), Lehigh University (PA), New Trier High School (IL), Nickel District Secondary School and various York Region Schools (Ontario, CAN), St. Joseph's University (PA), Union College (NY), the University of California at Riverside, the University of Rochester (NY), the University of Scranton (PA), y Yale University (CT).
Los estudios en The Urban School of San Francisco incluyen varios cursos de matemática y otro electivo llamado Infinity, que trata de geometría fractal y teoría del caos.  Ver en detalle:
Para ilustrar algunos cursos de Mandelbrot y Frame, ver también
4.      Para temas de teoría proyectual, ver Jorge Sarquís, “Investigación Proyectual: Historia de las teorías, los procedimientos y las técnicas.- Theorias, praxis y poiesis, Revista Area No 8, SYCIT, FADU, diciembre 2000.
5.      Los profesores Thomas Fischer y Christiane Herr (Hong Kong University) advierten que las analogías pueden crear confusión en los estudiantes y oscurecer los conceptos en los cuales están basadas. Como ejemplo, citan una hoja de helecho, realizada con L Systems a modo de tipología de diseño generativo. La resultante es una imagen fractal donde subyacen algoritmos y parámetros, pero también sirve para estudiar la morfología de un proyecto urbano. Una vez establecido que los fenómenos de la naturaleza pueden ser deducidos por medio de técnicas generativas, vemos que la matemática no puede dar afirmaciones terminantes sobre  la naturaleza, pero sí puede generar diseños naturalísticos emparentados con morfología urbana. Este ejemplo también nos demuestra la posibilidad de trabajar interdisciplinariamente, siguiendo las combinaciones de pares de inteligencias a la manera de Howard Gardner.
6.      Se invita a leer el artículo “Hostelry in San Pedro”, del estudiante Víctor Papadia para el Journal of Mathematics and Design.Vol 3, No 1. 2003
El trabajo de Víctor para Arquitectura 4, ciclo lectivo 2002, fue corregido en  su cátedra de Diseño y, en cuestiones de fractalidad,  monitoreado por la directora del Centro M&D, dra Vera de Spinadel, conjuntamente con la autora de este texto, que en ese entonces se desempeñaba como Jefa de trabajos prácticos en otra cátedra de Diseño, de postura distinta a la del alumno. El seguimiento expresa un trabajo multidisciplinario que dió muy buenos resultados.

BIBLIOGRAFIA

Ashline George. Revisión del libro “Fractals, Graphics, and Mathematics Education”. De B. B. Mandelbrot y M. L. Frame.

Casakin, H. “El Uso de Representaciones Visuales en los Problemas de Diseño”, Revista Area No 8, SYCIT, FADU, diciembre 2000.

T. Fischer, Christiane Herr, “Teaching Generative Design”

Machado, Nilson J. “Epistemología e Didática”, Cortez Editora, Sao Paulo, Brasil, 1995.

Mandelbrot, Benoit B. y Frame, Michael. Chapter 1. Some Reasons for the Effectiveness of Fractals in Mathematics Education. (on line)

Ostwald Michael J. “Fractal Architecture: Late Twentieth Century Connections Between Architecture and Fractal Geometry”. In Nexus Journal, Vol 3, No 1, 2001
http://www.nexusjournal.com/Ostwald-Fractal.html

San Sebastián, Alvaro. “La Formación de los Arquitectos”, Area de Formación, Centro Poiesis, Serie Difusión 8, SICYT, FADU, Buenos Aires, 1994

Spinadel, Vera Winitzky de. Anales de Trabajos Presentados en el 1º Congreso Internacional de Matemática y Diseño, 23 al 27 de Octubre de 1995, FADU, UBA.

Vedoya, Daniel E. “Innovaciones en la Enseñanza de la Tecnología”, XIII reunión de ATYDA, FADU, mayo 2002

Salingaros, Nikos A. Architecture, Patterns and Mathematics. In Nexus Network Journal. Vol 1. No 2. 1999

Weaver, Jackeline. Entrevista a B. Mandelbrot. Para Yale Bulletin And Calendar. February 28the, 2003. Vol 31, No 20
http://www.yale.edu/opa/v31.n20/story6.html

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