Kyma : estudo de padrões sonoros em painéis de madeira

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Kyma : estudo de padrões sonoros em painéis de madeira UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ARQUITETURA ARTES E COMUNICAÇÃO DEPARTAMENTO DE DESIGN

Projeto de Conclusão de Curso em Design de Produto GABRIELA FRIZZARIN BASSA Orientação: Profº Tomas Queiroz Ferreira Barata Bauru, 2017.

AGRA DEC IM EN TOS

Aos meus pais e à Giulia, principais responsáveis pela minha formação enquanto designer e ser humano. Aos neusos, aos meninos amarelos, ao Du e todos os amigos que fazem parte da minha família bauruense.

RE SU MO

O projeto consiste em um estudo, com caráter experimental, dos padrões formados pela refração das ondas sonoras em meios físicos.

Com o intuito de unir o interesse pela Cimática e, ao mesmo tempo, pela prototipagem rápida, o projeto abrange experimentos com superfícies líquidas, registros audiovisuais, e usinagens 3D dos padrões cimáticos obtidos.

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8 Introdução

10 Referêncial Teórico 12 Cimática: o estudo do som visível - Mas afinal, o que são ondas sonoras?

16 A história por trás da Cimática 38 Os padrões da natureza e a Cimática 46 Água Sonora 52 A Fabricação Rápida - Usinagem CNC

- Garagem FabLab

60 Inspirações

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Materiais e Processos

ConclusĂľes

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Desenvolvimento

Bibliografia

76 Experimentos 92 Registro Audiovisual

102 VĂ­deo

104 2D3D 112 Usinagens 3D

114 Painel 1 122 Painel 2 132 Painel 3

140 Identidade Visual

INTRO DU ÇÃO 8

Ao longo dos anos na universidade me envolvi em projetos e experiências diversas, com o constante interesse em aprender e descobrir mais um universo dentro do Design que ainda não havia contato. Após a indagação de como concluir essa trajetória, na busca por aproveitar esse momento para também aprender uma temática antes não estudada, encontrei na Cimática a oportunidade de explorar um novo assunto e somá-lo ao conhecimento adquirido ao longo da minha graduação como designer de produto.

Cimática é o nome dado ao estudo das ondas sonoras e dos padrões físicos produzidos a partir da interação dessas com um meio. Hoje em dia, há diversos estudiosos que utilizam da ciência para explicar como o som afeta a matéria e o mundo a nossa volta.

Portanto, a proposta desse projeto é desenvolver um estudo, unindo o interesse pelo fenômeno da Cimática,

pelo processo de experimentação e pela inovação da prototipagem rápida.

O trabalho é construído pela pesquisa teórica dos temas, pela reprodução de experimentos com frequências sonoras em superfícies líquidas, e pelas usinagens 3D de padrões obtidos a partir do registro audiovisual dos experimentos. Através desse processo, o objetivo é traduzir os padrões efêmeros nas superfícies líquidas em painéis rígidos de madeira.

Além disso, diante de um referencial bibliográfico praticamente integral na língua inglesa, houve um interesse pessoal em tornar os estudos e os experimentos desse projeto em uma fonte de informação em português, traduzindo o apanhado de histórias, teorias e referências, com o intuito de compartilhar conhecimento e experimentação além do âmbito universitário em que o projeto nasceu.

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REFERÊN CIAL TEÓRICO 11

Cimática: o estudo do som visível

A Cimática revela mais um estranho e admirável trabalho da natureza. Do grego “kyma” (κuμα), que significa “onda” e “ta kymatika” (τα κυματικά), que significa “assuntos referentes a ondas”, esta ciência consiste no estudo do som visível e suas vibrações. Basicamente, o processo de visualizar e entender a interação das ondas sonoras em um meio.

Este termo foi adotado por Hans Jenny, um médico suíço e um dos cientistas referências na área, durante suas investigações sobre fenômenos periódicos e, especialmente, sobre a exibição visual do som.

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A Cimática cria uma conexão entre som, vibrações e a realidade física, e os experimentos são normalmente conduzidos onde a superfície de uma placa ou liquido é vibrada a partir de um som e diferentes padrões emergem devido a diferença de força vibracional nas regiões do recipiente, o que provoca o deslocamento das partículas líquidas ou sólidas, formando assim uma geometria visível de acordo com o meio e a frequência motriz.

Quando aplicada a metais ou sólidos, o experimento apresenta um padrão constante do som em uma determinada frequência em questão, porém quando aplicada a uma superfície de água a cimática revela as ondas sonoras em sua própria natureza transformacional.

Como as ondas sonoras não são visíveis ao olho humano, o mundo da Cimática atrai interesse e admiração ao se traduzir visualmente e traz uma evolução em como o som e suas propriedades são compreendidos pela ciência. Além disso, evidencia que objetos rígidos, como o corpo humano, também sofrem continuamente a vibração sonora em seus próprios níveis, o que envolve a discussão de como as diferentes frequências sonoras afetam os seres vivos terrestres.

A partir dessa teoria, diversos estudiosos sustentam o uso do som e da música como forma de cura e tratamento medicinal, com a troca de energia e interferência das vibrações sonoras com o corpo humano. É possível encontrar registros dessa prática desde culturas antigas como a egípcia, a grega e a aborígene, na Australia, até hoje em dia com cientistas e religiões que utilizam o som como forma de tratamento.

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Mas afinal, o que são ondas sonoras?

Uma onda é uma perturbação oscilante de uma grandeza física em um espaço e tempo, as propagações das perturbações do ambiente geram ondas. As ondas são definidas por frequências e amplitudes. No caso deste projeto, por serem ondas sonoras, trata-se de ondas longitudinais, já que a vibração acontece na mesma direção do movimento.

transporta, considerando que quanto maior a perturbação, maior a amplitude da onda.

A frequência de uma onda é a quantidade de oscilações que ocorreram em um intervalo de tempo, a unidade padrão mundial em vigor é o Hertz (nome do cientista que estudou o fenômeno) e mede a quantidade de oscilações em um segundo.

Isto é, quando se diz 100hz está se referindo a cem oscilações por segundo.

No ouvido humano, as ondas sonoras atingem o tímpano, uma membrana, que passa a vibrar com a mesma frequência das ondas e que transmite ao cérebro, através de impulsos elétricos, uma sensação que chamamos de som.

Já a amplitude da oscilação indica a quantidade de energia que a onda

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Um exemplo claro do fenômeno de ondas está no ato de jogar uma pedra na água, a perturbação da pedra ao cair na água causa uma propagação que desencadeia ondas concêntricas que se dissipam em sua superfície até não serem mais percebidas.

A maioria das vezes o som que chega ao ouvido humano é transmitido pelo ar, que age como meio de transmissão.

Imagem retirada do site: crv.educacao.mg.gov.br.

O ar denso é melhor transmissor, o que faz com que em altitudes maiores com o ar rarefeito não se ouça muito bem.

O som não se propaga no vácuo por exigir um meio material para sua transmissão, e em geral, os sólidos transmitem melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases.

Dentre as propriedades físicas características das ondas sonoras está a refração. A refração condiz diretamente no entendimento do projeto por consistir em uma onda sonora passando de um meio para o outro, que é o que acontece no estudo da Cimática.

No processo de refração, a onda muda sua velocidade de propagação e seu comprimento, porém mantém sua frequência, o que explica a interação da vibração sonora com as superfícies líquidas e sólidas estudadas nos experimentos cimáticos.

Entretanto, a direção inicial da propagação é desviada porque o meio apresenta propriedades distintas das do meio anterior. Este desvio no ângulo de incidência é denominado de refração, e esta também é a explicação de outros efeitos interessantes como o arco-íris, o uso de lentes nos óculos e a cor do céu no pôr-do-Sol.

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Imagem de rescunhos de Leonardo Da Vinci. CrĂŠdito: www.world-mysteries.com/science-mysteries/sacred-geometry/sacred-geometry-and-the-flower-of-life/

A história por trás da Cimática

Diversas pessoas já estudaram e desenvolveram conceitos relativos ao comportamento de ondas sonoras em diferentes meios. O renomado cientista italiano Leonardo Da Vinci (1452-1519) relatou em seus estudos sua observação sobre o comportamento da poeira sobre uma mesa de madeira vibrando com a formação de diferentes padrões.

Assim como Galileo Galilei (1564-1642) descreveu em seus estudos ter arranhado uma placa de metal com um cinzel, o que provocou

a mesma reação, formando fileiras finas e longas de grãos, paralelas e equidistantes uma da outra assumindo padrões.

No entanto, estima-se que o conhecimento sobre os efeitos da cimática existe há centenas de anos em povos antigos.

Há indícios de tribos africanas de mil anos atrás que usavam pequenos grãos polvilhados sobre tambores de pele animal esticada para eventos divinos, e o cientista John Stuart Reid encontrou semelhanças entre o comportamento ressonante do

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Leonardo Da Vinci.

Crédito: cymascope.com.

granito em sarcófagos egípcios e símbolos da escrita hieroglífica, enquanto o cientista Hans Jerry descobriu em seus estudos que a manifestação vibracional do antigo canto sâncrito “Om” em uma placa metálica gera um círculo com um ponto no centro, criando um dos formatos pelo qual o símbolo é representado pelos hindus e budistas.

Além desses há diversos outros mistérios e semelhanças dos fenômenos da Cimática com civilizações passadas e a natureza, assim

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Galileo Galilei.

Crédito: cymascope.com.

como vários cientistas, estudiosos, músicos e artistas que estudaram o tema.

Para conhecê-los e para se compreender o papel da Cimática na história, foram escolhidos, para compor o histórico a seguir, os principais personagens e seus estudos.

Robert Hooke (1635-1703)

Quase duzentos anos depois das observações de Da Vinci e dezenas de anos após Galileo Galilei, Robert Hook foi um cientista inglês da Universidade de Oxford e teve grandes contribuições em diversas áreas do conhecimento como na matemática, ótica, mecânica e astronomia.

Robert Hooke.

Crédito: cymascope.com.

Em 1680, Hook desenvolveu um experimento muito parecido com o de Da Vinci e Galileo: “arranhou” com um arco de violino a borda de um prato de vidro com farinha sobre este, o que produziu som e vibrou o prato, provocando a reorganização das partículas da farinha em curiosos padrões.

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Ernst Chladni (1756-1827)

Com um intervalo grande também com os estudos de Hooke, Ernst Chladni era músico, cientista alemão e fora considerado um dos maiores contribuintes para o estudo da cimática.

Apesar de não serem contemporâneos, Chladni provavelmente teve acesso aos estudos de Hook, por repetir o experimento com o arco de violino. Porém utilizou uma placa de bronze coberto de areia e percebeu que utilizando um material altamente ressonante, como uma placa de metal,

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Ernst Chladni.

Crédito: cymascope.com.

Imagem exemplificando os pontos nodais e formas de vibração em um prato circular.

Crédito: cymascope.com.

obtinha melhores resultados e uma variedade de padrões geométricos maior, dependendo do local da borda da placa em que passava o arco. A técnica de Chladni para demonstrar os diferentes padrões gerados pela vibração sonora é acompanhada pela sua teoria das “ondas nodais”, as quais consistem nas linhas

em que não apresentam vibrações e separam as regiões vibratórias que são opostas, paralelas e equidistantes.

Considerando que a areia se acumula nessas áreas de quietude, as ressonâncias das ondas sonoras delineiam as linhas nodais.

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A partir dos experimentos Chladni criou um modelo dos padrões nodais que são conhecidos até hoje como “Figuras de Chladni”, os quais foram desenhados por Mary D. Waller, uma física inglesa, já no século XX da seguinte forma:

Em 1787, Chladni lança seu livro “Descobertas na Teoria do Som” (“Entdeckungen ber die Theorie des Klanges”), que é considerado até hoje referência na ciência da acústica.

Na época, Chladni viajou por toda a Europa demonstrando o fenômeno e apresentou a Napoleão o experimento.

Este ficou tão impressionado que organizou uma competição com a Academia Francesa de Ciências para encontrar uma explicação matemática para os padrões de areia.

A vencedora da competição foi uma matemática francesa, chamada Sophie Germain, que em 1816 recebeu o prêmio de três mil francos, mas, apesar do prêmio e de seu trabalho pioneiro em elasticidade, nunca foi aceita pela instituição científica integralmente masculina da época.

Crédito: cymascope.com.

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Atualmente, variações dessa técnica de Chladni ainda são normalmente utilizadas na construção de instrumentos musicais acústicos, como violinos, guitarras e violoncelos.

Sophie Germain (1776-1831)

Vencedora da competição patrocinada por Napoleão, Sophie também era física e filósofa. Para a competição escreveu uma explicação matemática que comparava as funções de onda para descrever como o som criava padrões geométricos.

Segundo ela, as ondas sonoras eram responsáveis por criar áreas de vibração e áreas de quietude, sem vibração, na superfície do prato. Acreditava-se que a “crista” das ondas sonoras faziam com que algumas áreas vibrassem, enquanto as depressões das mesmas mantinham algumas áreas imóveis e a areia se concentrava nessas áreas imóveis, sem forças vibratórias.

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Margaret Watts-Hughes (1842-1907)

Outra mulher cientista reconhecida pelos seus estudos, Margaret WattsHugues nasceu no País de Gales, em 1885 inventou um aparelho, o qual nomeou “Eidophone”, para realizar seus experimentos na área da cimática.

Sua invenção era composta por uma caixa de madeira com uma abertura na extremidade sendo possível encaixar uma faixa de borracha, esticando-a e formando uma superfície onde espalhava-se areia ou outros grãos. Encaixado na caixa ia um tubo, o qual seria o receptor de som.

Crédito: cymascope.com

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A partir do canto dentro do tubo, o som da voz ressoava dentro da caixa de madeira e vibrava a superfície, formando padrões da voz.

Por utilizar os mesmos termos na discussão dos padrões que observou em seus experimentos é provável que usufruiu dos trabalhos de Faraday como inspiração.

Além disso, assim como ele, era fascinada pelos modelos e descreveu em um artigo disponível na biblioteca da Universidade de Cornell:

Eidophone, feito por Esmeralda Conde Ruiz, em 2006 de alumínio e látex.

Crédito: cymascope.com

“Eu continuei cantando essas formas peculiares, e saindo para fora, vi seus paralelos nas flores, nas samambaias, e nas árvores ao meu redor; (...) A esperança veio para mim de que estas humildes experiências podem permitir-me algumas sugestões sobre a produção da natureza em suas próprias belas formas “

Capa do livro de Margaret Watts-Hughes.

Crédito: cymascope.com

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Mary Desiree Waller (1886-1959)

Citada anteriormente na representação das figuras de Chladni, Mary Desiree Waller era professora de física no Royal Free Hospital Medical School em Londres. Fascinada pelo trabalho de Ernst Chladni, recriou seus experimentos e padrões com grande rigor científico sistematizando seus estudos.

Crédito: cymascope.com

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Lançou o livro “Figuras de Chladni, um Estudo em Simetria” (“Chladni Figures, a Study in Symmetry”) em 1961, o qual é referência na ciência da acústica por incluir equações matemáticas que descrevem os efeitos e um novo método de otimização dos experimentos de Chladni com a utilização de dióxido de carbono sólido.

Hans Jenny (1904-1972)

Considerado o “Pai da Cimática” e contemporâneo a Mary Desiree Waller, Hans Jenny foi um médico e cientista suíço que estudou o “som visível” durante toda a vida. Seus dois livros: “Kymatic – Volume 1” (1967) e “Kymatic – Volume 2” (1972), são fontes riquíssimas em imagens cimáticas, as quais são analisadas e registradas com detalhamento impressionante, mesmo faltando com algumas explicações matemáticas que seriam resolvidas mais tarde por cientistas posteriores.

Crédito: cymascope.com

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Além disso, é o responsável pelo emprego do termo Cimática (“Cymatics”, em inglês) para descrever os efeitos do fenômenodas ondas sonoras.

Jenny desenvolveu investigações sobre a exibição visual do som inspirado pela teoria de sistemas, o trabalho de Ernst Chladni e sua prática médica e conduziu experimentos animando pós, líquidos e pastas inertes em formas fluídas que refletiam padrões encontrados na natureza, arte e arquitetura.

Todos esses padrões foram criados utilizando frequências de sons audíveis e Hans conseguiu criar representações físicas da vibração, expondo como as ondas sonoras se comportam em diferentes matérias e meios.

Criou um aparelho acústico, muito semelhante ao “Eidophone” de Margaret Watts-Hughes, o qual nomeou de “Tonoscope”.

Assim como a criação de Margaret, a areia sobre uma membrana esticada na boca de um recipiente forma figuras de Chladni quando alguém fala pelo cano conectado ao aparelho, expondo assim os padrões formados pela própria voz.

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“Tonoscope”.

Crédito: soundingoutaeolus.com.

Sua relação com o método de ensino “Waldorf”, no qual se especializou em ensinar crianças com deficiências físicas, o conduziu a utilizar o “Tonoscope” como uma forma de ensinar crianças com deficiência auditiva a falar. Apesar de não conseguirem ouvir os sons, conseguiam distingui-los através dos diferentes padrões formados na superfície do aparelho.

outros d iversos tipos de líquidos e pastas.

Catorze anos de estudos, experimentos e documentação destes levou Jenny a ter habilidade e um nível de controle quanto aos parâmetros e as variáveis dos experimentos que o permitia repetir os exatos padrões que desejava, e desenvolver comparações destes padrões com os encontrados em elementos da natureza.

Ao longo de sua carreira, desenvolveu estudos com um gerador de frequências e um amplificador em placas de aço de diferentes formatos e com pó de lycopodium (altamente responsivo à vibração), além de

Historicamente, o que os demais cientistas destacam da contribuição de Jenny para a Cimática são suas análises perante seus experimentos e a sua compreensão da universalidade dos padrões cimáticos.

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Alexander Lauterwasser (1951-)

Como um dos primeiros personagens da atualidade, Alexander é um pesquisador e fotógrafo que baseou seu trabalho na cimática, tendo como principais inspirações os estudos de Ernst Chladni e Hans Jenny.

Em 2002, publicou seu livro “ Imagens do Som da água” (“Wasser Klang Bilder”), com fotografias das superfícies d’água movimentadas pelas músicas de Ludwig van Beethoven e Karlheinz Stockhausen.

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Seu trabalho é um exemplo da aproximação dos efeitos da cimática com a expressão da arte, através da fotografia.

Em seu site (wasserklangbilder.de) mantém sua biografia e um compilado de fotos de sua autoria a partir de músicas diversas e comparações dos padrões observados em suas fotos com outros componentes semelhantes na natureza.

Fotos retiradas do site do fotรณgrafo: waaserklangbilder.de .

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Thomas J. Mitchell (1938-)

Thomas e Stuart Mitchell

Thomas é um músico escocês que estudou por 27 anos os ornamentos esculpidos no teto da Capela Rosslyn, a qual fica perto da capital Edimburgo e é famosa por suas esculturas, por uma associação com os Cavaleiros Templários e por conter em seus arcos cubos esculpidos com imagens muito semelhantes às “figuras de Chladni”.

Instigado pela semelhança entre as figuras de Chladni e os ornamentos nos cubos, desenvolveu um estudo que duraria praticamente metade de sua vida.

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Descobriu que o padrão de cada cubo estava relacionado a uma nota musical e que estes estavam dispostos em uma ordem proposital nos arcos para serem lidos em uma direção específica, formando assim uma música.

O mistério, porém, se agrava principalmente pela diferença de 200 anos entre o fim da construção da capela, no ano de 1456, e o nascimento de Ernst Chladni, responsável pelos primeiros registros das figuras nodais, em 1756.

Comparação entre os cubos da igreja e os símbolos cimáticos.

O que leva ao entendimento de alguns estudiosos de que o conhecimento dos efeitos das ondas sonoras na matéria existe há muito mais tempo do que a ciência registrou até então.

Em 2006, seu filho, Stuart Mitchell, orquestrou a música revelada pelos cubos e nomeou-a de “Moteto Rosslyn” (“The Rosslyn Motet”), e realizou a primeira performance da música, na própria capela, com instrumentos medievais tradicionais. No mesmo ano, Thomas e Stuart publicaram o livro “Capela Rosslyn: a música dos cubos” (“Rosslyn Chapel:The Music of the Cubes”).

Crédito das fotos: cymascope.com

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John Stuart Reid (1948-)

Assim como Thomas e Stuart Mitchell, John Reid encontra-se entre os cientistas da atualidade por ser um engenheiro acústico que comandou uma pesquisa de cimática nas Grandes Pirâmides do Egito, em 1997.

A pesquisa consistia no registro fotográfico dos padrões obtidos a partir de experimentos com uma superfície de PVC que esticou sobre um sarcófago. O objetivo era analisar o comportamento ressonante do granito que era feito o sarcófago.

John Stuart Reid e sua criação “Cymascope”.

Foto retirada do site: thegrayescape.com

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Seus estudos revelam que os padrões observados nos experimentos se assemelham muito a antigos símbolos hieróglifos egípcios, o que levou Reid a concluir que as ressonâncias

John Stuart Reid na Grande Pirâmide de Giza, no Egito.

do granito podem ter influenciado no desenvolvimento da escrita hieroglífica.

A partir da descoberta, Reid começou a desenvolver um instrumento científico que iria permitir resultados visuais mais acurados de qualquer som audível, a este instrumento deu o nome de Cymascope.

O novo instrumento permitiu a Reid registrar os experimentos, fotografando geometrias que são correlatas aos sons

Símbolo obtido em seu estudo que se assemelha ao hieróglifo “Olho de Horus”.

musicais que as causaram na superfície do instrumento e, por isso, são consideradas análogas do som e da música.

Hoje em dia, a criação de Reid é utilizada, dentre outras aplicações em potencial, na decifração e no estudo da linguagem dos golfinhos em colaboração de uma organização americana chamada “Speak Dolphin”.

Crédito das fotos: cymascope.com

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Michael Memminger (1971-)

O alemão, Michael Memminger é fotógrafo e webdesigner e mantém um site online onde compartilha imagens que registrou da água sob a vibração dos mais variados sons e frequências. Em suas fotos capta as representações geométricas que as ondas sonoras formam de cada frequência, voz ou música.

Memminger ressalta que não utiliza de programas de edição de imagem ou animação para manipular as suas fotos, apenas cria as cores das mandalas através do uso de luzes coloridas e configuração de balanço de branco.

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Memminger durante o processo de captação da imagem.

Foto retirada do site: magicaqua.eu

Comparação feita por Memminger do padrão cimático da frequência 36,14Hz e a geomtria da “Flor da Vida”.

Fotos retiradas do site: magicaqua.eu

Padrão a partir da frequência 66Hz.

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CrĂŠdito: flickr.catdancing.

A Cimática na natureza

Assim como comparada anteriormente a elementos de civilizações antigas, existe uma comparação entre os padrões formados por vibrações sonoras com as outras geometrias fractais encontradas na natureza por apresentarem semelhanças impressionantes.

O Cymascope, criado pelo cientista John Stuart Reid, proporcionou uma visualização mais exata dos formatos criados pelo som, impulsionando os estudos que buscam o entendimento e as correlações entre as geometrias da natureza.

Através do Cymascope é possível encontrar em suas imagens constantes matemáticas do universo, como a constante de Pi, levando muitos cientistas a associarem o som à criação da vida terrestre.

Essas semelhanças são encontradas em elementos tanto da flora e da fauna, como nas primeiras formas de vida terrestre e outros micro-organismos como em vírus.

As fotos a seguir ilustram alguns exemplos comparativos, utilizando imagens do Cymascope e as figuras de Chladni.

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Pentágono criado a partir de um som de baixa frequência no Cymascope

Estrela gerada no Cymascope

Estrela do mar: um exemplo de pentágono na natureza

Crédito: Erik Larson

Crédito: John Stuart Reid

Crédito: Vera Gadman/Gadman Graphics

Miolo de uma Margarida Crédito: Science Photo Library

Padrão criado em 78 Hertz no Cymascope: este padrão foi criado a partir da água sob influência do som puro de 78hertz, o som organiza a matéria em uma espiral regular muito parecida com a encontrada no miolo da flor.

Crédito: Science Photo Library

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Trilobite: Fóssil do começo do período Cambriano (526 milhões de anos atrás) de uma criatura marinha comparado a uma imagem captada em laboratório pelo Cymascope de sons puros da natureza.

Crédito: Science Photo Library

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Padrão obtido no Cymascope Crédito: John Stuart Reid

Vírus da Hepatite Crédito: Science Photo Library

Padrão obtido no Cymascope: experimento com água sob efeitos de vibrações sonoras de baixas frequências Crédito: cymascope.com

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Diatomácea Arachnoidiscus: Período Jurássico (200 milhões de anos atrás) Crédito: Science Photo Library

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Experimento com areia: variação das figuras de Chladni Crédito: John Stuart Reid

Foto preta e branca de Leopardo Crédito: Artigo de Alan Turing “The Chemical Basis of Morphogenesis”

Experimento com areia: variação das figuras de Chladni Crédito: Artigo de Alan Turing “The Chemical Basis of Morphogenesis”

Casco de uma tartaruga e figuras de Chladni Crédito: Alexander Lauterwasser, em seu livro “Water Sound Images”.

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Crédito: Alexander Lauterwasser, em seu livro “Water Sound Images”.

Água Sono ra

Ao contrário da maioria dos experimentos até agora descritos, com as formações estáticas de areia nas placas vibratórias de Chladni, os experimentos com superfícies líquidas apresentam padrões dinâmicos, fluindo ao longo da mudança das frequências sonoras, o que produz uma grande variedade de padrões a serem explorados.

Nestes casos, o líquido funciona como uma massa de escultura tridimensional flexível que traduz o som em imagens.

Se submetido a frequências que vão aumentando gradualmente, a complexidade dos padrões também aumenta, alcançando um nível em que toda a estrutura se dissolve em caos, mas logo depois se reconfigura em uma complexidade ainda maior.

Além de experimentos com superfícies líquidas, é possível visualizar os efeitos do som em líquidos através de outras situações, como com uma mangueira.

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Neste caso, normalmente os experimentos acontecem com uma mangueira de borracha colada a um alto falante com água saindo dela.

Com a interferência da vibração sonora, o líquido saindo da mangueira começa a cair em movimentos oscilantes. Assim como os padrões formados numa superfície líquida, a distância entre as ondulações formadas e o tamanho destas variam conforme as frequências sonoras.

Crédito: Imagem retirada do vídeo “Cymatics” de Nigel Stanford.

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Além disso, registros fotográficos das moléculas da água sob efeito da vibração sonora revelam mandalas impressionantes, que variam de acordo com o som motriz aplicado.

O trabalho do já citado alemão Michael Memminger é um exemplo de demonstração dessas mandalas formadas através da refração de sons na água.

49 Crédito: Imagem retirada do vídeo “Hose Pipe- Cymatics” de Nigel Stanford.

Mandala obtida a partir da frequência 23,68 hz.

Crédito: Michael Memminger em seu site www.magicaqua.eu.

Mandala obtida a partir da frequência 12,5 hz.

Crédito: Michael Memminger em seu site www.magicaqua.eu.

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Mandala obtida a partir da frequência 19,5 hz.

Crédito: Michael Memminger em seu site www.magicaqua.eu.

Mandala obtida a partir de uma voz feminina.

Crédito: Michael Memminger em seu site www.magicaqua.eu.

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A Fabricação Rápida O conceito da prototipagem rápida (Rapid Prototyping) consiste no desenvolvimento de modelos físicos usando dados tridimensionais de CAD (Computer Aided Design) através de tecnologias e máquinas que permitem a fabricação rápida.

Apesar da variação de tempo dependendo do tipo de tecnologia utilizada e do tamanho da peça, os sistemas de prototipagem rápida podem gerar modelos 3D em apenas algumas horas.

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Tais métodos permitem uma comunicação rápida e eficiente de ideias dentro de um projeto de design, facilitam a discussão e a análise da forma e função de produtos e evitam falhas dentro da produção de uma empresa, por exemplo, por criarem protótipos fiéis aos arquivos CAD, o que ainda possibilita a execução de testes prévios à produção, como de tensão e montagem, dependendo do material prototipado.

Muito além de facilitadora no desenvolvimento de protótipos dentro de empresas, a prototipagem rápida traz, junto ao crescimento de sua popularidade, projetos inovadores nos mais diversos setores da pesquisa e da produção.

Na medicina, por exemplo, existem estudos da Universidade de Edinburgh, na Escócia, para a impressão de células troncos embrionárias humanas vivas, o Biscoitos feitos com pimenta vermelha torrada. Crédito: Natural Machines

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“Hard Copy”:Trabalho de conclusão de curso da designer Noa Raviv.

que possibilitaria a criação de órgãos para transplantes, enquanto já são produzidas próteses para implantes e membros biônicos em impressoras 3D com alta precisão e funcionalidades para pessoas e animais.

A presença da prototipagem rápida tem impulsionado inovação em outras diversas áreas como: na moda, com a produção de peças de roupas, jóias e acessórios prontas para uso; na engenharia, com a invenção de impressoras capazes de construir casas com filamentos de cimento em um período de tempo extremamente reduzido; e no ramo da alimentação, com impressoras que trabalham

com filamentos de materiais orgânicos como chocolate, açúcar e macarrão para gerar protótipos e um novo conceito quanto ao formato, estado físico e design da comida em si.

As tecnologias e as diversas aplicações da prototipagem rápida são amplas e por serem relativamente novas estão em constante evolução. A quantidade de projetistas a adotarem esses métodos também está crescendo, assim como o conceito “do it yourself” que permeia a filosofia de criação das impressoras 3D, o que propulsiona o surgimento de laboratórios de fabricação (FabLab) pelo mundo.

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Abreviatura de “Fabrication Laboratory”, um FabLab consiste em um espaço de fabricação digital composto por diversas tecnologias e ferramentas industriais de prototipagem rápida, como impressoras 3D, maquinas de corte a laser, fresadoras de pequeno e grande porte, computadores e softwares “open source” e “freeware” CAD e CAM.

tudo, fomentando uma educação informal e um espaço de inovação, onde se aprende fazendo e experimentando (“Learn by doing”).

Esse formato de laboratório surgiu no “Center for Bits and Atoms”, no Instituto de Tecnologia de Massachussets (“MIT”) durante uma disciplina do Professor Neil Gershenfeld, chamada “Como fazer (quase) tudo” (“How to do (almost) anything”).

Segundo a lista da “Fab Foundation” (www.fablabs.io), até julho de 2016, foram registrados 679 laboratórios pelo mundo, e todos devem seguir a carta de princípios (“Fab Charter”) e compartilhar os equipamentos e processos para que a replicação de projetos seja facilitada e a disseminação do conhecimento gerado dentre desses aconteça entre todos os FabLabs do mundo.

O nome da disciplina reflete no fundamento de um FabLab: ser um ambiente ideal para a invenção, para se fazer quase

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Este pensamento associado ao fato de ser aberto à comunidade local promove a realização dos mais diversos projetos e temas, trazendo a liberdade de estudo e produção muitas vezes restringida dentro de instituições de ensino tradicionais.

Fresadora CNC do “Garagem FabLab”.

Usinagem CNC

Para o desenvolvimento de projetos na prototipagem rápida existe uma interface de dados padrão, que é o formato de arquivo STL, para converter o arquivo do software CAD para a máquina de prototipagem 3D.

são máquinas ferramentas operadas automaticamente por um conjunto de software e hardware e podem ter vários eixos, o que determina sua capacidade bidimensional ou tridimensional de usinar uma peça.

Na usinagem em fresadoras CNC também é utilizado esse padrão de arquivo. Sigla de “Comando Numérico Computadorizado”, as fresadoras CNC

O desenvolvimento do desenho e da modelagem tridimensional do projeto são normalmente desenvolvidos em softwares CAD, “Desenho Assistido por Computador”

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(“Computer Aided Design”) e para definir a trajetória que a máquina CNC vai executar são utilizados softwares CAM, “Manufatura Auxiliada por Computador” (“Computer Aided Manufacturing”).

Ou seja, os programas CAM convertem o arquivo STL gerado pelos programas CAD em linhas de comando que operam a CNC, estes comandos são chamados de G-code (Código G).

O responsável por traduzir esse código em movimentos dos eixos da máquina é o controlador CNC, que pode ser um software instalado em um computador ou um hardware.

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Garagem FabLab

O “Garagem FabLab” é um laboratório de fabricação digital que surgiu como o primeiro FabLab independente do Brasil, antes uma empresa privada, foi inaugurado em 2013 e se tornou uma associação sem fins lucrativos.

Assim como outros FabLabs, tem o objetivo de gerar um espaço em que sejam incentivados o aprendizado e o acesso a tecnologias, estimulando o desenvolvimento de projetos “do it yourself” e a criatividade e inovação através da experimentação e da troca de conhecimentos transdisciplinares.

Imagem retirada do site garagemfablab.com.br.

Dessa forma, é aberto a pessoas de todas as áreas, e é composto por profissionais, empreendedores, estudantes e professores que prezam pela criação colaborativa e pelas possibilidades da fabricação digital e da programação em conjunto com a marcenaria e outras técnicas “low tech”.

Para geração de renda, o Garagem oferece planos mensais para tornar-se membro, cursos de formação e aluguel das máquinas, além de parcerias com escolas, universidades, empresas e outros “makers”.

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INS PIRA ÇÕES 60

Obra Loris Cecchini “Gaps (books I)”, 2005.

Nigel Stanford

A primeira inspiração para este projeto foi um clipe de uma música do músico neozelandês Nigel Stanford chamada “Cymatics”. Desenvolvido em 2013, em parceria com o diretor de filmes Shahir Daud, o vídeo contém uma série de experimentos com ondas sonoras em diferentes meios, dentre esses experimentos está o prato de metal de Chladni com areia e a superfície líquida com a caixa de som.

A música foi composta depois da captura do vídeo, ou seja, a partir das notas musicais que as frequências provocaram resultados interessantes durante os experimentos.

Com a ajuda de uma equipe completa e equipamentos de filmagem e iluminação avançados, o vídeo mostra a banda tocando todos experimentos ao mesmo tempo, formando assim a música final.

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No experimento com a superfície líquida e a caixa de som, Nigel trabalhou com os padrões que as frequências de 50 hertz e 100 hertz geravam para compor a música, e utilizou vodka congelada como líquido por apresentar ser mais consistente que a água em estado líquido.

Foto retirada do vídeo “Cymatics” de Nigel Stanford.

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Fotos retiradas do site nigelstanford.com.

Foto retirada do vídeo “Cymatics” de Nigel Stanford.

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Loris Cecchini Escultura com 100cm de diâmetro: “Steelwave (Mercurial Chorus)”, 2016.

Foto de Ela Bialkowska.

Diferente da referência de Nigel Stanford focada no material audiovisual e musical, o trabalho de Loris Cecchini envolve as artes plásticas e o design na criação de esculturas impressionantes.

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Além disso, em suas entrevistas demonstra seu interesse pelos padrões e pela simetria da natureza.

Loris Cecchini é um artista italiano, nascido em Milão, que desenvolveu uma coleção de esculturas inspiradas pelas vibrações das ondas sonoras.

Em 2012, desenvolveu uma série de projetos que denominou “Corpos em extrusão” (“Extruding Bodies”) que traz esculturas com padrões gerados a partir da vibração sonora gravados em placas de resina de poliéster e aço fundido inoxidável.

Em geral, seus trabalhos envolvem a discussão da realidade através de uma dialética entre o natural e o artificial, confrontando-se sempre com as problemáticas projetuais e materiais diversos.

Essas placas têm dimensões que são bem maiores do que os padrões gerados pelas vibrações nas superfícies líquidas, realçando os detalhes e a beleza do visual das ondas sonoras.

Escultura com 220cm de diâmetro: “Wallwave vibration (anatomy of a diagram)”, em 2012 na instalação de Loris Cecchini na Galleria Continua em Beijing, na China.

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Escultura de Loris Cecchini com 150cm de diâmetro: “Wallwave vibration (quanta canticum)”, em 2012. Foto de Oak Taylor-Smith.

Sonic Water

Apesar de se referir ao mesmo tema, dessa vez esta inspiração expõe outra forma de aplicação da Cimática, com foco na experiência e interação do usuário com os fenômenos das ondas sonoras.

um prato com uma tampinha de garrafa com água colada. As vibrações da caixa de som criavam os padrões na água da tampinha, e uma câmera filmava e transmitia ao vivo em uma tela a superfície da água em movimento.

“Sonic Water” (“Água sônica”) foi uma instalação, em 2013, no “Photography Playground” (“Parque de diversão da Fotografia”) em Berlim, que envolvia experimentos de Cimática com água.

Ao entrar na sala, a primeira visão que as pessoas tinham era da tela com a visualização macro dos padrões “cimáticos”, para então, ao se aproximarem da estrutura, relacionarem a transmissão com a superfície na tampinha e se surpreenderem com o fenômeno.

Separada em dois ambientes, o primeiro consistia em uma instalação onde uma caixa de som emitia sinais sonoros em

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Primeiro ambiente da instalação.

Foto de diephotodesigner.de.

O segundo ambiente era um laboratório com uma estrutura quase idêntica ao anterior, porém com um recipiente com diâmetro maior preenchido com água ao invés da tampinha.

Entretanto, no laboratório era possível que os visitantes criassem os seus próprios sons e usassem a própria câmera para registrar o experimento, com a intenção de que as pessoas criassem e experimentassem os seus próprios padrões cimáticos.

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Segundo ambiente da instalação.

Foto de diephotodesigner.de.

Tampinha no primeiro ambiente da instalação.

Foto de diephotodesigner.de.

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Hydro mancy

Assim como o “Sonic Water”, o “Hydromancy: Cymatics Theremin” consiste em uma instalação audiovisual interativa que envolve uma superfície de água, uma caixa de som e frequências sonoras.

A frequência e a amplitude do som são controlados pela distância entre um sensor e a mão do espectador da instalação.

Através do movimento da pessoa ao redor do aparelho, as frequências são alteradas e são gerados novos padrões na superfície da água, o que permite que o participante controle o som e os padrões cimáticos, e

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visualize os efeitos de seus movimentos simultaneamente na água ou em um projetor com uma exibição aumentada.

A instalação aconteceu, em 2016, na “Universidade da Florida Central” no evento “Surfaces”, exposição pop up sobre luz e som que atrai os melhores artistas audiovisuais de Orlando, nos Estados Unidos. E foi desenvolvida por “Synthestruct”, organização que desenvolve diversos projetos e instalações audiovisuais que abordam a temática da Cimática e disponibilizam no site “synthestruct.com”.

Demonstrações da instalação.

Fotos retiradas do site: synthestruct.com.

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Materiais e Processos

A metodologia adotada inclui o estudo da cimática; a criação de padrões através de experimentos associando uma música e superfícies líquidas; o ensaio fotográfico e a filmagem dos experimentos; o tratamento das fotos e imagens capturadas; a modelagem tridimensional das imagens obtidas a partir do tratamento das fotos realizadas; a preparação do arquivo para prototipagem rápida, renderização final e usinagem em fresadora CNC do arquivo 3D. A primeira etapa prática de experimentação utilizou os seguintes materiais: uma placa de metal de 100mm de diâmetro e 50mm de altura, duas placas de Petri de poliestireno (uma preta e uma azul escuro) com diâmetros de 150mm e 15mm de altura; uma caixa de som; água, pigmento de tinta azul escuro, álcool etílico comum e maisena.

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Os experimentos foram compostos por uma estrutura básica que continha uma caixa de som conectada no computador, um plástico sobre a caixa para proteger, e um recipiente com líquido dentro.

Para realizar o registro fotográfico e a filmagem foram utilizadas as câmeras DSLR Canon 6D e Sony A7S II, com as lentes Sigma 70-200mm f/2.8 e Canon 24-105mm F/4.0, e para a iluminação um refletor de luz LED. A câmera foi posicionada em um tripé, de forma que captasse a visão superior da caixa de som e do recipiente com líquido. Para a filmagem, a câmera foi reposicionada para captar diferentes ângulos da superfície líquida.

O tratamento das imagens foi executado nos softwares Adobe Photoshop CC, Adobe Premiere Pro CC e Adobe Illustrator CC.

Em seguida, foram feitas as modelagens tridimensionais das imagens escolhidas,

gerando os arquivos no formato STL, no software livre “Blender”, através da função “Displace” oferecida pelo programa.

Com a finalização dos arquivos 3D, as usinagens aconteceram no “Garagem FabLab”, na fresadora CNC desenvolvida pelo próprio laboratório, que comporta placas de até 2750x1850mm. Todos os testes tiveram a assistência do Rafael Gonçalves, Diretor Operacional do FabLab, que foi o responsável pela preparação da usinagem e programação da máquina fresadora nos softwares VCarve e Vetric Cut 3D.

O primeiro teste foi realizado em uma placa de pinus laminado colado, com as dimensões de 300x300x40mm. A usinagem, que durou cerca de uma hora e trinta minutos, envolveu o processo de desbaste, com uma fresa End Mill de diâmetro de 6mm, e o processo de acabamento, com uma fresa Ball Nose de diâmetro de 6mm.

O segundo teste foi feito em uma placa de MDF (Medium Density Fiberboard), com as dimensões de 300x300x30mm, teve duração de três horas e utilizou as fresas End Mill, de

diâmetro de 6mm, para desbaste e Ball Nose de diâmetro de 6mm, para o acabamento.

O terceiro teste envolveu a produção de uma placa de laminado colado com madeiras reaproveitadas no Laboratório Didático de Materiais e Protótipos (LDMP), no campus da UNESP em Bauru.

A etapa de produção da placa compreendeu a escolha das ripas, a colagem das faces laterais com cola branca Cascorez, a prensagem posterior com grampos, o emparelhamento da placa na serra circular e na máquina desempenadeira, a regulagem da altura desejada na máquina desengrossadeira e o acabamento com a lixadeira orbital.

Após finalização da placa, a usinagem teve a duração de cinco horas, envolvendo o processo de desbaste, com uma fresa End Mill de diâmetro de 12mm, e o processo de acabamento, com uma fresa Ball Nose de diâmetro de 12mm. Devido ao tamanho da fresa utilizada para o processo de acabamento, houve a necessidade de acabamento manual posterior à usinagem.

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DESEN VOLVI MEN TO 75

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‘

EX PERI MENT OS

Durante os experimentos, as únicas variáveis eram o recipiente (metálico, azul e preto) e o líquido, o qual variou entre água pura, álcool etílico, maisena diluída na água e pigmento de tinta azul marinho diluído em álcool e na água.

O objetivo na experimentação dos líquidos era observar como as densidades destes interferiam nos efeitos das vibrações sonoras e como as cores, mais claras ou mais escuras, afetavam visualmente nas fotos com a interação com a luz ambiente.

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O processo de experimentação do projeto foi inspirado por experimentos realizados por cientistas, citados na pesquisa teórica, e por experimentos conduzidos por artistas que trazem a criação de músicas ou vídeos incríveis com a variação das frequências sonoras e com a observação dos padrões criados por elas.

Além de finalmente conduzir um primeiro contato prático dos efeitos do som na água, os testes iniciais tinham como objetivo observar e entender quais frequências geravam interferência na superfície líquida.

Por isso, o primeiro experimento foi realizado com água, com um recipiente metálico e uma gravação com sinais de frequências que abrangia um intervalo de 20Hz a 18000Hz.

Geralmente, essas gravações com sinais de frequência encontradas na internet são utilizadas para fazer testes de audição, já que frequências muito baixas (menor ou perto de 20Hz) ou muito altas (aproximadamente 20000Hz) não podem ser ouvidas pela audição humana, considerando que cada pessoa tem uma capacidade de audição e, por isso, há uma margem para esses valores.

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Nesses testes iniciais foi possível observar que o tamanho do recipiente utilizado era pequeno, o que limitava a quantidade de água e que as frequências mais baixas causavam efeitos na superfície líquida, começando a formar ondas a partir dos 80Hz e parando em 328Hz. É importante ressaltar que esses resultados são diretamente influenciados pela capacidade da caixa de som utilizada durante todos os experimentos do projeto.

Primeiros experimentos com recipiente metálico.

Outro fator importante nos experimentos era a altura da música, que quanto mais alta mais efeito causava. A altura de uma música nada mais é do que como a audição humana percebe as frequências do som. As frequências mais baixas são ouvidas como sons mais graves e as frequências mais altas são ouvidas como sons mais agudos, apesar da altura estar intimamente ligada às frequências sonoras é mais usual referiremse a elas com o nome das notas musicais.

Considerando isso, pode-se concluir a partir dos primeiros testes que os sons mais graves apresentaram resultados visuais mais relevantes para o projeto.

Após distinguir qual intervalo de frequência se conseguia obter efeitos sobre o líquido, o intuito foi encontrar sons e músicas que tivessem como característica tons graves para relacioná-los aos padrões cimáticos.

Primeiros experimentos com frequências.

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Primeiros experimentos com frequências.

Com isso, a pesquisa foi direcionada a instrumentos como o didgeridoo (instrumento de sopro dos aborígenes australianos) e o hang (instrumento suíço criado por Felix Rohner e Sabina Scharer).

Inicialmente, foram realizados testes com água e diferentes músicas, que envolviam esses instrumentos, procurando uma em que fosse possível captar a variação de frequências e visualizar os padrões cimáticos formados de forma contínua e agradável. Entre essas músicas estavam alguns cânticos tibetanos, inspirado no experimento de Hans Jenny com o cântico de Om, porém as que chamaram

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mais atenção, pelos sons autênticos que produzem, foram as músicas com o hang.

Criado em 2000, o hang tem um formato que lembra um disco voador e é um instrumento da classe idiofônica, ou seja, a vibração do seu próprio corpo gera o seu som. É construído em aço, a partir de duas chapas meia-conchas coladas, e é oco.

Mesmo com a sua popularidade crescendo, ainda é raro encontrá-lo sendo tocado pelas ruas por haver um alto custo.

A música escolhida é de 2011, de uma banda chamada “Hang Massive”, composta por dois britânicos que compõem a partir

do instrumento, e se chama “Once Again”.

Com mais de 21 milhões de visualizações no Youtube, a música cria uma harmonia entre as notas e a superfície líquida, gerando ondas na água que se movimentam e se reorganizam conforme as vibrações sonoras.

avaliar qual líquido apresentava visualmente maior influência da vibração sonora e como dispor o ambiente do experimento quanto à quantidade de luz, cor do recipiente, posicionamento da câmera e demais detalhes para auxiliar no registro fotográfico.

Assumindo a escolha da música, os testes em sequência tinham o propósito de

81 Foto do vídeo “Hang Drum Solo” de Alessio Romano.

Em seguida, o teste com água e maisena foi realizado com o recipiente de cor preta, nota-se que a refração começa a acontecer em uma frequência mais alta (100Hz), pelo líquido ser mais denso. Mas a maisena deixa a água com a cor branca o que atrapalha na visualização e no registro do experimento, que com a ausência de sombras na superfície líquida torna as ondas quase imperceptíveis nas fotos.

Recipientes de acrílico utilizados nos experimentos.

Os primeiros testes com álcool etílico foram conduzidos no recipiente azul e apenas com luz ambiente, os padrões começam a se formar a partir de 90Hz, mas há uma variação de padrão conforme a música devido à variação de notas e, consequentemente, de frequências durante essa. Quanto à luz, percebe-se que é mais visível a formação dos padrões quando se tem mais contraste na luminosidade.

Recipientes de acrílico com álcool etílico.

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Primeiros testes realizados com recipiente azul e Ă lcool etĂ­lico.

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Recipiente de acrílico com água e maisena.

Em seguida, o teste com água e maisena foi realizado com o recipiente de cor preta, nota-se que a refração começa a acontecer em uma frequência mais alta (100Hz), pelo líquido ser mais denso. Mas a maisena deixa a água com a cor branca o que atrapalha na visualização e no registro do experimento, que com a ausência de sombras na superfície líquida torna as ondas quase imperceptíveis nas fotos.

Com isso, foi adicionado pigmento de tinta azul escuro à mistura com a intenção de colocar mais contraste.

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Recipiente de acrílico com água, maisena e pigmento azul.

Neste experimento a refração das ondas sonoras aconteceu entre 90hz e 100hz, e se observou que a intensidade das ondas formadas era menor, com menos altura e com menos padrões sendo formados. Isso aconteceu devido a decantação da maisena no fundo do recipiente formando uma barreira grossa e densa, o que dificulta a interferência das ondas sonoras no líquido.

Além disso, desta vez, o experimento foi feito em um ambiente escuro, com pouca luz externa, com a finalidade de controlar a quantidade de luz e direcioná-la a partir de um refletor de LED, porém notou-se que o ambiente escuro com direcionamento da luz LED não demonstra melhora no resultado das fotos, por provocar luz em excesso fazendo com que algumas partes da superfície do líquido não se destaquem na fotografia.

Recipiente de acrílico com água, maisena e pigmento azul.

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Para o teste seguinte a maisena é então substituída por álcool, formando uma solução de álcool e pigmento de tinta azul escuro. Como ressaltado anteriormente, uma luz homogênea apresenta maior quantidade de sombras na superfície líquida, o que é importante para que a transformação da foto em arquivo 3D seja mais fiel ao padrão observado no experimento.

Recipientes de acrílico com água, àlcool e pigmento azul.

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Recipientes de acrílico com água, àlcool e pigmento azul.

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Nos últimos experimentos, o líquido foi substituído por água apenas e o suporte pelo preto, o que auxilia impedindo que a transparência da água reflita luzes do entorno interferindo nas sombras das ondas criadas.

O recipiente preto, junto com uma iluminação mais homogênea e a água, Recipiente de acrílico com água.

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resultaram nos melhores resultados quanto a visualização fotográfica dos padrões.

As fotos realizadas deste experimento apresentaram mais contraste das ondas na superfície líquida, o que favorece na transformação das imagens 2D em arquivos tridimensionais.

Recipientes de acrílico com água.

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Frame retirado do vĂ­deo produzido.

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RE GIS TRO FOTO GRÁFICO

O registro da primeira etapa prática do projeto se resume nas fotografias dos experimentos, com o propósito de capturar padrões formados pelas vibrações sonoras da música escolhida, e na filmagem dos últimos experimentos, realizados com água no recipiente preto.

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Para realizar a captura das imagens, primeiramente, foi utilizado uma câmera Canon 6D, no qual foram tiradas inúmeras fotos em sequência em alta resolução (5472 x 3648 pixels). Porém, analisando as imagens e as vibrações sonoras foi detectado que a sequência de fotos não capturava todas as vibrações, visto que a câmera permitia apenas capturar 4.5 fotos por segundo.

Assim se descobriu a necessidade de filmar o experimento em uma qualidade em que fosse possível retirar frames em alta resolução para posteriormente utilizá-los no reconhecimento dos padrões.

Como a Canon 6D captura videos em uma resolução muito abaixo em relação a foto (1920 x 1080 pixels) para a filmagem foi utilizado a câmera Sony A7S II, a qual

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permite capturar vídeos em que é possível extrair frammes em alta resolução (3840 x 2160 pixels) capturando 24 fps (frammes por segundo), proporcionando maiores possibilidades de imagens dos padrões gerados pela variação de freqüências da música.

Para que as ondas fossem captadas com uma maior nitidez para a retirada dos frammes, as configurações da câmera foram escolhidas para que o tempo de captura da imagem (shutter) fosse o mais rápido possível e a abertura da lente (íris) proporcionasse uma menor profundidade de campo, ou seja, não tendo diferença de desfoque na imagem, fazendo com que ela estivesse focada por inteiro.

Frame retirado do vĂ­deo produzido.

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Frame retirado do vĂ­deo produzido.

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Imagem superior do experimento através do visor da câmera.

Na filmagem cinematográfica o valor padrão do Shutter é de 1/50 de segundo filmando em 24 fps, neste experimento este valor foi reduzido para 1/200 de segundo para que todos os traços da imagem estivessem mais nítidos, enquanto o valor de íris utilizado foi de f/5.6.

maior do que a disponível para o experimento, tendo a necessidade de obter este ganho de luminância na imagem por meio do ISO, o qual foi utilizado o valor de 25000.

E, consequentemente, valores muito altos de ISO fazem com que a imagem fique mais granulada.

No entanto, estes valores de shutter e íris comprometem a entrada de luz na câmera, exigindo uma iluminação artificial

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Frame retirado do vídeo produzido.

Também foram capturadas imagens em 120 fps para que no processo de edição do video o editor transforme estas imagens em Slowmotion, no qual 1 segundo pode se tornar 4 segundos (30 fps) ou 5 segundos (24 fps).

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Vídeo da formação das ondas em slowmotion.

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Frame retirado do vĂ­deo produzido.

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Frame retirado do vĂ­deo produzido.

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VÍDEO

O resultado da captação e edição da filmagem é o vídeo ao lado, disponível online em alta resolução no Vimeo. A música utilizada é “Once Again”, da banda “Hang Massive”.

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105 CrĂŠdito: design de Alvaro Cabrera (Freepik.com)

2D 3D

Após o ensaio fotográfico, as fotos e os frames retirados do vídeo foram tratados para realçar o contraste e as sombras na superfície líquida, escolhendo aquelas que melhor capturaram as ondas formadas pela música.

Durante essa etapa, observou-se que os frames conseguiram captar a transição do momento em que as ondas começavam a se formar no centro da superfície até a evolução de um padrão mais complexo.

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Frames retirados do vĂ­deo produzido.

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Fotos dos experimentos realizados com álcool.

Enquanto as fotos, por terem um intervalo maior entre as capturas e por fixarem um instante da água em movimento, registraram padrões mais focalizados e distintos, apesar de ainda ser possível ver uma evolução concêntrica.

Devido essa diferença entre os registros e relembrando que cada frequência conduz uma interação com o meio líquido, houve uma diversidade de imagens e formações ao longo das fotos.

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Após o tratamento do material fotográfico, o próximo passo foi a transformação das imagens JPEG em arquivos tridimensionais STL, formato padrão para máquinas de prototipagem rápida.

Existem diversas maneiras de transformar uma imagem em um arquivo 3D, alguns softwares trabalham a partir de fotografias 360º do objeto ou pessoa a ser modelado virtualmente. É o caso do “1234D Catch” e do “Recap 360”, da AutoDesk,

porém, além de condições como uma boa iluminação, o objeto precisa estar imóvel, o que torna seu uso inviável para esse projeto.

Outros softwares são voltados especificamente para usinagens como o “ArtCam”, também da AutoDesk, e o “ArtClip”, e transformam imagens em relevos através da escala de cinza da foto.

Este processo é chamado de “Grayscale” (escala de cinza), onde para a criação do relevo as áreas mais claras são consideradas

pontos mais altos e as mais escuras são pontos mais baixos. Além dos citados, surgem cada vez mais programas que apresentam a mesma finalidade com diferença em algumas limitações e funcionalidades.

O programa escolhido para o desenvolvimento dessa parte do projeto foi o Blender, um software open source que incentiva a liberdade da criação e por isso não tem custos.

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Imagem do layout do software Blender.

O Blender também se utiliza do processo de “Grayscale” através de uma função chamada “Displace” (“Deslocar”).

Esta função recebe este nome justamente por deslocar áreas da imagem, baseandose nas escalas de cinza, para modificar uma malha tridimensional já existente.

A função de deslocamento (“Displacement”) permite que o usuário regule quantos milímetros deseja que o relevo

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tenha de altura, considerando que se trata de uma usinagem, é essencial que se tenha a altura da placa a ser usinada para que a profundidade do arquivo seja adequada.

Após esse passo, foi possível deixar a malha mais homogênea e lisa, com intuito de obter uma qualidade melhor de renderização e usinagem, através da função “Smooth” e subdividindo as faces da malha, com a função “Subdivision Surface”.

Imagens do processo no software Blender.

Ao exportar o arquivo no formato STL, este já está pronto para ser utilizado em uma usinagem em CNC.

Através desse processo foi realizado a transformação tridimensional das imagens escolhidas e a preparação dos arquivos para os testes de usinagem.

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USINA GENS 3D 112

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Painel

1

Para a primeira usinagem, foi escolhido um frame de uma visão superior do experimento com água e o recipiente preto.

Por ser o primeiro teste, a escolha dessa imagem teve a intenção de analisar qual é o resultado após a usinagem do padrão por completo, considerando que este é o conjunto de ondas circulares periféricas e formatos menos definidos no centro que dispõem um cenário mais caótico.

Se analisada a imagem de perto, nota-se que o centro contém formatos que se repetem nos padrões cimáticos dos experimentos, porém pouco nítidos nesse frame devido a iluminação e o movimento da água.

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Por isso, para a transformação tridimensional do arquivo 2D, esses formatos foram realçados no programa Adobe Ilustrator, se inspirando nos padrões cimáticos dos experimentos, para uma tradução 3D melhor definida.

Atentando ao fato de que o teste seria realizado em um tamanho reduzido, a foto foi redimensionada para que os seus detalhes não ficassem tão pequenos na usinagem, o que exigiria o uso de fresas de corte de diâmetros muito pequenos e aumentaria significantemente o tempo de usinagem, além de comprometer o resultado final visualmente.

Foto escolhida para o Painel 1.

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Foto original.

Imagem apĂłs tratamento.

Malha tridimensional.

Rendering do arquivo 3D.

Dessa forma, o padrĂŁo do primeiro teste passou pelo processo acima, desde a escolha da imagem 2D ao rendering do arquivo 3D.

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Rendering do arquivo 3D.

Finalmente, a primeira usinagem aconteceu no “Garagem FabLab”, na fresadora CNC desenvolvida pelo próprio laboratório, utilizando como suporte a placa de pinus laminado colado com as dimensões de 300x300x40mm.

Fresadora CNC pronta para começar a usinagem.

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Foto durante o processo de desbaste.

A usinagem, durou cerca de uma hora e trinta minutos, e teve apenas uma passagem da fresa End Mill de diâmetro de 6mm para o desbaste e uma passada da fresa Ball Nose de diâmetro de 6mm para o acabamento.

Placa suporte do primeiro teste de usinagem.

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Fresa antes do processo de acabamento da placa.

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Placa ainda na mesa da fresadora CNC após a usinagem.

No final da usinagem ficou visível que o acabamento dado pela máquina foi melhor do que o esperado, não havendo a necessidade de praticamente nenhum acabamento manual posterior.

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Além disso, pode-se observar que as ondas e as irregularidades do arquivo 3D são fielmente transmitidas à placa de madeira, derivando um resultado satisfatório por conseguir traduzir a superfície da água. Porém a profundidade usinada foi muito baixa, com uma altura total de 7mm.

Vista superior da placa apรณs a usinagem.

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Foto escolhida para o Painel 2.

Painel

2

Após a análise do primeiro teste e reconhecendo o nível de detalhamento da fresadora, a escolha da foto para o segundo teste de usinagem foi guiada pela intenção de explorar os formatos encontrados nos padrões cimáticos. Com isso, a foto foi escolhida a partir do registro dos experimentos com o recipiente azul e com álcool, nos quais esses formatos revelaram-se mais nítidos.

A placa a ser usinada nessa etapa apresentava as mesmas dimensões do teste inicial, o que fez com que a foto fosse redimensionada para que os formatos na imagem se ajustassem no espaço do suporte.

Porém, considerando o tamanho da placa e a quantidade de detalhes que compõem o padrão escolhido, optou-se por recortar a imagem utilizando apenas uma parte do padrão total. Dessa forma, evitou-se que os detalhes ficassem muito reduzidos, o que obrigaria o uso de fresas com diâmetros muito pequenos, inviabilizando o teste em termos de horas/máquina; ou o uso de fresas maiores que ignorariam os detalhes a serem usinados.

Ainda considerando o detalhamento do padrão, durante a transformação tridimensional da imagem no Blender, observou-se que, devido ao

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Foto original.

Imagem após tratamento.

Malha tridimensional.

Rendering do arquivo 3D.

redimensionamento da foto, os traços das figuras ficaram imprecisos e dificultaram a definição da malha 3D. Portanto, após o tratamento da foto tornando-a preto e branco, foram ressaltados os traços das figuras, adequando-os na escala de cinza para o processo de Grayscale.

Além da mudança na escolha do padrão comparado ao teste inicial, outra divergência para expandir a experimentação de usinagem foi o material da placa.

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Rendering do arquivo 3D.

Usinagem do painel 2 no processo de desbaste.

Como as usinagens desse projeto envolvem a soma do padrão cimático à aparência do material escolhido, a decisão de utilizar no teste inicial a madeira maciça em placas de laminado colado leva em consideração sua estética e coloração característica.

Assim como a decisão de trocar por uma placa de MDF (Medium Density Fiberboard), nessa segunda etapa de experimentação,

têm o intuito de analisar as ondas usinadas em um material novo e com cor uniforme.

Como no primeiro teste, para a usinagem da segunda placa foram utilizadas fresas End Mill e Ball Nose de diâmetros de 6mm, e esta teve a duração de três horas, devido à quantidade de detalhes que o arquivo continha e uma profundidade maior do que na usinagem anterior.

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Usinagem do painel 2 no processo de desbaste.

Contudo, logo no processo de desbaste foi possível observar que o material MDF não se comportou bem com a usinagem tridimensional, provavelmente pela sua densidade algumas partes menores soltaram durante a passada com a fresa End Mill.

O que demonstra a necessidade de materiais suportes com maior densidade e rigidez para usinagens 3D mais detalhadas.

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Graças ao seu formato orgânico, esses pedaços da placa que se soltaram não surtiram efeitos aparentes no resultado final com o acabamento.

Além disso, com a finalização da usinagem pode-se avaliar que o uso de fresas com diâmetros menores proporcionariam resultados mais precisos e conseguiriam atingir a profundidade total da malha do arquivo 3D.

Placa fixada na mesa da fresadora apรณs usinagem.

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Vídeo da fresadora CNC durante o processo de acabamento.

Ou seja, considerando as ferramentas utilizadas, a fresadora disponível e o limite de hora/máquina estabelecido, a usinagem de ondas mais suaves e com menos detalhes, como as ondas periféricas circulares formadas nos padrões cimáticos, apresentou melhores resultados. Assim como a placa de pinus apresentou resultado superior à placa de MDF enquanto material suporte para usinagem 3D.

A placa de MDF usinada exigiu acabamento manual posterior à usinagem.

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Placa fixada na mesa da fresadora após processo de acabamento.

Painel 2 apรณs usinagem.

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Imagens do painel 2 após a finalização da usinagem.

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Painel

3

Após duas usinagens em placas de tamanhos reduzidos, o terceiro teste teve a proposta de utilizar uma placa maior e também realizar uma usinagem com maior profundidade, com o propósito de explorar mais a madeira como material de suporte e tornar as ondas da malha tridimensional mais ostensivas.

Entretanto, as primeiras simulações de usinagem realizadas, nos programas VCarve e VetricCut 3D, com arquivos STL de dimensões e alturas maiores, apresentaram um tempo total de usinagem elevado e que excedia o orçamento, levando em consideração os

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tamanhos de fresas ideais para alcançar o nível de detalhamento desejado.

Dessa forma, apesar da vontade inicial de realizar painéis com dimensões maiores, essas foram reduzidas e determinadas em uma placa de 400x700x30mm.

Após a definição das dimensões, a escolha da foto correspondeu aos resultados dos testes anteriores de usinagem. O segundo teste demonstrou que grande quantidade de detalhes interfere na qualidade do resultado final, se forem muito reduzidos ou se não forem utilizados os diâmetros adequados de fresas.

Foto escolhida para o Painel 3.

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Foto original.

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Imagem após tratamento.

Malha tridimensional.

Rendering do arquivo 3D.

Dessa forma, aproveitando o tamanho maior da placa, foi escolhido um recorte horizontal de um padrão que continha as ondas circulares e o centro com formatos mais complexos.

O processo desde a foto original, até a imagem JPEG a ser transformada em arquivo tridimensional, e a malha resultante com o rendering do arquivo final para usinagem encontram-se acima.

Para aumentar e ressaltar os formatos do centro, a foto sofreu uma amplificação considerável. Ao aumentá-la, novamente a foto e seus detalhes sofreram perda de resolução, e para conservar os formatos do centro do padrão e obter resultados finais agradáveis, esses foram delineados e ressaltados no programa Adobe Ilustrator Pro CC.

Além disso, com o objetivo de valorizar a madeira como material de suporte, foi desenvolvida no Laboratório Didático de Materiais e Protótipos (LDMP), da UNESP Bauru, uma placa de laminado colado com madeiras reaproveitadas do laboratório. O LDMP em si preza pela produção de protótipos em madeira de reflorestamento, com a

Aplicação de cola antes da prensagem.

Prensa das ripas para a produção da placa.

atuação de um projeto de extensão chamado “MUDA Design” que trabalha em parceria com o Horto Florestal de Bauru, o qual fornece madeira de Eucalipto reflorestada.

A disponibilidade de espécies diferentes de eucalipto permitiu a composição de uma placa de laminado colado com ripas de colorações diversas, que ao serem combinadas se contrastam e compõem um resultado final colorido. A opção por essa junção de cores também teve como objetivo explorar o efeito da usinagem 3D na placa, gerando um novo experimento visual quando comparado às usinagens anteriores.

Placa pronta para a usinagem.

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Usinagem durante o processo de desbaste.

Após a finalização da placa, a usinagem teve duração de cinco horas, envolvendo o processo de desbaste, com uma fresa End Mill de diâmetro de 12mm, e o processo de acabamento, com uma fresa Ball Nose de diâmetro de 12mm. Devido ao tamanho da fresa Ball Nose utilizada para o acabamento, houve a necessidade de um acabamento manual posterior à usinagem.

Nesse teste de usinagem, a profundidade final da peça foi superior comparado aos testes anteriores, com aproximadamente 20mm, evidenciando as ondas e as irregularidades da superfície na placa de madeira.

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A profundidade atingida somada às cores das madeiras utilizadas resultou em uma aparência agradável, salientando a coloração da madeira e ocasionando um efeito visual das ondas perpendiculares às ripas da placa.

A composição de diferentes espécies de eucalipto, as dimensões da placa e a profundidade usinada fizeram com que o terceiro painel se sobressaísse diante dos painéis anteriores, e produzisse a curiosidade e aspiração em realizar placas com dimensões e profundidades ainda maiores em projetos futuros.

Timelapse do processo de usinagem do painel 3.

Painel 3 apรณs usinagem e acabamento.

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138 Fotos do painel 3 apรณs usinagem.

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ID VISUAL

Após a finalização dos testes de usinagem e de todo o estudo teórico e processo de experimentação, buscou-se encontrar diante dos padrões e símbolos cimáticos uma marca que representasse o projeto em si. Presente em diversos momentos nas descobertas dos fenômenos da Cimática, a representação geométrica da mandala carrega relevantes significados.

Com nome derivado do sânscrito, a mandala é considerada símbolo de integração, da harmonia e do Universo. Além da fundamentação a partir de seu conceito, as imagens de experimentos cimáticos revelam inúmeras mandalas referentes à como a matéria se reorganiza com a interferência do som.

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Crédito da imagem: cymatics.org.

Desta maneira, o desenvolvimento da identidade visual do projeto teve inspiração nas imagens da galeria online do “Cymatics.

Org”. Site que disponibiliza fotos que são criadas a partir de experimentos de frequências sonoras e superfícies de água e passam por um tratamento de cor.

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Além de ser uma fonte de imagens para outros artistas, o site também funciona como um fórum de informação e discussão sobre a cimática e assuntos relacionados onde os desenvolvedores disponibilizam um email para solucionar dúvidas e explicam como capturaram os padrões cimáticos.

O núcleo do logo foi inspirado na imagem que expõe uma mandala gerada a partir da frequência de 55Hz em uma superfície de água. A partir da replicação dessa primeira mandala foi desenvolvido o logo final.

A escolha do nome “Kyma” surgiu a partir da etimologia da palavra “Cymatics”, empregada por Hans Jenny à ciência estudada neste projeto. Derivada do grego “κύμα”, significa “onda” e intitulou as principais obras da carreira de Jenny: “Kymatik I” e “Kymatik II”. A fonte utilizada para o logo foi a Pristina.

kyma kyma kyma kyma 143

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Imagem retirada do vídeo “Cymatics” de Nigel Stanford.

CON CLU SÃO 145

O desenvolvimento do projeto possibilitou uma análise de como a Cimática demonstra-se ser um assunto vasto e intrigante, com diversas aplicações na ciência e nas artes. Além disso, envolveu processos de aprendizagem em cada etapa do projeto, desde a experimentação e captação de imagens até a geração de arquivos tridimensionais para usinagem.

Tendo sido assim, um projeto enriquecedor, enquanto graduanda de design, quanto à aquisição de conhecimento e habilidades técnicas nos procedimentos exigidos durante seu desenvolvimento.

De um modo geral, é possível considerar as experimentações realizadas, com música e superfícies líquidas, pequenas demonstrações do que a interação das ondas sonoras com outros meios pode proporcionar. Quanto aos registros fotográficos dos experimentos, foram captadas imagens satisfatórias para a transformação tridimensional através do processo de “Grayscale”. Assim como as usinagens evoluíram durante os testes

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realizados e conseguiram replicar os padrões correspondentes, explorando a estética da madeira como suporte e transformando as ondas sonoras, antes líquidas, em esculturas rígidas.

Durante o desenvolvimento prático foi possível analisar alguns pontos determinantes para os resultados obtidos nas etapas do projeto. No caso dos experimentos, uma caixa de som com qualidade superior possibilita maior controle das frequências sonoras e, consequentemente, dos padrões gerados na superfície. Durante o registro fotográfico foi possível concluir que devido à rapidez com que a superfície líquida se movimenta e se reorganiza de acordo com a mudança nas frequências, a utilização de equipamentos de filmagem de alta qualidade e precisão, como as câmeras utilizadas nesse projeto, foram essenciais para obter bons resultados.

Já nas usinagens o tempo e tamanho do orçamento influenciaram diretamente nas dimensões das placas. E o tempo de

hora/máquina também foi fator limitante na utilização de fresas com diâmetros menores, que proporcionariam acabamentos melhores e reduziriam o acabamento manual posterior às usinagens. Os materiais suportes das usinagens também demonstraram-se ser fundamentais nos resultados finais, com as placas de madeira laminado colado apresentando resultados técnicos e estéticos superiores à placa de madeira MDF.

Tendo em vista as observações levantadas e dada a dimensão do tema, apesar do projeto estar aqui finalizado, este pode ser continuado e constantemente estudado e atualizado, otimizando processos, explorando novos padrões cimáticos e atribuindo novas aplicações na prototipagem rápida.

Dessa maneira, o projeto também terá atingido o objetivo de inspirar outros designers, artistas e pensadores a explorar e conferir novas abordagens à ciência da Cimática.

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CrĂŠdito: Freepik.com

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