Tessellated Material Systems

by: Felix Rasehorn

Tessellated Material Systems
A workflow towards designing tessellated surfaces with distinct kinematic properties

In biology, tessellation systems, surfaces composed of individual plates, occur across species. The morphological variations of such systems are so similar that formal principles can be identified. These principles can be transferred into computer-generated patterns to investigate their kinematic behaviour. Most natural tessellation systems exhibit multifunctionality, as rigid plates interact with flexible, soft interfacing membrane. This leads to a complexity of properties that is difficult to simulate with computer-generated simulations.

To overcome limitations in modelling, the design of analogue prototypes has been investigated in this project. Mechanically rigid elements are bonded to pre-stretched textiles using 3D printing. The textile therein simulates the soft interfacing membrane between the hard plates as observed in natural systems. The textile absorbs the applied tension that arises due to the pre-stretching and transfers it to the entire system. The generated model and workflow can be used to explore the complexity of properties of natural tessellation systems while opening up new areas of application for Design and Architecture.

Felix Rasehorn is a practice-based PhD candidate at »Matters of Activity«. He holds a Master’s degree in Interaction Design from weissensee academy of art and design. In 2019 he co-founded WINT a Design and Research Lab to sustainably advance future products and materials which was supported by Designfarm Berlin. In his doctoral studies Felix researches on materiality and function from an interaction point of view, exchanging with biologists and medicine.




Tesselierte Materialsysteme
Gestaltung von tesselierten Oberflächen mit individuellen kinematischen Eigenschaften

In der Biologie treten Tesselierungssysteme, also aus einzelnen Platten mosaikartig zusammengesetzte Oberflächen, artübergreifend auf. Dabei sind die morphologischen Variationen so ähnlich, dass von einem formalen Prinzip gesprochen werden kann. Dieses Prinzip kann in computergenerierte Muster überführt werden, um ihr kinematisches Verhalten zu erforschen. Allerdings stoßen computergestützte Simulationen dieser Muster an Grenzen. Die meisten natürlichen Tesselierungssysteme weisen eine Multifunktionalität auf, bei der starre Komponenten mit flexiblen, weichen Übergangsbereichen wirken. Das führt zu einer Komplexität von Eigenschaften, die digital schwer zu simulieren ist.

Um derartige Begrenzungen in der Modellbildung zu überwinden, wurden im Projekt analoge Prototypen entworfen. In diesen Prototypen werden mittels 3D-Druck mechanisch starre Elemente auf vorgedehnte Textilien aufgebracht. Das Textil simuliert die weichen Übergänge zwischen den harten Platten, wie sie in der Natur zu beobachten sind. Das textile Gewebe fängt Spannungen auf, die bei Verformungen und Krafteinwirkungen entstehen und überträgt sie auf das gesamte System. Mit diesen Prototypen ist ein Modell und Werkzeug entstanden, mit dem komplexe Eigenschaften natürlicher Tesselierungssysteme erforscht und neue Anwendungsbereiche in Design und Architektur erschlossen werden können.

Felix Rasehorn forscht als Designer am Cluster „Matters of Activity“. Er studierte Interaktions- und Produktdesign an der Kunsthochschule Weißensee und schloss 2019 mit dem M.A. ab. In seiner Promotion interessiert er sich für die Beziehungen zwischen Form, Material und Funktion und sucht dabei den Austausch mit anderen Disziplinen. Seit 2019 ist er Mitgründer von WINT, einem Design Labor, das sich auf nachhaltige Entwicklung von Produkten, Materialien und Systemen spezialisiert. WINT Design Labor wurde unterstützt von Designfarm Berlin.