Wilson Kindlein Júnior’s research while affiliated with Federal University of Rio Grande do Sul and other places

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Publications (47)


O "estranho-familiar" e suas implicações em projetos de engenharia, artes e design
  • Conference Paper
  • Full-text available

December 2021

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197 Reads

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2 Citations

Wilson Kindlein Júnior

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Felix Bressan

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Uma das possibilidades de questionar e refletir sobre o contexto sociocultural e temporal em que vivemos é pensar, a partir do que nos é familiar, naquilo que nos soa estranho. E então, perceber o que nos remete ao "estranhamente-familiar", que não é nem o próprio "sujeito" e tão pouco o próprio "objeto", ele só acontece na relação de um para com o outro. Um "objeto" por si só pode ser "familiar" e "não familiar" ao mesmo tempo, pois depende da emoção, sentimento, narrativa e ficção que pode estabelecer no binômio sujeito-objeto. Partindo dessa premissa, esse artigo analisa projetos que usam a estratégia do "estranho-familiar" e discorre sobre as implicações desta seara no campo das engenharias, das artes e do design. O presente trabalho demonstra que o "estranhamento" pode ser obtido por diferentes vias, seja alterando a forma esperada para um objeto, o material do qual é feito, e, inclusive, as texturas aplicadas em suas interfaces. Sendo assim, o presente estudo deixa evidente que o conhecimento dos materiais e dos processos de fabricação é fundamental para que, tanto o engenheiro, quanto o designer e, também o artista, possam materializar uma ideia, seja ela esperada (familiar) ou inesperada (estranhamente familiar). Para concluir, podemos afirmar que é na conjunção das ciências, tecnologias, engenharias, artes e matemática (STEAM) que acontece a “mágica” que pode surpreender o interveniente/expectador.

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Figura 1: Proposta de STEAM como uma prática guiada pelo design. Fonte: Autores (2021).
Figura 2: Exemplo de micrografia de arranjo celular de cortiça (Q. suber) e processo de segmentação correspondente. Barra de escala é 20 µm. Fonte: Autores (2021).
Figura 3: Exemplos de diagrama Voronoi com diferentes densidades de sementes. Fonte: Autores (2021).
Figura 4: Escultura e detalhe da série "O Corpo Ausente", de Felix Bressan, como exemplo de aplicação do diagrama de Voronoi. Fonte: Autores (2021).
Figura 5: Exemplo de aplicação de conceitos do STEAM. Diferentes variações de capas de celular gerada com o software Grasshopper ® , utilizando de preenchimento de Diagrama de Voronoi. Fonte: Autores (2021).

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A importância do STEAM frente aos desafios da formação do ensino superior e da pesquisa multidimensional em Design

May 2021

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391 Reads

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6 Citations

Estudos em Design

O STEAM é uma das principais práticas da atualidade no que diz respeito a uma abordagem transdisciplinar envolvendo diferentes campos do conhecimento. Com as novas perspectivas de avaliação da graduação e da avaliação multidimensional da pós-graduação em Design no Brasil, surgem desafios na formação do estudante no que tange sua integração com diferentes locais de fala e sua participação em ambientes de pesquisa. Neste trabalho, refletimos sobre a importância da prática do STEAM em pesquisas em Design, através de casos de aplicação de tecnologias 3D de investigação, representação e fabricação. Apresentamos um exemplo prático da ligação entre as áreas por meio do desenvolvimento de um objeto de uso cotidiano com um software generativo e impressão 3D, referenciado no binômio arte-tecnologia, advindos do diagrama matemático de Voronoi que se faz presente em muitos elementos naturais. Por fim, é mostrado o papel do STEAM na integração de áreas e frente aos novos critérios da avaliação multidimensional, bem como a importância dos ambientes de pesquisas capazes de abarcar essas tecnologias, fornecendo, assim, ao aluno um estímulo e o ambiente necessário à sua formação de excelência.


Figura 4: Categorias e características adotadas como referenciais biológicos desta pesquisa.
Figura 6: Percurso de etapas para a obtenção de soluções em superfícies texturizadas.
Figura 8: Fruto da palmeira Jupati (R. taedigera Mart.): (A) aspectos gerais da casca externa; (B) imagem de tomografia computadorizada com vista em corte. Escala: 10 mm.
Superfícies bioinspiradas: estudo de caso para aplicações em painéis para fachadas de edifícios

December 2020

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585 Reads

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7 Citations

Hilton Albano Vieira Fagundes

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Wilson Kindlein Junior

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Elementos da natureza apresentam grande quantidade de composições, texturas e interações morfológicas, que podem ser analisadas dentro de uma lógica geométrica. Neste sentido, no presente artigo foram estudadas formas bioinspiradas visando a aplicações em revestimento de fachadas de edificações. Inicialmente foi realizada uma fundamentação sobre geometrias da natureza, texturas e gramática da forma. Foram analisados exemplos de frutos que possuem função de invólucro de proteção. As amostras foram fotografadas em diferentes escalas, digitalizadas tridimensionalmente e tomografadas, sendo representadas, também, através de ilustrações. Após esta etapa, foram definidos parâmetros geométricos da sua estrutura e realizados estudos de parametrizações bidimensional e tridimensional, utilizando softwares generativos que possibilitam variações compositivas tanto formais quanto cinéticas. Como conclusão é possível afirmar que este método de investigação que leva em conta diferentes áreas de conhecimento (biologia, design, engenharia, matemática, arquitetura), apresenta-se como ferramenta atual e relevante permitindo ao projetista explorar novas configurações aplicadas a superfícies, apoiando-se em conhecimentos advindos desta relação multidisciplinar. Palavras-chave: biônica; fachadas de edifícios; gramática da forma; STEAM; design e tecnologia; texturas e superfícies.


Figura 2 Aspecto geral das amostras analisadas: (A) cortiça natural; (B) cortiça aglomerada; (C) polipropileno expandido (EPP); e (D) espuma vinílica acetinada (EVA). Fonte: autores (2020).
Figura 4 Imagens via MEV das amostras de: cortiça natural com aumento de (A) 100x, (B) 500x e (C) 2.000x; e cortiça aglomerada com aumento de (D) 100x com detalhes (setas brancas) das regiões aglomeradas, (E) 500x e (F) 2.000x com detalhes (setas brancas) das paredes celulares flexionadas. Fonte: autores (2020).
Figura 5 Imagens via MEV das amostras sintéticas: Amostra de EPP, com aumentos de (A) 50x e (B) 150x; e amostra de EVA, com aumentos de (C) 50x e (D) 150x. Fonte: autores (2020).
Figura 6 TGA para amostras de cortiça natural e aglomerada, e sintéticas de EPP e EVA. Fonte: autores (2020).
Biônica e Seleção de Materiais Celulares para projetos de Design: caracterização e análise de cortiça e espumas poliméricas

November 2020

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230 Reads

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2 Citations

Design e Tecnologia

Os materiais celulares possuem propriedades interessantes para aplicação no design. Dentre os mais conhecidos destacam-se a cortiça e alternativas poliméricas sintéticos bioinspirados no material natural. Contudo, pouco tem sido estudado em termos da relação entre a microestrutura e propriedades para aplicações no design de produto. Esta pesquisa apresenta a caracterização e comparação de materiais celulares através de um estudo de caso de rolhas, com foco na seleção de materiais, e relacionando a densidade relativa e porosidade das amostras com as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TGA) e ensaios de compressão. As análises foram realizadas em amostras de rolhas confeccionadas fora do Brasil em cortiça natural e aglomerada, e de alternativas sintéticas de polipropileno expandido e EVA. As imagens via MEV apresentam a replicação do padrão celular da cortiça nas alternativas sintéticas. Os ensaios de compressão foram relacionados e discutidos quanto às propriedades mecânicas e à característica celular dos materiais. Foi, também, discutido como a microestrutura dos materiais celulares, sejam naturais ou sintéticos, reflete diretamente nas suas propriedades termomecânicas, bem como considerações na seleção de materiais para projetos de design. Foi possível concluir, ainda, que a análise por TGA mostrou a cortiça natural como um material mais homogêneo em comparação com a aglomerada, já as amostras sintéticas apresentaram-se mais resistentes à degradação térmica.


Biomimetic systems and design in the 3D characterization of the complex vascular system of bamboo node based on X-ray microtomography and finite element analysis

April 2020

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1,673 Reads

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53 Citations

Journal of Materials Research

Bamboo is a natural composite and one of the most efficient structures in nature because of the relationship of mechanical properties with its microstructural features. This research presents the 3D characterization of the reinforcement bundles of a branching nodal region of bamboo, through high-resolution X-ray microtomography (lCT). lCT was used to characterize a sample regarding the volume, relative density, and porosity of parenchyma and sclerenchyma tissues, and the resulting data were used to estimate their constitutive properties. A nonlinear finite element analysis (FEA) was performed based on a discretized model of the lCT to the limiting compressive load. Secondary bundles presented an interweaved arrangement into the primary vascular elements that distribute axial compressive stresses into new branches. Our findings suggest that the foam-like behavior of the parenchyma, the sclerenchyma thickening above the nodal zone, and the nodal vascular branching are ways for bamboo to protect important tissues from mechanical stress by allocating axial loads. In addition, such mechanism could be applied in the design of biomimetic structures with selective load-bearing capabilities.


Accessing small craft‘s boatbuilding sustainability: A materials selection chart‘s approach: Nachhaltiger Bootsbau für Handwerker: Werkstoffauswahldiagramm

November 2018

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81 Reads

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1 Citation

Materials properties charts are proposed to compare available materials for small fishing craft artisanal boatbuilding. Mechanical flexural performance parameters were selected for the boats’ seakeeping and service life. Price, CO2 footprint, and embodied energy were the parameters used for economic and environmental sustainability evaluation. Combined parameters showed a competitive performance for wood. Results indicate that adopting laminate composite construction as a substitute for wood in the fishing craft fleet can be less sustainable from both economical and environmental perspectives. Efforts could be more effective if directed to increase existing artisanal boatyards’ sustainability through enhancing wood durability, optimizing its scantlings, adopting alternative native wood, reforested wood or wood cored sandwich composites.


Materiais e Biônica: sob a Ótica da Análise de Elementos Finitos Baseada em Imagens de Microtomografia de Raios X

October 2018

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109 Reads

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8 Citations

Natural materials have several properties of great interest for design and engineering applications, as well as for projects based on the study of bionics. These properties derive from their microstructure, which is composed of a complex morphological arrangement. This chapter discusses the possibilities of combining two advanced techniques for the study of these materials: Finite Element Analysis (FEA) and X-ray Microtomography (μCT). The techniques are exemplified by performing a 3D simulation of a mechanical test on the parenchymatic microstructure of bamboo. The combination of techniques results in a high-resolution, noninvasive, and three-dimensional analysis with a high morphological accuracy, leading to a potential for a better understanding of the microstructural functionality of natural materials.


Apparent aspect of collected plastic debris samples with a ruler (centimeters), collected on the beach of a fishing village, nearby Lençóis Maranhenses National Park, northeast Brazil
Examples of FT-IR spectra characterizing the collected samples as: a polypropylene, b low-density polyethylene, c high-density polyethylene, d ethylene-vinyl acetate copolymer, and e thermoplastic elastomers. The top spectrum represents the analyzed sample and the bottom one corresponds to the library’s standard material
Tensile tests results for mixture concentration of 5% (5%rPP), 10% (10%rPP), and 15% (15%rPP) of recycled polypropylene samples, compared with virgin material (vPP) for the following: a elastic modulus, b tensile stress at yield, c elongation at yield, and d tensile strength at break. Values are given as average (± std. dev)
Occurrence and recovery of small-sized plastic debris from a Brazilian beach: characterization, recycling, and mechanical analysis

September 2018

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417 Reads

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22 Citations

Environmental Science and Pollution Research

Small-sized plastic debris are an increasing global concern, particularly in environmental protected areas. Consequently, tourism-based economy of poor coastal regions is also impaired. Nevertheless, little interest has been shown about recycling approaches of such materials, mostly because of the natural degradation of polymers on these conditions. This research presents the report of the occurrence of plastic debris nearby Lençóis Maranhenses National Park, on the northeast Brazilian coast, aiming to provide a feasible method for recycling. We collected more than 80 samples from the sediment and classified them via FT-IR. Degraded polypropylene samples were selected for blending with virgin material using different concentration rates, and were mechanically tested. Tensile testing results suggest that 5% recycled material concentration mixture has suitable mechanical properties on the elastic regime for applications on new parts. Our findings show that particular interest should be addressed on the recovery of commodity plastic debris from environmental protected areas.


Figura 3: Uso do extensor acoplado ao scanner 3D para a digitalização tridimensional de locais de difícil alcance. (A) Janela do Observatório Astronômico, (B) estátua do Instituto de Química e (C) pilar do antigo gradil da universidade Fonte: Muniz (2015) 
Figura 8: Comparação entre o modelo virtual em 3D (A) e a foto real do pilar do antigo gradil da universidade (B) Fonte: Muniz (2015) 
Figura 9: Comparação entre modelo resultante da digitalização tridimensional exibido pelo repositório 3D (A) e foto do modelo real (B) Fonte: Muniz (2015) 
Figure 4 of 5
Figure 5 of 5
Design, tecnologia e patrimônio: digitalização tridimensional como ferramenta de preservação de elementos de prédios históricos

May 2018

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198 Reads

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4 Citations

Gestão & Tecnologia de Projetos

O design voltado para o patrimônio, atuando em conjunto com a digitalização tridimensional, abre um novo campo para a preservação de bens culturais. Nesse contexto, elaborou-se um projeto com finalidades histórico-pedagógicas para escanear em 3D quatro elementos de fachada de prédios históricos da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, utilizando a técnica de luz estruturada. Após uma análise prévia do local dos elementos, realizou-se um breve levantamento histórico sobre cada um. Como resultado, após o tratamento dos dados adquiridos, foi possível comparar os modelos reais com os modelos digitalizados em 3D. Também foram disponibilizados os dados técnicos das digitalizações de cada elemento. Por fim, foi elaborado um fluxograma com as tomadas de decisões realizadas durante o projeto, e os modelos virtuais tiveram seu tamanho reduzido para então serem disponibilizados para visualização on-line.


Identification of potential applications for recycled polymeric multi-material

March 2018

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69 Reads

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3 Citations

This research aims to characterise a recycled polymeric multi-material, explore potential areas of application for it and analyse the eventual impacts of the introduction of this new recycled material (NRM) on end-of-life activities. Thus, this research presents a practical study regarding recycled polymeric multi-material from toothbrushes. A preliminary characterisation (via density determination, tensile test and dynamic mechanical thermal analysis – DMTA) and data analysis using the Cambridge Engineering Selector (CES-Edupack 2013) software have been done. The study also presents an analysis of the impacts of introducing the NRM into end-of-life activities. Results shows that, based on the properties considered in this study, NRM may have potential for new applications. The impact on recycling networks indicates that it is a positive solution that would improve process variable efficiencies, maintaining material value as long as possible in industrial closed-loop life cycles. However, an in loco analysis of the treatment of waste containing the NRM is necessary.


Citations (32)


... Introdução O design atualmente encontra-se em um campo transdisciplinar crescente, tanto no uso de materiais quanto na atuação em áreas aparentemente distintas, como engenharia, artes e design. Faz-se necessário levar em conta a excelência técnica dos materiais, no entanto, a ascensão do Design & Tecnologia apresenta viés que parte, também, para percepções diretas, porém intangíveis, dos materiais, que se configuram como a abertura para a concretização de ideias (Kindlein Júnior et al., 2021). A associação entre competências diversas é uma característica importante do STEAM, acrônimo que representa a interconexão entre Ciência, Tecnologia, Engenharia, Artes e Matemática. ...

Reference:

Microstructure as New Forms Of Aesthetic and Visual Language
O "estranho-familiar" e suas implicações em projetos de engenharia, artes e design

... A biomimética, disciplina que estuda padrões e processos naturais para aplicá-los em soluções humanas, revela uma diversidade rica de composições, texturas e interações morfológicas que podem ser analisadas através de uma lógica matemática e seu pressuposto é a interdisciplinaridade. Estes padrões, uma vez parametrizados, permitem o desenvolvimento de métodos e sistemas de design que ampliam as opções de escolha e possibilitam melhorias sistemáticas (Júnior e Guanabara, 2005;Fagundes, 2020). ...

Superfícies bioinspiradas: estudo de caso para aplicações em painéis para fachadas de edifícios

... Com a utilização das técnicas vistas como µCT e FEA, diversos projetos de biônica podem ser beneficiados dos estudos em materiais vegetais. Por exemplo, a cortiça, por possuir propriedades estruturais extremamente importantes (PALOMBINI et al., 2020a;PEREIRA, 2015), pode ser explorada em estudos de biônica para o meio industrial, de modo que a característica celular do tecido pode ser útil no estudo de materiais auxéticos 28 ou com coeficiente de Pois- (2020), baseado no modelo de Chen et al. (2018). ...

Biônica e Seleção de Materiais Celulares para projetos de Design: caracterização e análise de cortiça e espumas poliméricas

Design e Tecnologia

... The shear, tensile, compressive and bending tests were carried in small specimens. With the development of X-ray microtomography, the 3D characterization of bamboo nodes was performed and numerical models from the volumetric image reconstructions were also developed (Palombini et al. 2020). ...

Biomimetic systems and design in the 3D characterization of the complex vascular system of bamboo node based on X-ray microtomography and finite element analysis

Journal of Materials Research

... Solar panels are considered as the most suitable and sustainable technology (Hadžić et al. [21]). Gaining wood durability, adopting alternative native wood or wood cored sandwich composites may be a solution to enhance the artisanal boatyard's sustainability (Walter et al. [22]). Rafael Diaz et al. [23] proposed a framework to quantify benefits and risks per project thereby regarding the constraint within the project. ...

Accessing small craft‘s boatbuilding sustainability: A materials selection chart‘s approach: Nachhaltiger Bootsbau für Handwerker: Werkstoffauswahldiagramm
  • Citing Article
  • November 2018

... Modelos obtidos por µCT podem ser utilizados em diversas aplicações, como para estudos nas ciências biológicas e da saúde, no desenvolvimento de materiais, em análises estruturais, na indústria eletrônica, entre outros (STOCK, 2009). Além disso, devido à sua característica tridimensional e volumétrica (não superficial), os modelos podem tanto ser rematerializados em diferentes escalas por meio de tecnologias como a manufatura aditiva (PALOMBINI et al., 2017(PALOMBINI et al., , 2018b, quanto serem empregados em análises físico-mecânicas por meio do Método de Elementos Finitos (FEM). Inicialmente estudado como um método para resolução de equações diferenciais, combinando o trabalho de inúmeros pensadores, como o físico e matemático suíço Leonhard Euler e do polímata e filósofo alemão Gottfried Leibniz, o FEM trata basicamente da divisão de sistemas complexosconsiderados de natureza quase 'infinita' devido às inúmeras variáveisem um conjunto finito de subsistemas (PALOMBINI et al., 2020a;STEIN, 2014). ...

Materiais e Biônica: sob a Ótica da Análise de Elementos Finitos Baseada em Imagens de Microtomografia de Raios X

... mm Polymers: high-density polyethylene (HDPE, 44.3%), low-density polyethylene (LDPE, 20.5%), polypropylene (PP, 25%), EVA (3.4%) and thermoplastic elastomers (TPE, 6 .8%) Palombini et al., 2018 10 São Paulo state coast, SP Beach beach sand, pellets randomly collected from the surface. ...

Occurrence and recovery of small-sized plastic debris from a Brazilian beach: characterization, recycling, and mechanical analysis

Environmental Science and Pollution Research

... A digitalização 3D possibilita grandes avanços em termos de pesquisas relacionadas ao patrimônio edificado. Em relação as pesquisas de registro, ela é particularmente útil, pois é possível capturar digitalmente a superfície do objeto, permitindo que este seja visualizado através de diversos ângulos (Muniz;Kindlein Júnior, 2018, p. 54). Desta forma, Silva (2011, p. 51) descreve que após ser finalizada a varredura da área superficial de interesse, obtêm-se o mapeamento ponto a ponto da superfície do objeto. ...

Design, tecnologia e patrimônio: digitalização tridimensional como ferramenta de preservação de elementos de prédios históricos

Gestão & Tecnologia de Projetos

... 2.1 Identification of applications for secondary raw materials Ashton et al. [5] identified applications for their recycled polymeric multi-material obtained from comminuting and co-injecting toothbrushes. Their method used material property charts to gather potential areas of application based on materials with equal or inferior mechanical properties. ...

Identification of potential applications for recycled polymeric multi-material
  • Citing Article
  • March 2018

... Wood is the main raw material in the manufacture of boats used in Amazon rivers, being selected by artisans according to their hygroscopicity, resistance against xylophagous agents and workability, by daily and empirical observations, passed through the knowledge over generations. Therefore, the precise species selection is fundamental for a correct and safe boat manufacture (Walter et al., 2017). ...

Artisanal boatbuilding in Brazilian shores: craftsmen, boatyards, and manufacturing process

International Journal of Advances in Engineering & Technology