Biomorfismo computazionale e fabbricazione digitale. Formalizzazione di processi morfogenetici impliciti e co-evoluzione tra forma e produzione

This thesis is situated within the fields of computational design and digital fabrication and investigates the relationship between generative systems, morphogenetic models, and materialization processes. The research proposes the formalization of a relational model between the generative system and the production system, conceiving morphology not as an isolated formal outcome, but as a configuration emerging from the interaction between algorithm, parametric variation, and producibility conditions. The morphogenetic families examined in the study are described through parametric implicit systems: continuous systems in the case of triply periodic minimal surfaces, and recursive systems in the case of fractal structures. On the basis of these models, a stable algorithmic core is defined, based on the evaluation of the generative function over a discrete volumetric grid, the construction of a three-dimensional scalar field, and the extraction of the level surface through polygonal discretization. Building on this foundation, the thesis formalizes an iterative methodological framework in which Algorithm, Parametric Variation, and Producibility Assessment constitute a dynamic feedback system. From this perspective, production is not understood as an executive phase subsequent to form generation, but as an active component that redefines the operational conditions of morphology by introducing material, technological, and process-related constraints into the design system. The framework is validated through a sequence of case studies involving different morphogenetic families, dimensional scales, and fabrication regimes, including additive, subtractive, and indirect processes. The experiments demonstrate that the expansion of the range of manageable morphogenetic complexity does not depend on modifying the algorithmic core, but rather on reorganizing the production system and on the parametric interaction between formalization and production. The contribution of the thesis therefore lies in the definition of a theoretical and operational model capable of integrating formalization, production, and co-evolution, connecting algorithmic generation and physical materialization within a dynamic, transferable, and verifiable process.

La tesi si colloca nell’ambito del design computazionale e della fabbricazione digitale e affronta il rapporto tra sistemi generativi, modelli morfogenetici e processi di materializzazione. La ricerca propone la formalizzazione di un modello relazionale tra sistema generativo e sistema produttivo, assumendo la morfologia non come esito formale isolato, ma come configurazione che emerge dall’interazione tra algoritmo, variazione parametrica e condizioni di producibilità. Il lavoro riconduce le famiglie morfogenetiche analizzate a sistemi impliciti parametrici: continui nel caso delle superfici minime periodiche tridimensionali e ricorsivi nel caso delle strutture frattali. A partire da tali modelli viene definito un core algoritmico stabile, fondato sulla valutazione della funzione generativa su una griglia volumetrica discreta, sulla costruzione di un campo scalare tridimensionale e sull’estrazione della superficie di livello mediante discretizzazione poligonale. Su questa base, la tesi formalizza un framework metodologico iterativo nel quale Algoritmo, Variazione parametrica e Verifica di producibilità costituiscono un sistema di retroazione dinamica. In tale prospettiva, la produzione non è intesa come fase esecutiva successiva alla generazione della forma, ma come componente attiva che ridefinisce le condizioni operative della morfologia, introducendo vincoli materiali, tecnologici e processuali all’interno del sistema progettuale. La validazione del framework è condotta attraverso una sequenza di casi studio articolati su differenti famiglie morfogenetiche, scale dimensionali e regimi di fabbricazione, includendo processi additivi, sottrattivi e indiretti. Le sperimentazioni dimostrano che l’espansione della complessità morfogenetica trattabile non dipende dalla modifica del core algoritmico, ma dalla riorganizzazione del sistema produttivo e dall’interazione parametrica tra formalizzazione e produzione. Il contributo della tesi consiste quindi nella definizione di un modello teorico e operativo capace di integrare formalizzazione, produzione e co-evoluzione, connettendo generazione algoritmica e materializzazione fisica in un processo dinamico, trasferibile e verificabile.