Umelá inteligencia navrhuje dizajnové riešenia
V generatívnom dizajne používa umelá inteligencia prírodné algoritmy na generovanie množstva možných riešení pre konštrukčnú úlohu. The .
Vľavo: Okrem skráteného operadla ide o „tradičnú“ stoličku so štyrmi rovnými pevnými nohami. Dobrý kúsok váži 10,3 kilogramu. Vďaka tejto konštrukcii je ešte čo zlepšovať z hľadiska hmotnosti. Stred: Vďaka ľahkým konštrukciám medzi nohami a sedadlom je sedadlo podstatne ekonomickejšie: tento model váži iba 4,1 kilogramu. Vpravo: Prečo vlastne rovné, rovnobežné nohy, keď iná konštrukcia vydrží rovnakú silu s oveľa menšou hmotnosťou? S hmotnosťou 2,9 kilogramu je mriežka sedadla v porovnaní s mušiacou váhou (Obrázok: Autodesk).
V generatívnom dizajne využíva umelá inteligencia prírodné algoritmy na generovanie množstva možných riešení pre konštrukčnú úlohu. To pomáha návrhárom nájsť nové dizajnérske prístupy - stále hľadajú ešte lepšie riešenie.
Odkedy prišli na trh prvé CAD programy pre PC pred viac ako 30 rokmi, technológia sa rýchlo rozvíjala: od 2D po 3D, od čistého nástroja na kreslenie po nástroj pre digitálne prototypy s mnohými ďalšími funkciami, ako sú simulácia, správa údajov a pripojenie v cloude. Stále inteligentnejšie systémy pripravujú cestu k inteligentným továrňam, ktoré je možné organizovať a individuálne konfigurovať.
Dizajn a konštrukcia sa však väčšinou riadia starými princípmi: Na začiatku je prázdny list alebo prázdna obrazovka. Geometrie sú zostavené a vypracované do hotového modelu s mnohými opakovanými dolaďovaniami a výpočtami, ako aj s mnohými odmietnutými variantmi. Dizajnér si vždy dáva pozor na optimálny dizajn, napríklad ideálne vyváženie hmotnosti, stability a spotreby materiálu.
Stále sofistikovanejší simulačný softvér poskytuje výskumným a vývojovým oddeleniam lepší prehľad o tom, ako sa návrhy správajú v skutočnosti a či zodpovedajú požiadavkám. A napriek tomu: 99 percent vecí na svete je zle navrhnutých, uviedol nedávno Jordan Brandt, budúci technolog spoločnosti Autodesk.
Prečo sa nepoučiť od matky prírody, ktorá zdokonaľovala flóru a faunu už milióny rokov tak, aby bola každá zložka organizmu presne prispôsobená jeho biotopu a konkrétnej funkcii? Školák chobotnice alebo vápenatého vztlakového orgánu je z hľadiska stability a hmotnosti majstrovským dielom. Nosnú kostru tvoria tenké mikroskopické platne, ktoré sú o seba podopreté početnými mini stĺpmi. A slúži ako šablóna pre bionikov pri stavbe budov.
Bionika pre pokročilých používateľov
Vľavo: Okrem skráteného operadla ide o „tradičnú“ stoličku so štyrmi rovnými pevnými nohami. Dobrý kúsok váži 10,3 kilogramu. Vďaka tejto konštrukcii je ešte čo zlepšovať z hľadiska hmotnosti.
Stred: Vďaka ľahkým konštrukciám medzi nohami a sedadlom je sedadlo podstatne ekonomickejšie: tento model váži iba 4,1 kilogramu.
Vpravo: Prečo vlastne rovné, rovnobežné nohy, keď iná konštrukcia vydrží rovnakú silu s oveľa menšou hmotnosťou? S hmotnosťou 2,9 kilogramu je mriežka sedadla v porovnaní s mušiacou váhou (Obrázok: Autodesk).
Bionika už dlho skúma, ktoré princípy a materiálové vlastnosti je možné preniesť z prírody do štruktúr navrhnutých človekom. Lietadlá, okná s efektom lotosu alebo prísavky sú príkladmi, ktoré už boli úspešne prijaté. Ale v súčasnosti existujú limity toho, čo je veľmi zložité, napríklad nepravidelné kryštalické tvary. Pretože skutočná štruktúra sa dá ťažko replikovať z hľadiska dizajnu alebo len s veľkým úsilím. Často dostanete iba kópiu, ktorá nikdy nedosiahne dokonalosť biologického modelu.
Tzv. Generatívny dizajn túto výzvu prijíma. Využíva výsledky syntetickej biológie, ktorá skúma princípy, ktorými sa riadi rast molekúl. Systémy umelej inteligencie pracujú s týmito prirodzenými algoritmami s cieľom preniesť ich do požiadaviek návrhu.
Nové pneumatiky Mclaren P1, hybridného superšportového automobilu, napodobňujú sieť koreňov stromu. Voštinový nepravidelný vzor dosahuje najvyššiu možnú stabilitu pri čo najmenšej spotrebe materiálu. Počítač vypočíta optimálne usporiadanie a hrúbku steny voštín tak, aby boli pneumatiky napriek nepravidelnému dezénu dokonale vyvážené. Autodesk pracuje na nástroji pre generatívny dizajn s projektom Dreamcatcher a prináša do hry dve technológie, ktoré majú pre spoločnosť veľký význam: cloud a 3D tlač.
Cloudová a 3D tlač to umožňujú
Umelá inteligencia a bionika nie sú samy o sebe ničím novým. Biológovia, počítačoví vedci a materiáloví vedci skúmajú tieto oblasti už dlho. Cloudová a 3D tlač však prinášajú novú dynamiku a zaisťujú, že koncept generatívneho dizajnu sa používa aj mimo laboratória. Práca s umelou inteligenciou bola doteraz vyhradená iba pre výskumné inštitúcie so superpočítačmi. Aj vtedy výpočet výpočtových variantov alebo simulácia molekulárneho rastu trvala niekoľko dní. Cloud so svojou takmer neobmedzenou výpočtovou silou umožňuje každému dizajnérovi s konvenčným počítačom CAD vykonávať také výpočty.
Vďaka aditívnym výrobným procesom, ako je napríklad 3D tlač, je možné vytvárať zložité tvary, ktoré sa vytvárajú. Jemne rozvetvená sieťovina foriem na obrazovke môže byť optimálnym riešením pre spojenie medzi nápravou a karosériou; Premeniť tvar na skutočnosť však nie je možné alebo veľmi nákladné pri použití bežných postupov, ako je vstrekovanie alebo frézovanie.
Generatívny dizajn: konštrukcia bez dizajnérov?
Celkom jasné: softvér pre generatívny dizajn, ako je Autodesk Dreamcatcher, v žiadnom prípade dizajnéra nenahradí. Malo by ho to skôr odbremeniť od nepríjemnej základnej práce. Softvér mu pomáha získať počiatočný návrhový základ, z ktorého môže pracovať na modeli. Nemusí teda začínať od nuly, vytvárať geometrické tvary alebo formovať štruktúry rebier ručne. To mu ponecháva viac času na dôležitejšie úlohy, ako je napríklad realizácia nového dizajnového nápadu a experimentovanie - a nakoniec podpora inovácií.
Výsledkom príkladného výpočtu boli rôzne varianty sedenia, ktoré sú zobrazené s informáciami o zadaných parametroch. Dizajnéri definujú rámcové podmienky pre výpočet vopred, napríklad funkčné požiadavky, výkonnostné kritériá, špecifikácie materiálu a nákladov (Obrázok: Autodesk).
Generatívny dizajn mení spôsob, akým dizajnér pristupuje k svojej práci, ako aj samotný proces návrhu. Ten je teraz založený na definícii problému, nie na dizajne. Namiesto toho, aby si myslel, s akou formou návrhár začína, musí najskôr zvážiť parametre, s ktorými by umelá inteligencia mala pracovať. Musí mu byť teda jasné, ktorý problém chce svojou stavbou vyriešiť. Musí byť výrobok čo najľahší alebo obzvlášť stabilný? Na základe toho dostáva od softvéru rôzne konštrukčné riešenia, ktoré sa majú vyhodnotiť v ďalšom kroku.
Mnohé z vygenerovaných variantov nemusia zodpovedať predstavám dizajnéra alebo sa nedajú implementovať z iných dôvodov. Faktory ako estetika alebo funkčnosť sú aspekty, ktoré si vyžadujú posúdenie školeným okom dizajnéra. Výstup softvéru ako Dreamcatcher však nemusí byť nevyhnutne určený ako hotový konečný produkt, ale ako kvalifikovaný a overený pracovný základ. Vývojári v Autodesk Research Team zistili, že dizajnéri používajú vygenerované varianty ako návrhy pre ďalší dizajn. Stolička by mala mať stále sedadlo a operadlo a mala by byť primerane pohodlná. Skutočne to však musí mať štyri nohy, ktoré sú navzájom relatívne rovnobežné?
Rovnako ako 3D CAD, 3D tlač alebo cloud, aj generatívny dizajn pohne a spôsobí revolúciu vo svete dizajnu. Kombináciou prírodných princípov, umelej inteligencie a kreativity dizajnéra vdýchnu produktom ďalší život. Autodesk bude vystavovať na veľtrhu v Hannoveri v hale 7, stánok C18. robiť