Podczas gdy świat zachwyca się kolejnymi osiągnięciami inżynierów i drukarek 3D, tej technologii nadal ciąży grzech pierwotny. Problemem jest udział człowieka w produkcji. Odpowiedzią na niego może być technologia generative design, coraz częściej stosowana już dzisiaj. Opowiada o niej Alexander Khmil, project manager w DataArt.
Umysł człowieka może posługiwać się najwięcej pięcioma, może sześcioma zmiennymi w tym samym czasie. Komputer nie ma podobnych ograniczeń. Jego moc obliczeniowa jest znacznie większa, równocześnie o niczym nie zapomina, w przeciwieństwie do umysłu człowieka. Tymczasem to nadal człowiek odpowiada za projektowanie modelu lub pierwowzoru produktu. A to oznacza, że potencjał druku trójwymiarowego nie jest w pełni wykorzystany.
Żeby powstał model, jego projektant musi wypełnić szereg wymogów, takich jak rozmiar, waga lub wytrzymałość na fizyczne obciążenia. Niestety, naturalną tendencją człowieka jest upraszczanie. Upraszczanie oczywiście nie zawsze jest czymś złym. Wręcz przeciwnie, dzięki temu założenia są łatwiejsze do zrozumienia. Upraszczanie zazwyczaj jednak prowadzi do kompromisów, nie zawsze korzystnych dla końcowego produktu. Ciężko bowiem stworzyć produkt, który spełniałby wszystkie wymogi biznesowe.
Keep it complicated
Odpowiedzią na ludzkie ograniczenia ma być nowy trend w produkcji, zwany generative design. To zbiór programistycznych narzędzi, który jest w stanie autonomicznie stworzyć trójwymiarowy obiekt na bazie zadanych parametrów.
Wyobraźmy sobie działanie generative design na przykładzie produkcji drona. Producent chce, żeby obiekt był quadcopterem, zaś jego konstrukcja mogła wytrzymać zadane obciążenie i była w stanie unieść określony ciężar – jednostkę sterującą, silnik, baterię, kamerę i okablowanie. Do tego dron powinien mieć określone wymiary i rozstaw rotorów, czyli wirników. Produkcja w procesie generative design pozwoliłaby na wprowadzenie tych parametrów do programu, który następnie wygenerowałby obiekt lub poinformował, że dane wymogi są niemożliwe do spełnienia. W większości przypadków, oprogramowanie użyłoby przede wszystkim setek bardzo skomplikowanych algorytmów, niemożliwych do wykorzystania w tym samym czasie przez człowieka.
W sukurs generative design idzie sztuczna inteligencja. AI próbuje zaprojektować kształt na bazie „doświadczeń” z przeszłości, a następnie oprogramowanie niejako podąża w danym kierunku. W efekcie inżynier otrzymuje kilka rozwiązań, z których wybiera to najlepsze. Równocześnie zdarza się, że sztuczna inteligencja tworzy zupełnie nowe podejście do pozornie znanych już problemów.
To działa już dzisiaj
Technologia generative design dla większości może brzmieć jak melodia przyszłości, jednak w rzeczywistości jest wykorzystywana już dzisiaj. Z jej dobrodziejstw korzysta na przykład Airbus, skutecznie redukując wagę komponentów samolotu i uzyskując niższe spalanie i mniejszą emisję dwutlenku węgla. Jak to robi? Projektując od nowa przepierzenia pomiędzy kabinami.
Kiedyś były to obiekty w całości wykonane z materiału, który wytrzymywał zadane obciążenia. Z czasem udało się je zastąpić kratkami lub szkieletami, przykrytymi tylko lekką powłoką. Materiał, z którego zbudowana była kratka, był wystarczająco wytrzymały, a równocześnie dużo lżejszy. Nadal jednak autorem całości był człowiek, który miał tendencję do upraszczania i posługiwał się ograniczonym potencjałem obliczeniowym. Generative design utrzymał kratkę, jednak poprowadził jej ramiona w zupełnie nowy sposób. Zrozumiały dla człowieka, jednak praktycznie niemożliwy do samodzielnego stworzenia. Dzięki nowemu kształtowi, Airbus mógł użyć mniej materiału do przepierzeń i „odchudzić” ja aż o 45 procent.
Nie byłoby jednak tego sukcesu, gdyby nie sztuczna inteligencja. Silnik Airbusa korzystał bowiem z bazy setek tysięcy zdjęć różnych rozwiązań architektonicznych. Nie tylko tych stworzonych przez ludzi, ale również świat zwierząt. Inspiracją okazała się ostatecznie budowa śluzowca, czyli bardzo ciekawego organizmu, podobnego do grzyba. Oprogramowanie stworzyło przepierzenie samolotu na bazie schematu włókienek, które tworzy ten niewielki organizm w poszukiwaniu wody.
Branża produkcyjna widzi olbrzymi potencjał w rozwoju tej technologii, którą wykorzystuje się w coraz bardziej kompleksowy sposób. Z pewnością to jest najwłaściwszy kierunek. Być może za jakiś czas generative design zajmie się projektowaniem od A do Z na przykład samochodów. Oprogramowanie będzie brało pod uwagę coraz bardziej skomplikowane parametry, takie jak średnią wagę kierowcy, sposób w jaki jeździ, miejsca w których zazwyczaj przebywa lub natężenie ruchu w okolicy. Na ich podstawie powstałoby na idealne auto do miasta. Zupełnie inne niż znamy z naszych dróg. Generative design można zastosować w różnych obszarach naszego życia, włączając w to projektowanie domów, mebli, elektryki lub nawet miast.