📻 Adam Liberacki: Projektowanie generatywne

Wyobraźnia uwolniona

AUDIO REO. Posłuchaj tekstu na podcaście. Czyta Paweł Sito.

 


Projektowanie inżynierskie w przeciągu kilkudziesięciu lat przeszło niejedną rewolucję: od deski kreślarskiej i kartki papieru do wizualizacji trójwymiarowej i – najnowszą – tworzenia map naprężeń i odkształceń.

Obecnie do projektowania i wytwarzania urządzeń i maszyn wykorzystuje się zaawansowane oprogramowania CAE (ang. Computer Aided Engineering),które łączą etap projektowania, wytwarzania i analiz, m.in. wytrzymałościowych. W związku z tym proces prototypowania jest znacznie skrócony i – co najważniejsze – tańszy. Choć wymienione rodzaje oprogramowania istnieją od kilku lat, dopiero niedawno ukazały się moduły, które pozwalają optymalizować kształt obiektu, dzięki czemu przedmiot wyglądający jak dzieło szalonego artysty odznacza się najlepszymi właściwościami mechanicznymi przy najniższej jak to możliwie wadze. Co więcej, jest tani, łatwy do wytworzenia i nieszkodliwy dla środowiska.

O czym mowa? O designie generatywnym (projektowaniu generatywnym). Zarezerwowana przez firmę Autodesk nazwa Generative Design odnosi się do metody zmiany topologii (kształtu) powierzchni danego obiektu po uprzednio wprowadzonych zmiennych, tj. ograniczeniach. W przeciwieństwie do optymalizacji powierzchni (ang. topology optimisation), w której końcowy kształt obiektu jest generowany głównie na podstawie ograniczeń przemieszczeń/odkształceń w wyniku przyłożonego obciążenia, tak w projektowaniu generatywnym zmiennym wytrzymałościowym towarzyszą także inne, m.in. koszt i metody wytworzenia, właściwości funkcjonalne materiału czy wpływ wytworzenia na środowisko.

Do generowania tak dużej liczby kombinacji przedmiotu na podstawie wprowadzonych danych użyte zostało głębokie uczenie (ang. deep learning) oraz konwolucyjne sieci neuronowe. Metody te pozwalają na analizę ogromnej ilości danych i ich przekształcanie w dane wyjściowe. Dzięki temu otrzymywane są wykresy z przeprowadzonych prób iteracyjnych danego zagadnienia i powstaje wykres konwergencji (zbieżności). Wskutek tych operacji użytkownik otrzymuje docelowo kilka-kilkanaście przykładów wyglądu badanego obiektu spełniającego zadane ograniczenia.

Oprócz algorytmów AI wykorzystywanych do optymalizacji kształtu badanych obiektów niezastąpiony jest także sposób przechowywania danych w chmurze, więc wszystkie przeanalizowane przypadki mogą być bezpiecznie składowane na serwerach. Co więcej, rosnąca liczba firm wykorzystujących projektowanie generatywne prawdopodobnie będzie korzystać z mocy obliczeniowych jednostek znajdujących się poza granicami ich krajów.

Ciekawe, że narzędzie stworzone przez firmę Autodesk może być wykorzystywane w wielu branżach, m.in. motoryzacji, kosmonautyce, lotnictwie, przemyśle maszynowym, a także w architekturze. To w tym ostatnim przypadku generatywny design umożliwia projektowanie użytkowych przestrzeni o najlepszym rozkładzie pod względem produktywności pracowników, ich preferencji, a także o najbardziej optymalnym oświetleniu światłem dziennym. A to tylko kilka z wielu czynników, na które mamy wpływ podczas projektowania budynków i pomieszczeń. Być może era prostokątnych budowli w surowych barwach niedługo minie, zastąpiona przez erę wyobraźni, nieograniczonej funkcjonalności i bezpieczeństwa.