Algorithmische Architektur: Mit K.I. zum Entwerfen von Gebäuden

Designs werden im Laufe der Zeit iteriert. Architektur, die im Jahr 1921 entworfen und gebaut wurde, sieht nicht genauso aus wie ein Gebäude aus dem Jahr 1971 oder aus dem Jahr 2021. Trends ändern sich, Materialien entwickeln sich weiter und Themen wie Nachhaltigkeit gewinnen unter anderem an Bedeutung. Aber was wäre, wenn es bei dieser Entwicklung nicht nur um die Art von Gebäuden ginge, die Architekten entwerfen, sondern dass sie tatsächlich der Schlüssel dazu wäre? Wie sie entwerfen? Das ist das Versprechen evolutionärer Algorithmen als Designwerkzeug.

Während Designer längst Tools wie Computer Aided Design (CAD) nutzen, um Projekte zu konzipieren, wollen Befürworter des generativen Designs noch einen Schritt weiter gehen. Sie wollen Algorithmen nutzen, die evolutionäre Prozesse innerhalb eines Computers nachahmen, um Gebäude von Grund auf zu entwerfen. Und zumindest wenn es um Häuser geht, sind die Ergebnisse verdammt interessant.

Generatives Design

Celestino Soddu arbeitet schon länger mit evolutionären Algorithmen, als die meisten Menschen heute Computer benutzen. Soddu, ein zeitgenössischer italienischer Architekt und Designer, Mitte 70, interessierte sich bereits zu Zeiten des Apple II für die möglichen Auswirkungen der Technologie auf das Design. Was ihn interessierte, war die Möglichkeit, sich endlos mit einem Thema auseinanderzusetzen. Oder wie Soddu, der auch Professor für generatives Design an der Polytechnischen Universität Mailand in Italien ist, gegenüber Digital Trends sagte, ihm gefiel die Idee, „die Tür zu endloser Variation zu öffnen“.

Die Aussicht auf generatives algorithmisches Design ist oberflächlich betrachtet relativ einfach. Es gibt bestimmte „Regeln“, die bestimmte Objekte definieren, sei es ein Bungalow oder eine barocke Kathedrale. Ein genetischer Algorithmus reproduziert die Evolution in Form eines Computerprogramms, um Lösungen zu optimieren. Indem seine Algorithmen definieren, was Soddu als die Regeln ansieht, die ein bestimmtes Designstück definieren, können sie dies tun Stellen Sie sich vor, wie Objekte aussehen könnten, wenn sie Lebewesen wären, die jahrtausendelange natürliche Prozesse durchlaufen haben Auswahl.

In den 1980er Jahren begann er mit der Gestaltung einer „Spezies“ generativer italienischer mittelalterlicher Städte. Die Arbeit generiert unendlich viele 3D-Modelle mittelalterlicher Städte, die jeweils etwas anders sind. Seitdem experimentiert Soddu im Rahmen seiner Praxis weiterhin mit generativem Design. „Eines meiner letzten Projekte ist ein Vorschlag zur Wiederherstellung der Notre-Dame-Gipfel in Paris“, sagte er. Das Design (das leider nicht verwendet wird) stellt die durch das Feuer zerstörte Turmspitze fast wie einen gedrehten, umgekehrten Eiszapfen dar, der in den Himmel ragt.

Ein Teil des Reizes von Soddus Entwürfen ist das Element der Zufälligkeit, das der Algorithmus einführt. Aber es eröffnet auch faszinierende Möglichkeiten, die nicht nur auf die Architektur, sondern auf jede Art von Design angewendet werden können. Eine Designagentur könnte beispielsweise Hunderte von Stühlen entwerfen, von denen jeder etwas anders ist. Er bezeichnet diese Art von Design als „Ideenprodukte“.

Kreativer Technologe bei der Arbeit

Soddu ist auch nicht der Einzige, der daran interessiert ist, genetische Algorithmen zur Vorstellung von Gebäuden zu verwenden. Der in Lissabon, Portugal ansässige Musiker und kreative Technologe Moulinex hat kürzlich ein Musikvideo erstellt, das eine wellige Landschaft aus brutalistischen Gebäuden zeigt. Auf den ersten Blick scheinen es sich um echte Gebäude zu handeln, deren Morphing-Effekt den Übergang von einem zum nächsten ermöglicht. Tatsächlich werden sie von generativen Algorithmen erfunden.

Sehen Sie sich diesen Beitrag auf Instagram an

Ein von Moullinex (@moullinex) geteilter Beitrag

„Ein Generative Adversarial Network – in diesem Fall StyleGAN2-ada – wurde mit Bildern realer Gebäude und trainiert ist dann in der Lage, basierend auf dem Gelernten neue Bilder zu erstellen“, sagte Moullinex, alias Luís Clara Gomes, gegenüber Digital Trends. „Was Sie sehen, ist die Interpretation der Daten durch das Netzwerk. Als Analogie wäre das so, als würde man einem Kind Bilder von Katzen zeigen und es dann auffordern, auf der Grundlage dessen, was es gelernt hat, eine neue Katze zu erschaffen. Je mehr Katzen Sie zeigen – [d. h. je größer der Trainingsdatensatz – desto katzenähnlicher werden die generierten Bilder sein.“

Seit der Erstellung des ersten Musikvideos hat Moullinex weiter an dem Projekt gearbeitet und ist nach wie vor von den Möglichkeiten fasziniert.

„Ich betrachte GANs gerne als einen Ofen: Man beschafft den Ton und formt ihn, lässt die Charge kochen und wartet auf die Ergebnisse“, sagte Moullinex. „Welche Stücke Sie auswählen und wie Sie sie präsentieren, liegt wieder bei Ihnen. Es ist eine Übung, ein gewisses Maß an Kontrolle aufzugeben und einige Dinge dem Zufall zu überlassen. Als jemand, der diesen Technologiebereich seit Jahren verfolgt … finde ich es faszinierend, dass unsere Quelle von Entropie, Chaos und Unvorhersehbarkeit – alles gute Zutaten für Inspiration und Kreativität – entstehen Technologie."

Eine der großen Fragen bei jeglicher Art von angeblicher Kreativität K.I. ist, ob es den menschlichen Designer wegnimmt. Niemand würde Farben oder die Schwerkraft jemals als gleichwertige Urheber eines Gemäldes anerkennen wie der Künstler, aber mit KI ist das nicht ganz so einfach. Aber Soddu macht sich keine Sorgen.

„Nein, im Gegenteil“, sagte Soddu. „Kreativität, zitiert [den französischen Mathematiker Henri] Poincaréist die Fähigkeit, das Bestehende zu interpretieren, indem ein neues System von Beziehungen zwischen den Teilen vorgeschlagen wird. Es ist sicherlich nicht nur die Suche nach neuen Formen. Mein generatives Projekt entsteht … aus der subjektiven Interpretation der Vergangenheit unter Verwendung ursprünglicher genetischer Algorithmen, die diese Subjektivität darstellen können. Die digitale Entwicklung ist eine unglaubliche Gelegenheit, die subjektive Idee in ihren vielfältigen und unendlichen Variationen darzustellen.“

Kommen Sie in eine Straße in Ihrer Nähe?

Bis heute sind evolutionäre Algorithmen ein faszinierender Nebenbestandteil des Mainstream-Designs geblieben. Genauso wie K.I. Ethik war eine abstrakte Idee, bis die Welt sie plötzlich brauchte. Generatives Design war ein interessantes Diskussionsthema, aber mit scheinbar minimaler Anwendung.

Das Problem besteht nicht darin, dass genetische Algorithmen unpraktische Designs hervorbringen. Die NASA hat Satellitenkomponenten verwendet durch genetische Algorithmen entworfen auf teuren, realen Missionen. Diese Komponenten waren nicht nur effektiv, sie funktionierten auch besser als von Menschen entwickelte Alternativen – und die menschlichen Ingenieure, die sie untersuchten, konnten nicht herausfinden, warum. Wie Moullinex betont, gibt es daher keinen Grund, warum ein genetischer Algorithmus nicht optimiert werden könnte, um Anforderungen wie Funktionalität, Ästhetik, Kosten, Nachhaltigkeit und Ethik zu berücksichtigen.

Stattdessen könnte das Problem darin liegen, dass generative Algorithmen eine Softwarelösung ohne zugehörige Hardware waren. Das könnte sich ändern. Kürzlich schrieb Digital Trends über ein mehrjähriges Projekt, das darauf abzielt, evolutionäre KI zu nutzen. Zu Entwerfen Sie Roboter zur Erkundung anderer Planeten. Die Idee? Dass ein 3D-Drucker-Setup auf einen anderen Planeten gebracht werden könnte, um die besten Roboterdesigns zu drucken, ohne dass Menschen erforderlich wären.

Wir leben jetzt in einer Welt, in der 3D-gedrucktes Gehäuse existiert. Diese Häuser, die schnell hergestellt und zu einem Preis verkauft werden können, der unter dem Preis „normaler“ Häuser liegt, könnten möglicherweise zu einer Revolution im Bereich bezahlbarer Massenwohnungen führen. Und weisst du was? Dank genetischer Algorithmen könnte jedes einzelne leicht (oder sehr) unterschiedlich sein.

Empfehlungen der Redaktion

• Analoge KI? Es klingt verrückt, aber es könnte die Zukunft sein
• Deep-Learning-K.I. hilft Archäologen bei der Übersetzung antiker Tafeln
• Fake-News? K.I. Der Algorithmus enthüllt politische Voreingenommenheit in den Geschichten, die Sie lesen
• Durch KI generierter Text sorgt für Fake News. So wehren wir uns