Algoritemska arhitektura: uporaba A.I. za načrtovanje zgradb

Dizajni se sčasoma ponavljajo. Arhitektura, zasnovana in zgrajena leta 1921, ne bo videti enako kot stavba iz leta 1971 ali leta 2021. Trendi se spreminjajo, materiali se razvijajo in vprašanja, kot je trajnost, med drugimi dejavniki pridobivajo na pomenu. Toda kaj, ko se ta razvoj ni nanašal samo na vrste zgradb, ki jih načrtujejo arhitekti, ampak je bil pravzaprav ključen za kako oblikujejo? To je obljuba evolucijskih algoritmov kot orodja za načrtovanje.

Medtem ko oblikovalci že dolgo uporabljajo orodja, kot je računalniško podprto načrtovanje (CAD), za pomoč pri konceptualizaciji projektov, želijo zagovorniki generativnega oblikovanja iti še nekaj korakov dlje. Želijo uporabiti algoritme, ki posnemajo evolucijske procese v računalniku, da bi pomagali načrtovati zgradbe od začetka. In vsaj ko gre za hiše, so rezultati presneto zanimivi.

Generativno oblikovanje

Celestino Soddu dela z evolucijskimi algoritmi dlje, kot večina ljudi, ki danes delajo, uporablja računalnike. Soddu, sodobni italijanski arhitekt in oblikovalec, ki je zdaj sredi 70-ih, se je začel zanimati za potencialni vpliv tehnologije na oblikovanje že v dneh Apple II. Kar ga je zanimalo, je bil potencial za neskončno rifanje na temo. Ali kot je za Digital Trends povedal Soddu, ki je tudi profesor generativnega oblikovanja na Politehnični univerzi v Milanu v Italiji, mu je bila všeč ideja o "odpiranju vrat neskončnim variacijam".

Možnost generativne algoritemske zasnove je na prvi pogled razmeroma enostavna. Obstajajo določena »pravila«, ki določajo posamezne objekte, pa naj gre za bungalov ali baročno katedralo. Genetski algoritem posnema evolucijo v obliki računalniškega programa kot način za optimizacijo rešitev. Z definiranjem tega, kar Soddu šteje za pravila, ki definirajo določen kos oblikovanja, lahko njegovi algoritmi konceptualizirati, kako bi lahko izgledali predmeti, če bi bili živa bitja, ki so prestala tisočletja narave izbor.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je začel načrtovati »vrsto« generativnih italijanskih srednjeveških mest. Delo ustvari neskončno število 3D modelov srednjeveških mest, od katerih je vsako nekoliko drugačno. Od takrat je Soddu nadaljeval eksperimentiranje z generativnim dizajnom kot del svoje prakse. "Eden mojih zadnjih projektov je predlog za obnovitev vrha Notre Dame v Parizu," je dejal. Zasnova (ki žal ne bo uporabljena) upodablja v požaru uničeno zvoniko kot skoraj zvit obrnjen ledeni cikel, potisnjen v nebo.

Del privlačnosti Soddujevih modelov je element naključnosti, ki ga uvaja algoritem. Odpira pa tudi zanimive možnosti, ki jih je mogoče uporabiti ne le v arhitekturi, temveč v kateri koli obliki. Na primer, oblikovalska agencija bi lahko izdelala na stotine stolov, od katerih bi bil vsak nekoliko drugačen. To vrsto oblikovanja imenuje "idejni izdelki".

Kreativni tehnolog na delu

Soddu ni edina oseba, ki se zanima za uporabo genetskih algoritmov za predstavljanje zgradb. Glasbenik in kreativni tehnolog s sedežem v Lizboni na Portugalskem Moullinex je nedavno ustvaril glasbeni video, ki prikazuje valovito pokrajino brutalističnih zgradb. Na prvi pogled se zdi, da gre za prave zgradbe z učinkom preoblikovanja, ki omogoča prehod v drugo. Pravzaprav jih sanjajo generativni algoritmi.

Oglejte si to objavo na Instagramu

Objava, ki jo je delil Moullinex (@moullinex)

»Generativno kontradiktorno omrežje – v tem primeru StyleGAN2-ada – je bilo usposobljeno s slikami resničnih zgradb in nato lahko ustvari nove slike na podlagi tega, kar se je naučil,« je za Digital Trends povedal Moullinex, alias Luís Clara Gomes. »To, kar vidite, je interpretacija omrežja o tem, kaj so podatki. Kot analogija bi bilo to tako, kot če bi otroku pokazali slike mačk in ga nato prosili, naj ustvari novo mačko na podlagi tega, kar se je naučil. Več kot pokažete mačk – [kar pomeni] večji kot je nabor podatkov za usposabljanje – bolj mačkam bodo ustvarjene slike.”

Odkar je ustvaril prvi glasbeni video, je Moullinex nadaljeval z delom na projektu in ostaja navdušen nad možnostmi.

»Na GAN-je rad gledam kot na pečico: pridobiš in oblikuješ glino, pustiš, da se serija kuha, in počakaš na rezultate,« je dejal Moullinex. »Kakšne kose boste izbrali in kako jih predstavili, je spet odvisno od vas. Gre za vajo odrekanja določene stopnje nadzora in prepuščanja nekaterih stvari naključju. Kot nekdo, ki že leta spremlja to področje tehnologije... se mi zdi fascinantno, da je naš vir entropija, kaos in nepredvidljivost – vse dobre sestavine za navdih in ustvarjalnost – prihajajo iz tehnologija."

Eno od velikih vprašanj pri kakršni koli domnevni ustvarjalnosti A.I. ali jemlje od človeškega oblikovalca. Nihče nikoli ne bi priznal barv ali gravitacije kot enakovrednega avtorja slike kot umetnik, toda z AI to ni tako preprosto. Toda Soddu ni zaskrbljen.

"Ne, ravno nasprotno," je rekel Soddu. »Ustvarjalnost, citiram [francoskega matematika Henrija] Poincaré, je sposobnost razlage obstoječega s predlaganjem novega sistema odnosov med deli. Zagotovo ne gre samo za iskanje novih oblik. Moj generativni projekt se rodi … iz subjektivne interpretacije preteklosti z uporabo originalnih genetskih algoritmov, ki so sposobni predstaviti to subjektivnost. Digitalna evolucija je neverjetna priložnost, da se subjektivna ideja predstavi v svojih številnih in neskončnih različicah.«

Prihajate na ulico blizu vas?

Do danes so evolucijski algoritmi ostali fascinantna stranska vrstica glavnega oblikovanja. Na enak način kot A.I. etika je bila abstraktna ideja, dokler je svet nenadoma ni potreboval, generativno oblikovanje je bilo zanimivo področje za razpravo, vendar z na videz minimalno uporabo.

Težava ni v tem, da genetski algoritmi ustvarjajo nepraktične modele. NASA je uporabila satelitske komponente zasnovan z genetskimi algoritmi na dragih misijah v resničnem svetu. Ne le, da so bile te komponente učinkovite, delovale so bolje kot alternative, ki so jih oblikovali ljudje – in človeški inženirji, ki so jih opazovali, niso mogli ugotoviti, zakaj. Kot poudarja Moullinex, torej ni razloga, zakaj genetskega algoritma ne bi bilo mogoče optimizirati, da bi upošteval zahteve, kot so funkcionalnost, estetika, stroški, trajnost in etika.

Namesto tega je lahko težava v tem, da so bili generativni algoritmi programska rešitev brez spremljajoče strojne opreme. To se morda spreminja. Pred kratkim je Digital Trends pisal o večletnem projektu, ki želi uporabiti evolucijski A.I. do oblikovati robote za raziskovanje drugih planetov. Ideja? Da bi lahko postavitev 3D-tiskalnika izstrelili na drug planet za tiskanje najboljših modelov robotov, ljudje niso potrebni.

Zdaj živimo v svetu, v katerem 3D natisnjeno ohišje obstaja. Te hiše, ki jih je mogoče hitro izdelati in prodati po ceni, ki je nižja od "navadnih" hiš, bi lahko povzročile revolucijo v cenovno dostopnih množičnih stanovanjih. In veš kaj? Zahvaljujoč genetskim algoritmom je lahko vsak nekoliko (ali zelo) drugačen.

Priporočila urednikov

• Analogni AI? Sliši se noro, a morda je prihodnost
• A.I. za poglobljeno učenje pomaga arheologom pri prevodu starodavnih tablic
• Lažne novice? A.I. algoritem razkrije politično pristranskost v zgodbah, ki jih berete
• Besedilo, ustvarjeno z umetno inteligenco, spodbuja lažne novice. Tako se upiramo