Algoritmisk arkitektur: Använda A.I. att designa byggnader

Design itererar över tiden. Arkitektur designad och byggd 1921 kommer inte att se likadan ut som en byggnad från 1971 eller från 2021. Trender förändras, material utvecklas och frågor som hållbarhet får betydelse, bland andra faktorer. Men tänk om den här utvecklingen inte bara handlade om de typer av byggnader som arkitekter designar, utan i själva verket var nyckeln till hur designar de? Det är löftet om evolutionära algoritmer som ett designverktyg.

Medan designers för länge sedan har använt verktyg som Computer Aided Design (CAD) för att hjälpa konceptualisera projekt, vill förespråkare av generativ design gå flera steg längre. De vill använda algoritmer som efterliknar evolutionära processer inuti en dator för att hjälpa till att designa byggnader från grunden. Och åtminstone när det kommer till hus är resultaten ganska intressanta.

Generativ design

Celestino Soddu har arbetat med evolutionära algoritmer längre än de flesta som arbetar idag har använt datorer. En samtida italiensk arkitekt och designer nu i mitten av 70-talet, blev Soddu intresserad av teknikens potentiella inverkan på design redan under Apple II: s dagar. Det som intresserade honom var potentialen för oändligt riffande på ett tema. Eller som Soddu, som också är professor i generativ design vid Polytechnic University of Milano i Italien, sa till Digital Trends, han gillade idén att "öppna dörren till oändlig variation."

Utsikten till generativ algoritmisk design är på ytan relativt okomplicerad. Det finns vissa "regler" som definierar särskilda föremål, vare sig det är en bungalow eller en barockkatedral. En genetisk algoritm replikerar evolutionen i form av ett datorprogram som ett sätt att optimera lösningar. Genom att definiera vad Soddu anser vara reglerna som definierar en viss design, kan hans algoritmer konceptualisera hur objekt kan se ut om de var levande varelser som hade genomgått årtusenden av naturliga urval.

Han började designa en "art" av generativa italienska medeltida städer på 1980-talet. Verket genererar oändliga 3D-modeller av medeltida städer, som var och en är lite olika. Sedan dess har Soddu fortsatt att experimentera med generativ design som en del av sin praktik. "Ett av mina sista projekt är ett förslag för återhämtning av Notre Dame-höjden i Paris," sa han. Designen (som tyvärr inte kommer att användas) skildrar den brandförstörda spiran som nästan en vriden omvänd istapel, skjuten mot himlen.

En del av attraktionskraften hos Soddus design är elementet av slumpmässighet som algoritmen introducerar. Men det öppnar också för spännande möjligheter som kan tillämpas inte bara på arkitektur, utan alla typer av design. Till exempel kan en designbyrå skapa hundratals stolar, med var och en något annorlunda. Han hänvisar till denna typ av design som "idéprodukter".

Kreativ teknolog på jobbet

Soddu är inte den enda personen som är intresserad av att använda genetiska algoritmer för att föreställa sig byggnader heller. Den Lissabon, Portugal-baserade musikern och kreativa teknologen Moulinex skapade nyligen en musikvideo med ett böljande landskap av brutalistiska byggnader. Vid första anblicken verkar dessa vara riktiga byggnader med en förvandlingseffekt som gör att en kan övergå till nästa. Faktum är att de dröms upp av generativa algoritmer.

Se detta inlägg på Instagram

Ett inlägg delat av Moullinex (@moullinex)

"Ett generativt motståndsnätverk - i det här fallet StyleGAN2-ada - tränades med bilder av riktiga byggnader och kan sedan skapa nya bilder baserat på vad den har lärt sig, säger Moulinex, aka Luís Clara Gomes, till Digital Trends. "Det du ser är nätverkets tolkning av vad data är. Som en analogi skulle detta vara som att visa ett barn bilder av katter och sedan be dem skapa en ny katt baserat på vad de har lärt sig. Ju fler katter du visar – [vilket betyder] desto större träningsdatauppsättning – desto mer kattliknande blir de genererade bilderna.”

Sedan den första musikvideon skapades har Moulinex fortsatt att arbeta med projektet och är fortfarande fascinerad av möjligheterna.

"Jag gillar att se på GAN som en ugn: Du hämtar och formar leran, låter satsen laga mat och väntar på resultatet," sa Moulinex. "Vilka bitar du väljer och hur du presenterar dem är igen upp till dig. Det är en övning att ge upp en viss grad av kontroll och lämna vissa saker åt slumpen. Som någon som har följt detta teknikområde i flera år... tycker jag att det är fascinerande att vår källa till entropi, kaos och oförutsägbarhet - alla bra ingredienser för inspiration och kreativitet - kommer från teknologi."

En av de stora frågorna med någon form av påstådd kreativitet A.I. är om det tar ifrån den mänskliga designern. Ingen skulle någonsin kreditera färger eller gravitation som en lika författare till en målning som konstnären, men med A.I. är det inte fullt så enkelt. Men Soddu är inte orolig.

"Nej, tvärtom," sa Soddu. "Kreativitet, citerar [den franske matematikern Henri] Poincaré, är förmågan att tolka vad som finns genom att föreslå ett nytt system av relationer mellan delarna. Det är verkligen inte bara sökandet efter nya former. Mitt generativa projekt är född... från den subjektiva tolkningen av det förflutna med hjälp av ursprungliga genetiska algoritmer som kan representera denna subjektivitet. Den digitala utvecklingen är ett otroligt tillfälle för den subjektiva idén att representeras i dess många och oändliga variationer.”

Kommer du till en gata nära dig?

Hittills har evolutionära algoritmer förblivit ett fascinerande sidofält för mainstream design. På samma sätt som A.I. Etik var en abstrakt idé tills plötsligt världen behövde den, generativ design har varit ett intressant område att diskutera, men med till synes minimal tillämpning.

Problemet är inte att genetiska algoritmer producerar opraktiska konstruktioner. NASA har använt satellitkomponenter designad av genetiska algoritmer på dyra, verkliga uppdrag. Inte bara var dessa komponenter effektiva, de fungerade bättre än alternativ designade av människor - och de mänskliga ingenjörerna som tittade på dem kunde inte ta reda på varför. Som Moullinex påpekar finns det därför ingen anledning till varför en genetisk algoritm inte skulle kunna optimeras för att ta hänsyn till krav som funktionalitet, estetik, kostnad, hållbarhet och etik.

Istället kan problemet vara att generativa algoritmer var en mjukvarulösning utan medföljande hårdvara. Det kanske håller på att förändras. Nyligen skrev Digital Trends om ett flerårigt projekt som försökte använda evolutionär A.I. till designa robotar för att utforska andra planeter. Idén? Att en 3D-skrivarinstallation skulle kunna lanseras till en annan planet för att skriva ut de bästa robotdesignerna, inga människor krävs.

Vi lever nu i en värld där 3D-printat hölje existerar. Dessa hus, som kan tillverkas snabbt och säljas till ett pris som är lägre än "vanliga" hus, kan tänkas leda till en revolution inom prisvärda massbostäder. Och vet du vad? Tack vare genetiska algoritmer kan var och en vara något (eller mycket) olika.

Redaktörens rekommendationer

• Analog A.I.? Det låter galet, men det kanske är framtiden
• Djuplärande A.I. hjälper arkeologer att översätta uråldriga tabletter
• Fake news? A.I. algoritm avslöjar politisk fördom i berättelserna du läser
• A.I.-genererad text är en överladdning av falska nyheter. Det är så vi slår tillbaka