Teadus ja tulevik

Generatiivne disain viib meid lähemale ulmefilmides nähtud tulevikule

Generatiivselt disainitud mootoriplokk
Generatiivselt disainitud mootoriplokk. Foto: Autodesk

Rubriiki toetab

Kas olete märganud, et ulmefilmides kujutatakse tegelasi ümbritsevat maailma alati väga orgaaniliselt? Kõik struktuurid on voolujoonelised, hargnevad kui puutüved ja üldse on kõik tehislik veidi looduse sarnane. Kuigi enamasti püütakse selle abil luua selge erinevus reaalsest maailmast, viib algoritmidel põhinev generatiivne disain meid juba praegu selle maailma poole.

Arvuteid on arhitektuuri ja komponentide disainiks kasutatud nende ajaloo algusest peale. Igale insenerile ja disainerile tuntud sõnalühendi CAD taga peitubki computer-aided design ehk arvuti abil disainimine. CAD pole aga arvuti enda tehtud disain, sest disainiprotsess toimub suuresti ikkagi inimese peas ja arvuti aitab selle lihtsalt ekraanile saada. Generatiivse disaini puhul töötab inimene aga arvutiga koos, et leida kõige optimaalsem lahendus.

Inimese ja arvuti koostöö

Disainer või insener saab arvutile kirjeldada, mida tal vaja on – milline peab olema materjal, kui tugev, milline pingetaluvus jne. Arvuti võtab kõik aspektid arvesse ja pakub välja erinevad lahendused, mis on võimalikult optimaalsed sisestatud parameetreid arvestades. Kasutajal jääb üle vaid endale kõige sobivam valida.

Sellisel lähenemisel on väga palju eeliseid. Soovime tooteid alati võimalikult efektiivselt toota. Tahame, et nad oleksid võimalikult kerged, hästi toimivad, tugevad ja et nende tootmine ning kasutamine võtaks võimalikult vähe ressursse. Inimesel on raske selliste lahendusteni kohe jõuda ja seetõttu tegeletakse pikalt optimeerimisega. Esimene versioon pole kohe kõige parem. Iga uuendusega leitakse uusi viise, kuidas selle omadusi parandada.

Arvuti on siin suurepärane abivahend, kuna suudab väga suure hulga erinevaid variante läbi proovida, tehes kogu optimeerimise suhteliselt lühikese ajaga läbi. Lõpptulemus pole ideaalne, kuid arvestades piiranguid ja võimalusi, on see oluliselt parem valik. Põhimõtteliselt jälgib arvuti bioloogilise evolutsiooni protsesse, katsetades erinevaid „mutatsioone“ või kõrvalekaldeid algsest disainist, kuni jõutakse kõige efektiivsemateni. Kaasates selle juurde süvaõppe algoritmid, saame väga võimeka tööriista, mis suudab järjest paremate lahenduste juurde jõudmist õppida.

Aina suurema osa meie maailmast disainivad arvutid

Kõige enam kasutatakse generatiivset disaini auto-, kosmose-, lennundus- ja meditsiinitööstustes. Neid kõiki seob vajadus juppide järele, mille kaal ja vastupidavus on kriitilised. Iga autolt või raketilt maha lihvitud gramm on oluline. Ka inimese kehale tehisjäsemete või toestuste loomisel tuleb jälgida, et need segaksid inimest võimalikult vähe.

Sellistes olukordades aitab arvuti poolt genereeritud tuhandetest või miljonitest disainidest kõige optimaalsema leidmine väga palju. Ehitiste disainiga tegelev ettevõte Arup on näiteks leidnud, et nad suudavad mitmete oluliste konstruktsioonis kasutatavate detailide suurust ja kaalu nii vähendada 50-75%. Kogu struktuuri puhul tähendaks see rohkem kui 40% väiksemat kaalu.

Generatiivselt disainitud metallist struktuurikomponent
Kolm struktuurielementi, mis on disainitud kandma samasuguseid pingeid. Kõige parempoolsem on tehtud kasutades kõige uuemaid optimiseerimismeetodeid. Foto: Arup

Masstootmisest ideaalselt sobivate toodeteni

Eriti huvitavaks muutub generatiivne disain siis, kui see 3D-printimise tehnoloogiaga kokku panna. See võimaldab arvuti loodud keerukaid disaine väga täpselt järgida ja väga spetsiifilisteks otstarveteks tehtud juppe väikestes mahtudes toota. Kui traditsioonilise tootmise protsessi juures tuli leida võimalikult suurele klientide hulgale sobiv kesktee ja seda hinna alla toomiseks massiliselt toota, siis generatiivne disain ning 3D-printimine võimaldavad luua ühele kliendile ideaalselt sobiva toote ja seda täpselt nii mitu tükki teha, kui vaja.

Generatiivne disain on tehnoloogia, mis muudab meid ümbritsevat maailma oluliselt nii vormilt kui sisult. See tööriist, tänapäeva disainerite arsenalis, võimaldab luua struktuure ja tooteid, mis on omapärased, ilusad ning samas ka tõhusad ja ideaalselt vajadustele sobivad. Kuigi see on veel varajases arengujärgus on juba praegu näha, kui palju paremaid lahendusi selle abil on võimalik luua, kui ainut inimese mõistust kasutades. Arvestades veel seda, kui kiirelt arvutite süvaõppe arendamine edeneb, võime näha, et varsti on meid ümbritsev maailm rohkem arvuti kui inimese nägu.

Selles rubriigis vahendame maailma teadusuudiseid, tulevikuvaateid ning oma kõige põnevamaid tegemisi.

Populaarsed lood mujal Geeniuses

Ära jää ilma päeva põnevamatest lugudest

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate olulisematest Geeniuse teemadest.