الروبوتات والذكاء الاصطناعي يساعدان في تصميم وبناء «الحدائق المعلقة»
ظلت العمارة والبناء دائمًا يتقدمان ببطء وهدوء نسبيًا في اتجاهات التقنية وعلوم المواد. لذلك لا يثير الاستغراب أن يظهر في جامعة تقنية مرموقة مثل ETH Zurich مشروع يستخدم الذكاء الاصطناعي والروبوتات في مقاربة جديدة لهذين الفنين. ويُظهر التصميم والبناء الآليان اللذان يجربانهما كيف يمكن أن تُبنى المنازل والمكاتب بعد عشر سنوات.
المشروع أشبه بوعاء زراعي نحتي ضخم، أي «حديقة معلقة»، مستوحى من المنشآت الأسطورية لمدينة بابل القديمة.
ظهر مشروع Semiramis في عام 2019 (سُمّيت الحديقة باسم ملكة بابل سميراميس)، وهو ثمرة التعاون بين البشر والمصممين الاصطناعيين. أما الفكرة العامة فقد صدرت بالطبع عن العقول المبدعة لمبتكريه، وهما أستاذا العمارة فابيو غراماتسيو وماتياس كولر. أما التصميم نفسه فقد تحقق عبر تحديد المتطلبات الأساسية، مثل الحجم والحاجة إلى الري وأسلوب البناء، بمساعدة مجموعة من النماذج الحاسوبية وخوارزميات التعلم الآلي.
على سبيل المثال، يمكن للفريق أثناء التصميم أن يعدّل موضع إحدى «الكبسولات» الكبيرة التي تشكل البنية البالغ طولها 22 مترًا، أو أن يغير ترتيب الألواح التي تكوّن سطحها. ثم يقوم البرنامج الذي طوروه بتعديل هندسة البنية كلها والألواح الأخرى فورًا لتتكيف مع هذه التغييرات، مع التأكد من أنها ستظل قادرة على تحمل وزنها الذاتي بأمان.
تتكون البنية من خمس كتل خشبية هندسية معقدة، مزاحة قليلًا عن بعضها البعض، ومدعومة بثماني أعمدة فولاذية رقيقة. ويجري تصميم النحت وبناؤه باستخدام أساليب رقمية مبتكرة طُوِّرت ضمن المشروع.
«في عملية التصميم المعتادة لمثل هذه المشاريع، يحاول المعماريون مراعاة المتطلبات المختلفة للمبنى أو المنشأة في تصميمهم، ثم يعدّلون هذا التصميم حتى تُلبّى جميع المتطلبات على أفضل وجه. أما مع Semiramis فالأمر مختلف: فقد قدّمت خوارزمية تعلم آلي خاصة، طُوّرت بالتعاون مع المركز السويسري لعلم البيانات، للباحثين خيارات تصميم معقدة. واختلفت المقترحات في شكل الكبسولات وفي مواضعها بالنسبة إلى بعضها البعض. كما بيّنت كيف يؤثر كل تصميم في متغيرات مستهدفة بعينها، مثل ري الكبسولات»، هكذا قال الباحثون.
صحيح أن العمارة تتضمن الكثير من العمليات الآلية، لكن هذا المشروع يدفع الحدود إلى أبعد من ذلك على مستوى الرقابة النهائية التي تبدو ممنوحة لها. ففي نهاية المطاف، الهدف هو جعل ذلك تعاونًا حقيقيًا، لا مجرد نوع من «التدقيق الإملائي» المعماري للتأكد من أن البنية لن تنهار.
«يتيح النموذج الحاسوبي تغيير عملية التصميم التقليدية بالكامل ودراسة كامل نطاق التصميم للمشروع. ويؤدي ذلك إلى هندسة جديدة، وغالبًا ما تكون مدهشة»
في مختبر التصميم الغامر، وهو مختبر الواقع المعزز في حرم Hönggerberg الجامعي، تمكن العلماء من دراسة المشاريع في ثلاثة أبعاد وضبطها معًا في الوقت الفعلي. ويسهّل البرنامج، الذي طُوّر بالتعاون مع مختبر الروبوتيات الحاسوبية في ETH، تكييف بنية الوحدات الخشبية: فإذا حرّك العلماء نقطة واحدة في هندسة إحدى الوحدات، وهي تتكون من نحو 70 لوحًا خشبيًا، يضبط البرنامج الهندسة كلها.
وفي الوقت نفسه، يأخذ البرنامج في الحسبان معايير الإنتاج المناسبة، مثل أقصى وزن ممكن للوح، ما يعني أنه ينتج دائمًا أكثر التشكيلات كفاءة وقدرة على تحمل الأحمال. ويتكون كل صندوق خشبي من الصناديق الخمسة في Semiramis من 51 إلى 88 لوحًا خشبيًا.
بعد الحصول على التصميم النهائي، يتولى فريق آخر متخصص في أتمتة العمل تنفيذ البناء: إذ تمسك مجموعة من أربعة أذرع روبوتية تعمل بذكاء واحد عدة أجزاء ثقيلة في أماكنها (وفي كل كبسولة عشرات منها)، بينما يضع البشر الراتنج المستخدم لتثبيتها معًا. وتحسب الخوارزمية حركات الروبوتات بحيث لا تحدث أي تصادمات أثناء تنفيذ المهمة.
على خلاف البناء الخشبي التقليدي، يتمتع الإنتاج الروبوتي بعدة مزايا: أولًا، يعفي الروبوتات البشر من الأعمال الشاقة ومن التموضع الدقيق، وثانيًا، لا تتطلب عملية التجميع بنى دعم فرعية مكلفة وكثيفة الموارد.
التجميع الروبوتي جارٍ على قدم وساق. وتُنقل المقاطع المنفصلة للكبسولات بانتظام على شاحنات إلى Tech Cluster Zug، حيث سيُركّب النحت المعماري ويُغرس بشكل نهائي في ربيع عام 2022. وفي الصيف سيتمكن الناس من رؤية البنية الخشبية من الأرض أو من المباني المجاورة، وإلقاء نظرة سريعة على النباتات النامية.
وفي هذه الأثناء، أثبت المشروع قيمته بالنسبة إلى كولر: «كان Semiramis مشروعًا رائدًا للبحث المعماري، إذ جمع أشخاصًا من داخل ETH وخارجها، ودفع قدمًا بموضوعات بحثية رئيسية في الحاضر، مثل التصميم المعماري التفاعلي والإنتاج الرقمي».
