ロボットとAIが「空中庭園」の設計と建設を支援
建築と建設の分野は、技術や材料の動向において常にゆっくりと静かに進化してきました。そのため、ETHチューリッヒのような著名な工科大学で、人工知能とロボット工学をこの分野に新しいアプローチで取り入れたプロジェクトが生まれたのも不思議ではありません。彼らが試験している自動化された設計と施工は、10年後に住宅やオフィスがどのように建てられるかを示しています。
このプロジェクトは、古代都市バビロンの伝説的な建造物にインスパイアされた、巨大な彫刻的なプランター、いわば「空中庭園」のようなものです。
2019年に登場したSemiramis（セミラミス、庭園はバビロンの女王にちなんで名付けられました）は、人間とAIデザイナーの協働の成果です。全体のアイデアはもちろん、建築学教授のファビオ・グラマツィオとマティアス・コラーという制作者たちの創造的な発想から生まれました。しかし、デザインは、サイズ、灌漑の必要性、建築スタイルといった主要な要件を、コンピュータモデルと機械学習アルゴリズムの一式によって定義することで実現されました。
例えば設計の過程で、チームは22メートルの構造物を構成する大きな「カプセル」の一つの位置を調整したり、その表面を構成するパネルの配置を変更したりできます。彼らが開発したソフトウェアは、その変更に対応するため、構造全体と他のパネルの形状を直ちに調整し、構造が自重を安全に支え続けられるようにします。
構造は、わずかにずらして配置された5つの複雑な幾何学形状の木製ブロックからなり、8本の細い鋼鉄の柱で支えられています。この彫刻は、プロジェクトの中で開発された革新的なデジタル手法を用いて設計・施工されています。
「このような案件の通常の設計プロセスでは、建築家は建物や構造物の様々な要件を自分のデザインに取り入れ、すべての要件が最適に満たされるまでそのデザインを修正していきます。しかしSemiramisでは違いました。スイスのデータサイエンスセンターと協力して開発された特別な機械学習アルゴリズムが、研究者に複雑な設計案を提供しました。提案は、カプセルの形状や互いの空間的な配置が異なっていました。また、それぞれの設計が、ポッドへの灌漑など、個々の目標変数にどのように影響するかも明らかにされました」と研究者たちは述べています。
建築には確かに多くの自動化プロセスがありますが、このプロジェクトは、それらに与えられているように見える最終的な制御のレベルで境界を押し広げています。結局のところ、目的は単なる建築の「スペルチェック」、つまり構造が倒れないことを確認する作業ではなく、真の協働を実現することなのです。
「コンピュータモデルにより、従来の設計プロセスを完全に変え、プロジェクトの設計全体の可能性を探ることができます。その結果、新しく、しばしば驚くような幾何学形状が生まれます」
ヘンガーベルク・キャンパスの拡張現実ラボであるイマーシブ・デザイン・ラボでは、研究者たちがプロジェクトを三次元で検討し、リアルタイムで共同調整することができました。ETHの計算ロボット工学研究室と共同開発されたソフトウェアにより、木製モジュールの構造の調整が容易になります。例えば、約70枚の木製パネルで構成されるモジュールの一つの幾何学形状の点を動かすと、ソフトウェアが全体の形状を調整します。
同時に、ソフトウェアは最大許容パネル重量などの関連する製造パラメータも考慮するため、常に最も効率的で最も耐荷重性の高い構成を生み出します。Semiramisの5つの木製の箱はそれぞれ、51～88枚の木製パネルで構成されています。
最終設計が決まると、施工は自動化作業を担う別のチームが行います。1つのAIで動作する4台の産業用ロボットアームが、重い部品（各カプセルに数十個）を所定の位置に保持し、人間がそれらを固定するための樹脂を塗布します。アルゴリズムは、作業中に衝突が起きないようロボットの動きを計算します。
従来の木造建築と比べ、ロボットによる製造にはいくつかの利点があります。まず、ロボットは人間を重労働や精密な位置決めから解放します。次に、組み立て工程で高価で資源を多く消費する下部構造が不要になります。
ロボットによる組み立ては現在順調に進んでいます。カプセルの個々のセグメントは定期的にトラックでTech Cluster Zugに運ばれ、建築彫刻は2022年春に設置され、最終的に植栽されます。夏には、地上や近隣の建物から木製の構造物を見ることができ、成長する植物もちらりと見られるようになる予定です。
一方でコラーにとって、このプロジェクトはすでにその価値を証明しています。「Semiramisは建築研究の先導的プロジェクトとなり、ETHの内外の人々をつなぎ、インタラクティブな建築設計やデジタル生産といった現在の重要な研究テーマを前進させました」。
