Роботы и ИИ помогают в проектировании и строительстве «висячих садов»
Архитектура и строительство всегда довольно медленно и тихо продвигались в технологических и материаловедческих тенденциях. Вот почему неудивительно, что в таком известном техническом университете, как ETH Zurich, появился проект, использующий искусственный интеллект и робототехнику в новом подходе к этим искусствам. Автоматизированное проектирование и строительство, с которыми они экспериментируют, показывают, как дома и офисы могут быть построены через десять лет.
Проект представляет собой нечто вроде огромного скульптурного кашпо — «висячего сада» — вдохновленного легендарными сооружениями древнего города Вавилон.
Появившийся в 2019 году Semiramis (Семирамида, сад назвали в честь царицы Вавилона) — это результат сотрудничества между людьми и дизайнерами искусственного интеллекта. Общая идея, конечно же, исходила от творческих умов его создателей — профессоров архитектуры Фабио Грамацио и Матиаса Колера. Но дизайн был достигнут за счет определения основных требований, таких как размер, необходимость полива и стиль строительства, с помощью набора компьютерных моделей и алгоритмов машинного обучения.
Например, в процессе проектирования команда может настроить положение одной из больших «капсул», составляющих 22-метровую конструкцию, или изменить расположение панелей, составляющих ее поверхность. Программное обеспечение, которое они создали, затем немедленно скорректировало бы геометрию всей конструкции и других панелей, чтобы приспособиться к этим изменениям, убедившись, что она по-прежнему будет безопасно выдерживать собственный вес.
Конструкция состоит из пяти сложных геометрических деревянных блоков, которые слегка смещены друг от друга и поддерживаются восемью тонкими стальными колоннами. Скульптура проектируется и строится с использованием инновационных цифровых методов, которые были разработаны в рамках проекта.
«В обычном процессе проектирования для подобных проектов архитекторы пытаются учесть различные требования здания или сооружения в своем дизайне, а затем корректировать этот дизайн до тех пор, пока все требования не будут удовлетворены наилучшим образом. Но это не так с Semiramis: специальный алгоритм машинного обучения, разработанный в сотрудничестве со Швейцарским центром науки о данных, предоставил исследователям сложные варианты дизайна. Предложения различались по форме капсул и их пространственному расположению относительно друг друга. Они также подчеркнули, как каждый дизайн влияет на отдельные целевые переменные, такие как орошение стручков», — сообщили исследователи.
Конечно, в архитектуре много автоматизированных процессов, но этот проект раздвигает границы на уровне окончательного контроля, который, казалось бы, им предоставлен. В конце концов, цель состоит в том, чтобы сделать это подлинным сотрудничеством, а не просто своего рода архитектурной «проверкой орфографии», чтобы убедиться, что конструкция не рухнет.
«Компьютерная модель позволяет нам полностью изменить традиционный процесс проектирования и изучить весь объем проектирования для проекта. Это приводит к новой, часто удивительной геометрии»
В лаборатории иммерсивного дизайна — лаборатории дополненной реальности в кампусе Хенгерберга — ученые могли исследовать проекты в трех измерениях и настраивать их вместе в режиме реального времени. Программное обеспечение, разработанное совместно с лабораторией вычислительной робототехники ETH, упрощает адаптацию конструкции деревянных модулей: например, если ученые перемещают одну точку в геометрии одного из модулей, которые состоят примерно из 70 деревянных панелей, программное обеспечение регулирует всю геометрию.
В то же время программное обеспечение учитывает соответствующие производственные параметры, такие как максимально возможный вес панели, что означает, что оно всегда создает наиболее эффективную и наиболее несущую конфигурацию. Каждая из пяти деревянных коробочек Semiramis состоит из 51–88 деревянных панелей.
После получения окончательного дизайна строительство выполняется другой командой, занимающейся автоматизацией работы: набор из четырех роботов-манипуляторов, работающих с помощью одного интеллекта, удерживает на месте несколько тяжелых частей (в каждой капсуле их десятки), в то время как люди наносят смолу, используемую для удержания их вместе. Алгоритм рассчитывает движения роботов таким образом, чтобы во время выполнения задачи не возникало столкновений.
В отличие от традиционного деревянного строительства, роботизированное производство имеет несколько преимуществ: во-первых, роботы избавляют людей от тяжелой работы и точного позиционирования, а во-вторых, процесс сборки не требует дорогостоящих и ресурсоемких подструктур.
Роботизированная сборка в настоящее время идет полным ходом. Отдельные сегменты капсул регулярно доставляются в Tech Cluster Zug на грузовиках, где архитектурная скульптура будет установлена и окончательно высажена весной 2022 года. Уже летом люди смогут увидеть деревянную конструкцию с земли или из близлежащих зданий, а также мельком посмотреть на растущие растения.
Тем временем для Колера проект уже доказал свою ценность: «Semiramis был проектом-маяком для архитектурных исследований, объединяя людей внутри и за пределами ETH и продвигая ключевые исследовательские темы настоящего, такие как интерактивное архитектурное проектирование и цифровое производство».
