Архитекторы учат ИИ печатать города

От зданий, спроектированных искусственным интеллектом, до крупномасштабной 3D-печати, города будущего могут быть больше машинами, чем людьми

Архитектор Артур Маму-Мани усмехается, рассказывая мне о параметрическом дизайне.

«Вместо того, чтобы придумывать окончательную форму, — объясняет он, — или рисовать ее, как скульптор, вы определяете параметры. Вы говорите: «Мое здание может двигаться только на 5 метров, его толщина может быть только X. Вот цифры нагрузки, это количество солнца, это количество ветра… бум». Затем вы позволяете компьютеру предлагать решения в этом пространстве».

Практика Маму-Мани, также называемая Маму-Мани, специализируется на новой, развивающейся форме архитектуры. Вместо того, чтобы вручную создавать здание с нуля, его команда работает со специализированным программным обеспечением для создания структур, генерируемых компьютером. Маму-Мани сравнивает этот процесс с эволюцией, когда программное обеспечение, как и природа, адаптирует свои конструкции так, чтобы они наилучшим образом соответствовали заданному набору параметров.

«По сути, у вас есть естественная эволюция (процесс) в компьютере, а затем вы видите то, что называется пространством решений», — говорит он. «Вы можете быть очень недовольны результатами, но, по крайней мере, у вас есть тысяча вариантов. Итак, вы возвращаетесь назад и генерируете еще тысячу вариантов. Проектировщики (люди) определяют систему, параметры и позволяют компьютеру помочь им понять, каковы ограничения. Итак, вы действительно сотрудничаете с компьютером».

Какие здания создают компьютеры? Интересно, что многие рисунки Маму-Мани похожи на странные растения или окаменелые кости древних ракообразных. В волнистых структурах, часто состоящих из сотен переплетающихся решеток, есть органичность. Например, инсталляция студии «Деревянные волны», получившая золотую награду Американской архитектурной премии 2016 года, представляет собой извилистую фанерную решетку, «топологически оптимизированную» для поддержки с потолка.

Компьютеры сыграли большую роль в дизайне Wooden Waves, но похоже, что он разросся по комнате, как целый организм. Действительно, эта новая форма сотрудничества ИИ-архитекторов характеризуется проектами, которые кажутся гораздо более биологическими, чем можно было бы ожидать от машины. Огромная пещеристая решетка Терминал 3 международного аэропорта Шэньчжэнь Баоаньнапример, был спроектирован Массимилиано Фуксасом в сотрудничестве с Книпперсом Хельбигом и создан с помощью параметрического проектирования. Маму-Мани говорит, что такой эстетики вполне ожидаемо – в конце концов, единственные другие формы, которые развились в соответствии с окружающей средой, хотя и за миллиарды лет, – это естественные формы.

Однако достижение баланса между архитектурой, управляемой человеком и машиной, — это не только вопрос физических параметров. Этика зданий, созданных с помощью компьютера, вступает в игру, когда вы задумываетесь о цели того, что создается.

Например, Маму-Мани рассказал мне о работе, вошедшей в шорт-лист, над которой его студия работала для Мемориал Холокоста в Лондоне с Heneghan Peng Architects в качестве консультантов по параметрическим параметрам. «Идея позволить это сделать компьютеру звучит безумно и совершенно неуместно». Вместо того, чтобы предоставить программному обеспечению полную свободу действий над его параметрами, общий – весьма символичный – дизайн памятника предопределяется людьми. Однако узор, образованный зазором между кирпичами, рассчитывается компьютером в результате пересечения множества сеток: радиальной сетки, обращенной к зданию парламента, одной параллельно земле, а другой – параллельно сужающимся стенам. В результате получился сложный и интригующий муаровый узорпохоже на глюки компьютера. Это сотрудничество с компьютером, но здесь машине приходится выполнять тяжелую работу.

Когда реакция человека на космос перестает быть человеческой реакцией?

«Компьютер здесь, чтобы помочь вам справиться с большим количеством информации. В данном случае много кирпичей», — говорит Маму-Мани. «На то, где мы расположим эти кирпичи, чтобы создать этот узор, повлиял компьютер, но история рассказывает о человеческих потерях, и промежутки между этими кирпичами будут использоваться посетителями, чтобы слушать голоса выживших».

Мемориал Холокоста является ярким примером того, как компьютерный дизайн рискует стать безвкусным (риск, который Маму-Мани, кажется, остро осознает), но эта проблема пронизывает всю архитектуру. В какой степени компьютер может решить задачу? Когда реакция человека на космос перестает быть человеческой реакцией?

Строители роботов

Машина могла бы точно рассчитать, где разместить кирпичи в примере мемориала Маму-Мани, но в конечном итоге их укладку, скорее всего, сделает человеческая рука. Другая компания, однако, применяет ИИ и на другой стороне строительства, экспериментируя с возможностями машин для создания крупномасштабных конструкций с использованием искусственного интеллекта и передовых технологий 3D-печати.

«Традиционные методы строительства в значительной степени полагаются на человеческий труд, который неэффективен, расточителен и небезопасен», — говорит Даган Чам, соучредитель и генеральный директор Ai Build, фирмы, разрабатывающей искусственный интеллект и робототехнику для строительства.

«Автоматизируя процесс материализации, мы стремимся максимизировать экономию времени, материалов и затрат, а также дать возможность дизайнерам, архитекторам и инженерам создавать совершенно новые, сложные проекты, которые раньше было невозможно или слишком дорого создавать. Мы считаем, что автоматизация и автономные производственные роботы на базе искусственного интеллекта необходимы для обеспечения устойчивости нашей среды будущего».

За последние несколько лет 3D-печать значительно продвинулась вперед, но остается инструментом, лучше всего подходящим для изготовления небольших объектов. Основная проблема, с которой сталкивается крупномасштабная 3D-печать, — это сложность точного моделирования поведения материала: миниатюрные ошибки могут быть незначительными при печати небольшого объекта, но если расширить их до размеров здания, эти крошечные ошибки могут быстро стать опасными структурными проблемами.

«Один из способов свести к минимуму эти сбои — замедлить производственный процесс. Это не самое разумное решение, поскольку время стоит денег», — говорит Чам. «В качестве альтернативы мы используем комбинацию моделирования и алгоритмов принятия решений в реальном времени, чтобы компенсировать незначительные ошибки, которые могли бы перерасти в более серьезные структурные сбои, если бы они не были приняты во внимание. В этом случае система становится не архитектором, а строителем, обладающим большей гибкостью для решения неожиданных проблем».

На данный момент Ai Build работает только над конструкциями размером с установку, изготовленными из термопластичных композитов, спроектированными человеком, но Чам говорит мне, что у него есть планы позволить другим производителям, работающим с металлами и бетоном, воспользоваться преимуществами этой технологии. Действительно, AI Build — не единственная компания, продвигающая 3D-печать в масштабах зданий. Фирма Apis Cor со штаб-квартирой в Сан-Франциско сотрудничает с российским застройщиком ПИК, чтобы создать доступные бетонные бунгалоа дубайский стартап Cazza объявил несколько амбициозные планы распечатать небоскрёб в ОАЭ на 3D-принтере.

Компьютерные города

Регулирование, естественно, является серьезным препятствием для маневра разработчиков 3D-печати. Убедить регулирующие органы в том, что построенные роботами бунгало, не говоря уже о небоскребах, структурно надежны, будет непростой задачей, учитывая текущие проблемы с обеспечением структурной последовательности. Однако если эти барьеры удастся преодолеть, 3D-печать окажет огромное влияние на строительство. Роботизированные конструкции могут обеспечить доступное жилье для экстренных случаев или позволить разрабатывать планы зданий, которые в настоящее время слишком сложны с технической точки зрения для человеческих рук.

Однако не все потенциальные воздействия являются положительными. Да, затраты на рабочую силу можно сократить, но обратной стороной может стать потеря рабочих мест во всем секторе. Традиционные строительные фирмы могут быть подорваны более дешевой и быстрой конкуренцией роботов. Хотя эти проблемы кажутся еще далекими, они являются серьезными факторами при определении того, как будут строиться наши города будущего.

«Вопрос не в том, произойдет ли это, а в том, когда это произойдет».

Совершенно новое городское строительство в Великобритании сократилось за десятилетия, прошедшие после принятия Закона о новых городах 1946 года (вместе с экспериментальными проектами, такими как автомобильная Motopia Джеффри Джеллико), но Китай, Индия и Кения – среди других развивающихся стран – очень сильно строительство городов для размещения быстро урбанизирующегося населения. Станет ли 3D-печать масштаба башни обычным явлением в этих новых городских застройках?

«Если предположить, что через 50 лет наши города будут построены автономными роботами и дронами, нет никаких сомнений», — говорит мне Чам. «Если мы подумаем о следующих пяти годах, мы начнем видеть практическое применение автономного аддитивного производства, которое будет приносить пользу в устоявшихся отраслях, таких как строительство, аэрокосмическая и автомобильная промышленность. Так что вопрос не в том, произойдет ли это, а в том, когда это произойдет».

Естественным продолжением всего этого, конечно же, является то, что произойдет, если мы объединим роботов-строителей с архитекторами ИИ? Если машины смогут проектировать и строить свои собственные города, окажемся ли мы в таком положении, когда наши дома и рабочие места, наши улицы и парки будут придуманы и собраны каким-то безобидным искусственным интеллектом? Как вообще мог бы выглядеть город, построенный искусственным интеллектом?

«Город, придуманный и построенный ИИ, будет похож на природу», — говорит Чам. «Не визуально, а философски. Живые организмы проходят миллионы лет эволюции, чтобы достичь уровня сложности и адаптации к окружающей среде. Этот процесс можно ускорить за счет вычислительных мощностей, позволяющих проектировать и строить сложные, адаптивные и ресурсоэффективные города».

Вам не нужно искать построенный на компьютере мегаполис, чтобы увидеть, как базовый искусственный интеллект используется для повышения эффективности города. Существующие города уже становятся «умными» благодаря датчикам и алгоритмам, призванным обеспечить эффективную и экономичную работу инфраструктуры. Одним из крупных приложений в этой области с точки зрения архитектуры является «синтаксис пространства», который измеряет то, как люди перемещаются по городам, что позволяет оптимизировать пути между различными областями. Продолжая метафору природы, «умные» технологии облегчают измерение перемещений граждан и впоследствии «развиваются» таким образом, чтобы оптимизировать эти перемещения.

Предполагается, что город, управляемый ИИ, будет чрезвычайно оптимизирован. Подобно огромному организму, он найдет структуру, которая лучше всего соответствует окружающей среде, где движение клеток наиболее эффективно. Однако в такой модели мало места ни вам, ни мне, а также нашему индивидуальному, субъективному опыту. Как говорит мне Маму-Мани, строительство с помощью компьютеров — это тонкий баланс между человечеством и машиной.

«Нам нужна поэзия. Нам нужна определенная доза свободы выбора».

«Вы можете сказать: ладно, это решение более оптимально», — говорит он. «Однако оптимальное для меня значение может сильно отличаться от вашего. Я француз, поэтому думаю о фланер; люди, которые бесцельно ходят, учатся на красоте (города). Красота приходит без определенной цели. Это оптимально? Нет, но нам это нужно. Нам нужна поэзия. Нам нужна определенная доза свободы выбора, а не только то, что говорит компьютер.

«Я считаю, что мы должны действительно доверять нашим личным историям, нашим внутренним ощущениям. В противном случае, если мы вычислим здания и они окажутся ужасными для жизни, мы просто бросимся с их вершины».

Изображение предоставлено: Маму-Мани, Heneghan Peng Architects, AI Build