TECNOLOGIA
di Maria Lanzetta
Nell'era dell'Intelligenza Artificiale, una
delle applicazioni più rivoluzionarie che sta catturando l'attenzione di progettisti,
ingegneri, designer e architetti è il Generative Design. Questa tecnologia
combina algoritmi di apprendimento automatico con princìpi di progettazione e design,
per sviluppare e proporre soluzioni creative e innovative in vari campi, dalla
progettazione meccanica, a quella civile, architettura e design.
Il Generative
Design è un approccio alla progettazione assistita dall'Intelligenza
Artificiale, che utilizza algoritmi di apprendimento automatico per generare
una vasta gamma di possibili soluzioni di progettazione. A differenza del design tradizionale, in cui i
progettisti creano manualmente una singola soluzione, il Generative Design
esplora un'ampia varietà di opzioni, sulla base di un insieme di specifiche e
vincoli forniti dall'utente. La progettazione generativa affonda le sue radici
nel CAD, il quale è passato dai primi approcci di progettazione 2D, a quella 3D
diretta e successivamente parametrica, utilizzando appunto dei parametri
definiti a monte in correlazione tra loro; al CAD tradizionale si sono, poi,
aggiunte le varie tecnologie di simulazione digitale che consentono la verifica
del modello in corso di sviluppo, offrendo la possibilità di fare test di varia
natura e intervenire con eventuali modifiche. Oggi, la nuova frontiera della
progettazione assistita al computer è rappresentata dal Generative Design che,
proprio perché basato su apprendimento automatico in combinazione con
l'input dell'utente, riesce a garantire
una più efficiente collaborazione tra computer e utilizzatore, sfruttando tutti
i principi del Machine Learning. Si tratta, dunque,
di un processo di progettazione iterativo, in cui l’ingegnere, l’architetto o
designer definisce le variabili e i vincoli, i quali verranno poi formalizzati
nell’algoritmo che, successivamente, genererà una certa quantità di soluzioni.
Tale meccanismo si ripete fino al raggiungimento di un risultato che soddisfi
il progettista.
Come funziona il Generative Design?
Il
processo di Generative Design, come si accennava poc’anzi, è alimentato da
algoritmi di apprendimento automatico che sono addestrati su una vasta quantità
di dati di progetti esistenti. Tali algoritmi analizzano queste informazioni e
identificano modelli, tendenze e soluzioni creative che possono essere
applicate a nuove esigenze progettuali. L'utente specifica i parametri di
progettazione come le dimensioni, i materiali, i requisiti funzionali e i
vincoli di produzione, e l'algoritmo produrrà automaticamente diverse
alternative che soddisfino tali indicazioni. In effetti, una delle
caratteristiche chiave del Generative Design è la capacità di esplorare simultaneamente
una vasta gamma di soluzioni e valutare automaticamente ciascuna di esse in
base a criteri specifici. Per esempio, se si sta progettando una poltrona,
l'algoritmo può generare centinaia di diverse configurazioni di forma,
struttura e materiali, e ogni configurazione può essere valutata in base a
criteri come la resistenza, l'ergonomia, l'estetica e la facilità di
produzione: questo processo ripetitivo consente di identificare rapidamente le
soluzioni più efficaci e di affinarne ulteriormente lo sviluppo. Quindi, a differenza della metodologia di progettazione tradizionale che
inizia con un modello basato sulle conoscenze pregresse dell'ingegnere, il
design generativo non richiede conoscenze precedentemente acquisite. Inoltre,
mentre l'ottimizzazione topologica utilizza un modello CAD progettato dall’uomo
che fornisce carichi e vincoli specifici al software il quale, quindi, produce
un modello ottimizzando il layout del materiale in base a tali indicazioni, il
design generativo non ha bisogno di un prototipo di riferimento iniziale,
e l'ingegnere deve solo indicare una serie di specifiche al software di GD, che
produrrà molti potenziali progetti: in pratica viene automatizzata la fase
di ideazione del concept e delle bozze. Il progettista, praticamente, deve
semplicemente definire il problema in termini di parametri e il software proporrà
una serie di soluzioni.
La progettazione generativa avviene, sostanzialmente, in tre fasi
principali: riunione, in cui il
team di progettazione stabilisce i vari parametri quali requisiti di spazio,
materiale, vincoli di costo e prestazioni, oltre agli obiettivi progettuali
generali. Ideazione: in questa
fase il software genera le diverse soluzioni secondo le
specifiche fornite; infine si arriva alla valutazione, che i progettisti elaborano
relativamente alle diverse opzioni generate e, a quel punto, viene scelta la
soluzione che meglio risponde agli obiettivi del progetto.
Applicazioni e vantaggi del Generative Design:
Il Generative Design ha applicazioni in
molteplici settori; nello specifico dell'industria
manifatturiera, rappresenta un valido aiuto in diverse aree come, per
esempio, in produzione, per trovare nuovi modi per
ridurre il peso dei componenti e può anche essere impiegato
insieme alla stampa 3D e alla
produzione additiva. Nell'industria
automobilistica, il design generativo può essere utilizzato per esplorare
nuove geometrie e forme per i ricambi auto, nella creazione
di componenti leggeri e resistenti per automobili, aeromobili e altre
applicazioni. Nel settore aerospaziale,
inoltre, tale
metodologia è molto efficace per creare nuovi progetti di aerei con l'obiettivo
di migliorare l'impatto ambientale, la sicurezza e la riduzione del peso. Con
le stesse finalità il GD si rivela un valido supporto nell’industria dei beni di consumo quali, per esempio, le attrezzature
sportive, che possono essere progettate e realizzate per migliorare le
prestazioni e ridurre i costi. Ovviamente nell’architettura, nella progettazione
edile e nell’ambito dell’Interior
Design, questa tecnologia trova un’applicazione ideale, per generare layout
ottimizzati di spazi interni, modelli strutturali complessi e soluzioni
energetiche efficienti. In generale, nei diversi ambiti il Generative Design
si rivela estremamente efficace per la creazione e progettazione di parti e
componenti, in modo più rapido e produttivo, a costi inferiori e maggiormente
rispondenti ai requisiti di sostenibilità.
Ora, al di là dei vari
settori in cui il GD può essere
impiegato, i vantaggi che questo presenta sono fin troppo evidenti, a partire
dalla personalizzazione di massa, in
quanto, combinato con le diverse tecnologie dell’Industria 4.0 - che ormai
hanno preso piede in diversi contesti -, rende molto più semplice
provare un nuova variante di progetto o modificarne le specifiche, la qual cosa
ovviamente porta a una maggiore efficienza. L’esplorazione simultanea rappresenta un altro aspetto strategico,
poiché attraverso gli strumenti di progettazione generativa, si
possono esaminare e valutare contemporaneamente molte iterazioni di
progettazione, a volte centinaia di migliaia, consentendo all’ingegnere di verificare
velocemente le diverse opzioni. Il design generativo permette, inoltre, una cronologia
di progettazione più rapida, dal momento che automatizza alcune
delle attività meccaniche, coinvolte nell'ideazione e nella progettazione,
estremamente dispendiose in termini di tempo; il progettista può, così, concentrarsi
maggiormente sul miglioramento continuo e sulla definizione dei
problemi in modo più specifico. Infine, va considerata la facilità dell’approccio progettuale, in particolare per i
progettisti ‘entry-level’, consentendo loro di creare qualcosa che funzioni fin
da subito; pertanto, avendo alla base un minimo di competenze in ambito
CAD, la progettazione generativa è relativamente facile da imparare.
Il
Generative Design, dunque, offre numerosi vantaggi rispetto al design
tradizionale, appunto perché, permettendo di esplorare rapidamente un'ampia
gamma di soluzioni innovative, accelera il processo di progettazione e consente
ai progettisti di superare i limiti delle loro stesse intuizioni; inoltre, tenendo
conto dei parametri e vincoli specifici, garantisce la fattibilità e
l'ottimizzazione delle soluzioni generate. Ciò porta a progetti più efficienti
dal punto di vista energetico, più leggeri, più resistenti e meglio adattati a determinate
esigenze, con evidenti benefici, di conseguenza, anche in termini di impatto
ambientale e sostenibilità.
Il Generative Design
rappresenta solo l'inizio di un epoca in cui l'Intelligenza Artificiale sarà sempre
più coinvolta nel processo creativo; con l'avanzare della tecnologia, è
possibile immaginare un'interazione più stretta tra l'AI e i progettisti, in
cui l'algoritmo diventa un collaboratore creativo che offre suggerimenti,
ispirazioni e soluzioni in tempo reale. Ciò potrebbe portare a una nuova forma
di co-design creativo, nel quale
l’Intelligenza Artificiale e l'essere umano lavorano insieme per sviluppare
soluzioni sempre più innovative. Si tratta, dunque, di una tecnologia che sta trasformando
radicalmente il modo in cui la progettazione viene concepita e realizzata: con
le sue applicazioni in svariati settori e le sue potenzialità future, costituisce
una tappa significativa nell'evoluzione della creatività umana.
Ovviamente è sempre opportuno ribadire
che il Generative Design, come qualsiasi strumento basato su AI, non
può e non deve sostituirsi alla capacità critica e creativa dell’uomo, ma deve
essere recepito piuttosto come un valido aiuto, una sorta di ‘assistente
virtuale’ che gli evita operazioni ripetitive e attività a basso valore aggiunto,
dispendiose di tempo.
Siamo solo all'inizio di questa
rivoluzione, e il futuro della progettazione generativa promette di essere molto
più sorprendente e stimolante di quanto si possa immaginare, sempre che la
nuova generazione di ingegneri e progettisti sia in grado di coglierne le
potenzialità, mettendole a servizio delle proprie competenze e del proprio
ingegno.
articolo pubblicato su NewsImpresa settembre 2023
fonti: mckinsey.com,
IOP Science, Design Research Society, Almamater Studiorum UniBO, TechTarget.com,
Academic Accelerator, Wired
