Digital Shift, czyli jak rozwój nauki wpływa na architekturę.

Prawo Moore’a w pierwotnym jego znaczeniu odnosi się do zmiany ilości tranzystorów na cal kwadratowy w zamkniętych systemach, która podwaja się co roku. W szerszym rozumieniu odnosi się do wykładniczego rozwoju technologicznego, ten zaś bezpośrednio wpływa na nasze życie. Ray Kurzweil, futurolog i informatyk, w swojej książce „Singularity is Near” tłumaczy pojęcie (technologicznej) osobowości, czyli punktu w przyszłości, kiedy ludzkość nie będzie potrafić przewidywać własnej przyszłości. Sugeruje on, że około roku 2020 uda nam się zbudować komputer, który będzie zdolny policzyć, przetworzyć, opracować tyle informacji co człowiek. Co bardziej przerażające, choć pewnie tylko dla pokoleń przed millenialsami, w 2050 roku ma powstać komputer/maszyna, która ma moc obliczeniową wszystkich ludzi na świecie. Kurzweil wielokrotnie podkreśla, że rozwój musimy rozważać wykładniczo, bo tylko wtedy możemy stawiać jakieś tezy na temat przyszłości.

Jak w takim obliczu wygląda przyszłość architektury? Czy uczenie maszynowe (machine learning) i wykorzystanie sieci neuronowych pozwoli na projektowanie lepszej architektury? Czym będą zajmować się architekci? Tego jeszcze nie wiemy. Jasne jest jednak, że nasz zawód się zmienia. Zmienia się oczywiście dla większości. Niektórzy, jak Rizzi czy Zumthor będą mogli sobie pozwolić na wieloletnie studia- dziesiątki modeli, szkice, mock-upy. Dla większości z nas nowe narzędzia będą koniecznością. Dlatego warto je zrozumieć i zacząć używać. Technologia powstała przecież po to, by ułatwić nam życie.

Wydaje się, że pierwsza, skeumorfistyczna faza projektowania komputacyjnego mija. Do tej pory narzędzia cyfrowe służyły do zapisywaniu działań znanych ze świata rzeczywsitego. Przecież Autocad właściwie nie różni się niczym od deski kreślarskiej, tylko zdygitalizowanej. Ciągle uczymy się jak wykorzystać potencjał i umiejętności narzędzi cyfrowych. Może to nie jest do końca jasne- bo mimo wszystko poruszamy się w świecie dość abstrakcyjnym — linie, punkty, skale. Wystarczy wyobrazić sobie pierwsze samochody, które przypomniały karety bez konia.

Architektura i projektowanie zaczyna pełnymi garściami czerpać z badania w dziedzinach matematyki, fizyki czy biologii. Oznacza to z drugiej strony oddanie części kompetencji architekta- komputerowi i algorytmom. Wyznawcy architektury jako formy ratowania świata nie mogą sobie z tym poradzić. Można by nawet naiwnie pomyśleć, że to komputer za nas projektuje. Algorytmy ciągle definiowane są przez człowieka. Osoba tworząca lub wybierająca algorytm ma wpływ na ostateczny projekt.

Nie do końca poradziliśmy sobie jeszcze z całą systematyką i nazewnictwem wszystkich zjawisk. Patrik Schumacher twierdzi, że Parametryka to styl. Niektórzy osądzają go od czci i wiary. Mówią, że to tylko zestaw nowych narzędzi, żaden styl. Wydaje się, że w płynnej nowoczesności słowo styl i restrykcyjna nomenklatura jest niemożliwa.

Przede wszystkim mówimy o projektowaniu komputacyjnym i algorytmicznym, czyli takim, w którym używamy komputerów i procedur/instrukcji — algorytmów.

Projektowanie parametryczne to takie, które opiera się na zestawie stałych parametrów, określonych przez projektanta, oparte jest na procesach deterministycznych (analitycznych), czyli takich gdzie dla tego samego zestawu danych wejściowych otrzymamy takie samo rozwiązanie. Chyba najlepiej będzie można zrozumieć to na przykładzie. Załóżmy, że nasz budynek ma mieć od 7 do 12 pięter, a odległość pomiędzy piętrami waha się od 3.5 do 5.5. Ilość pięter i odległość to nasze zdefiniowane parametry. Na podstawie wariacji tych wartości otrzymujemy skończoną ilość rozwiązań. Mówi się jeszcze o projektowaniu: generatywnym czyli takim, gdzie mamy do czynienia z pewną losowością i generowaniem rozwiązań oraz emergentnym, czyli odtwarzającym procesy biologiczne, takie jak wzrost czy poruszanie się pszczół.

Wzrost zainteresowania projektowaniem komputacyjnym zawdzięczamy narzędziom. Proste i intuicyjne programy nie wymagają od użytkowników umiejętności kodowania.

Machine Learning to dziedzina nauki szerzej określanej jako Sztuczna Inteligencja, która opiera się na uczeniu się przez komputer. Wyróżnia się dwa główne sposoby uczenia się- uczenie nadzorowane (supervised learning) i uczenie nienadzorowane (usupervised learning). Pierwsze polega na dostarczeniu informacji np. wgrywamy katalog ze zdjęciami ucha i algorytm uczy się jak wygląda ucho, a potem spośród dowolnego zestawu zdjęć potrafi znaleźć zdjęcia ucha.

Drugi sposób polega na dostarczeniu pewniej ilości informacji, którą algorytm segreguje w klastry o pewnych cechach. Pewnie od początku nasuwa się Wam pytanie, co ma to wspólnego z projektowaniem?

Na Uniwersytecie Technicznym w Wiedniu zespół matematyków pod kierownictwem profesora Wimmera opracował algorytm, który uczy się rozłożenia mebli łazienkowych na podstawie kilku przykładów. Zapamiętuje on m.in. jakie są odległości pomiędzy zlewem a muszlą klozetową, gdzie jest lustro, w którą stronę otwierają się drzwi etc. Nauczony algorytm potrafi odtwarzać ustawienie dla pozostałych łazienek w całym budynku. To oczywiście tylko jeden z przykładów. Jaka może być nasza rola w takim procesie? Przede wszystkim definiowanie problemów. Musimy nauczyć się stawiać odpowiednie pytania. Narzędzia już mamy musimy je tylko odpowiednio wykorzystać.

Innym ważnym tematem jest optymalizacja. Pojęcie rzadko używane poprawie i w swoim pierwotnym znaczeniu. Rozwiązanie optymalne to takie, które jest jednym z najlepszych spełniających pewne kryteria. W procesach optymalizacyjnych wykorzystuje się głównie algorytmy probabilistyczne: ewolucyjne i inteligencji rozproszonej, oparte są one w pewnej mierze na losowości. Algorytmy ewolucyjne sposobem działania przypominają darwinowski proces ewolucji i naturalnej selekcji, mamy tu do czynienia z kolejnymi generacjami, rodzicami, chromosomami etc. Najlepsze rozwiązanie to jednostka, która w procesie ewolucji dziedziczyła cechy, które spełniały założone kryterium. Algorytmy inteligencji rozproszonej zaś, oparte są o zachowania zwierząt stadnych — ławic ryb czy stad ptaków. Zwierzęta takie poruszają się w ściśle określony sposób i to on jest naśladowany przez kod w celu osiągnięcia optymalnego rozwiązania.

Muszę jeszcze wspomnieć o metodach cyfrowej fabrykacji. Wyróżnia się trzy metody addytywną, substratywną i formatywną. Pierwsza często zwana jest drukowaniem 3D i polega na dodawaniu materiału do danego systemu, może być realizowana za pomocą wielu narzędzi, ale zawsze musi być jednak sterowana numerycznie — to jest warunek cyfrowej fabrykacji. Wykorzystuje się do niej najczęściej materiały termoplastyczne — plastik, metal czy kompozyty. Procesy substratywne polegają na odejmowaniu elementów z materiału — wycinaniu, frezowaniu, topieniu. To metoda zdecydowanie bardziej popularna i tańsza, często używana w meblarstwie. Fabrykacja formatywna zmienia kształt obiektu -wygina, rozciąga, wypycha — używana w procesach przemysłowych do produkcji zlewów ze stali nierdzewnej i karoserii bolidów. Każda z metod ma standardowe narzędzia, które używamy — drukarki 3D, frezarki CNC. Jednak wszystkie procesy mogą być przeprowadzane za pomocą coraz bardziej popularnych ramion robotycznych, które do tej pory wykorzystywane były w przemyśle samochodowym. Z efektami metod fabrykacji dobrze poznamy oglądając pawilony realizowane przez AA School of Architecture, CITA, ITKE, IaaC czy studentów Politechniki Łódzkiej czy Białostockiej. W Polsce do tej pory udało się nam (Architekturze Parametrycznej) zrealizować kilka projektów- instalacji, pawilonów. Tego lata będą kolejne.

Temat jest bardzo obszerny i pewnie w kolejnych postach będę go poszerzać i rozwijać, ciągle starając się nie przekraczać nieistniejącej granicy -architektura/technologia. Chciałbym więcej miejsca poświecić fabrykacji i optymalizacji, bo to tematy, nad którymi najwięcej pracuję.

[AK]
--
Adrian Krężlik, architekt, projektant komputacyjny, urbanista, założyciel grupy Architektura Parametryczna. Pracował dla Zaha Hadid Architects, FR-EE Fernando Romero, Rojkind Arquitectos, uczy w poznańskiej School of Form, prowadził liczne warsztaty badawacze dotyczące formotwórstwa, zastosowania robotów w architekturze, metod szybkiej fabrykacji, pisał m.in. dla Architektury i Biznes oraz Sztuki Architektury.
Backpacker i podróżnik, od 2007 roku prowadzi bloga niekoniecznie.blogspot.com