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数字智能与生物智能的交汇

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2024-10-08 【 字体:

生成设计模仿大自然进化的方式进行设计,通过使用云计算等处理技术,可以循环成百上千次的设计选择,通过不停地迭代调整配置参数,从而逼近我们想要的结果,是一种形式发现的过程。基于算法和参数建模,可以输出图像、声音、动画、建筑模型等,应用于各个设计领域。

黏菌独特的生长模式使其在生长设计和虚拟建筑设计领域备受关注。

Tim Zarki是一位充满热情的多学科设计师,他的工作涉及到工业设计和产品可视化到UI/UX、生成设计和运动设计等各个学科。他基于多头绒泡菌感知和优化营养物质的运输网络原理,设计了名为PHYSARUM的生长设计项目。

在他设计的模拟黏菌项目中:每个粒子都有一对传感器,可以找到其他粒子留下的轨迹,同时也留下自己的轨迹,就像黏菌体内传递发现食物的信息一样,这些粒子之间可以相互通信,产生了有趣且复杂的模式和行为。通过改变粒子的种类和扩散速率等变量,生成了多种多样的“电子黏菌”。

从日本北海道大学中恒俊之教授的团队使用黏菌寻找食物形成的脉络网来模拟东京地区的地铁线路图开始,越来越多的科学家和设计师被黏菌所吸引,对黏菌利用集体资源分配,从周围环境中学习,并迅速建立最有效路线来获取营养物质的网络能力感到十分好奇。

位于伦敦的建筑设计创新事务所ecoLogicStudio,一直在利用生物体来研究如何规划城市,优化包括水体元素(蓝)和绿地元素(绿)交织成的蓝绿网络,比如水道、绿化和公园等,以增强对气候变化的适应力。

其以黏菌为主角的项目“GAN-Physarum:数字漂移”,在巴黎蓬皮杜的Réseaux-Mondes(网络世界)展览中展出。

该项目的核心是根据从黏菌生长模式学习到的算法来分析城市景观和基础设施的高分辨率数据,以生成可持续城市发展的模拟场景和一种新的、动态、迭代、全面的城市规划方式。ecoLogicStudio的联合创始人Marco Poletto认为这为城市规划提供了一种更为智能的替代方案。

这个项目主要包括四项流程:输入数据、生物-非生物分析、网络分析和场景建模。

第一步首先通过算法从卫星、地理信息系统(GIS)和数字高程模型源(Pasquero和Poletto 2017)读取大型数据集。

然后,通过算法识别和分析城市的形态、周围景观和资源网络,生成如绿化分布、水源分布、城市垃圾、太阳能分布等多个系统网络。

最后将算法生成的系统网络映射到城市地图、建立模拟形态。可用于评估城市在各个项目的脆弱性并寻找设计解决方案。

例如,他们设定以营养物质的量代表各个点位绿化的分布密度。黏菌首先生长并探索整个区域,然后确定最佳路线,食物来源点即绿化点位之间的网络变得更加紧密高效。

然后,使用AI算法将黏菌的生长模式转化为规划策略。在ecoLogicStudio的生物计算团队的训练下,可以读取黏菌的行为模式并学习以类似的方式行动,并将其应用于巴黎的街道,通过黏菌来重新解释错综复杂的城市结构。在这个过程中,绘制出城市的生物资源,以重新解释与思考蓝绿路径系统的分布网络。

ecoLogicStudio还与联合国开发计划署合作开展了一项名为DeepGreen的专门研究项目。

将GAN-Physarum系统应用在了诸如危地马拉城的城市垃圾收集网络、摩加迪沙的水资源收集与分配网络、塞尔维亚的弗拉涅市的可再生能源网络等地区规划方面。

危地马拉城位于复杂且极不稳定的地形上,周围环绕着诸多山脉,其中一些火山还处在活跃状态。

其生态系统原本具有非常丰富的生物多样性,但却因为不受控制的城市化和气候变化影响而变得脆弱,并且这个问题因严重缺乏废弃物管理而逐渐加剧,其2240个垃圾场中99%都没有环保系统。

该团队在危地马拉城参考了三种遥感数据:土地测量、数字高程模型和GIS矢量数据,这些数据覆盖16公里的范围,包括整个市中心和几个周边街区。

通过数据标记市政、地方和非正规废物处理和回收站位置,并且将现有的道路网络也绘制在地图上。

然后计算两组路径系统。一组是地方路径系统,将所有废物源与最近的倾倒场连接起来。另一组是市政路径系统,将所有倾倒场与六个拟议的市政回收中心连接起来。并且也对危地马拉城当地的生物网络也进行算法分析。

GAN-Physarum将危地马拉城想象成一个网络化的结构,悬浮于当地生物系统之上。利用现有生物系统的临近网络,突出缺乏连通性和需要重新绿化的地区。

通过GAN-Physarum对城市网络的重新解释,将有助于当地利益相关者去思考如何对相应问题作出调整,比如城市绿化分布和城市垃圾处理系统等方面,创新性地通过生物智能和人工智能高效的寻找到城市系统中的脆弱点。

除了利用黏菌的生长模式来虚拟规划或者进行建筑设计,黏菌的实体也在建筑设计中有所应用。

加泰罗尼亚高级建筑学院(IAAC)的高级建筑硕士课程中开发了名为“Living Screens”的黏菌建筑项目。

尽管黏菌没有大脑和神经系统,但却表现出发达的空间智能。除了前面所提到过的可以规划最高效的路线找到食物,它们还能对环境因素做出反应。因此可以人为使用盐等化学驱虫剂和控制光照来控制黏菌的移动蔓延路径,使其应用于实体建筑的构建成为可能。

Living Screens项目便致力于研究多头绒泡菌作为室内空间面板的可能性,这种面板可以主动根据用户参数不断变化,由一系列透明层组成,让黏菌在面板内部生长形成自然图案,充当过滤空间光线的活墙。

黏菌的生长由分布在面板内部的营养源来控制,营养源来自面板结构中设置的食物分配机:透明层上设置着许多用来放置食物的小平台,食物分配机将食物布置在面板内部的特定平台上,黏菌在平台间寻找食物、蔓延生长,每层的黏菌便会形成不同形状的图案,各层之间或是重叠或是错落,整体的面板便具有了不同的密度。并且随着黏菌的不断生长移动,整体面板的颜色、透明度、色素沉淀、阴影投影等也会随之呈现不同的效果。

黏菌在觅食过程中能够自然地优化出复杂网络路径,以便更高效地获取营养物质,为生成设计中的优化算法提供了借鉴,也为复杂的城市规划与建筑设计方法提供了创新与突破,更提示着我们在设计中亲近自然、融入自然的重要性。

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