lunes, mayo 17, 2021

Cómo la Inteligencia Artificial, la impresión 3D y el Diseño Generativo nos están cambiando el mundo.

No es la primera vez que os hablamos de las posibilidades que ofrece la Inteligencia Artificial o la Impresión 3D en el lado del mal. El día de hoy os hablaremos de uno de los mayores aliados de estas dos tecnologías, el Diseño Generativo. Si nunca has oído hablar de diseño generativo a continuación te explicamos rápidamente que es y en que consiste. 

Figura 1: Cómo la Inteligencia Artifical, la impresión 3D
y el Diseño Generativo nos están cambiando el mundo.

El Diseño Generativo se basa en el modelado algorítmico parametrizado, y su finalidad es la creación de modelos adaptables restringidos por algunas limitaciones de diseño que han sido pautadas por una serie de parámetros regulados a través de un software. Lo que se busca a través del diseño generativo es obtener resultados versátiles y prácticos para una misma pieza, solo que dándole un aspecto más original y llamativo, manteniendo siempre sus características básicas. Es decir, crear algoritmos para resolver problemas de diseño con belleza.

A través del software se marcan una serie de parámetros para el diseño de la pieza, ya sean volumen, temperatura, presión o fuerzas que el diseño debe ser capaz de soportar. Gracias a la Inteligencia Artificial y la parametrización de sus algoritmos, es posible ajustarse a todas estas propiedades mencionadas anteriormente sin recurrir a las formas geométricas tradicionales a las que estamos acostumbrados (rectángulos, cuadrados, prismas y esferas). Con el diseño generativo se obtienen unas geometrías inteligentes que se asemejan a las formas y configuraciones orgánicas que podemos encontrar en la naturaleza.

Figura 2: Generative Design aplicado a una pieza mecánica.

Con esta nueva modalidad de diseño se logra obtener diseños óptimos cumpliendo todos los requisitos marcados por el diseñador, además de ofrecer una forma original a la que probablemente el diseñador nunca hubiese llegado. Con este método también se logra abaratar los costes y tiempos de producción de determinadas piezas al lograr un diseño similar, que cumple con todas las características necesarias y que a su vez utiliza un menor volumen de material. Con esto se logra un gran ahorro de materiales, energía y una mayor sostenibilidad sin poner en riesgo la integridad estructural de la propia pieza.

Esta tecnología ya se esta aplicando en varios campos, uno de ellos es el de la industria automotriz donde está suponiendo una revolución en el diseño de bloques motores. En Estados Unidos ya se está estudiando introducir este método de diseño en las cadenas de producción de algunos motores con el fin de abaratar su coste de producción, optimizar la ventilación entre los cilindros y reducir así el peso del bloque sin poner en juego su fiabilidad.

Figura 3: Aplicación del Diseño generativo en el mundo de la automoción.

De hecho, según los estudios, gracias a la combinación de Inteligencia Artificial y Diseño Generativo se ha logrado reducir el coste de fabricación de determinadas piezas (6% - 20 %), su tiempo de desarrollo (30% - 50%) y el peso de las mismas (10% - 50%). Esto son muy buenas noticias para algunos de los sectores más importantes de la industria aeroespacial, automotriz, médica o deportiva.

Ya os hemos hablado de algunas de las ventajas del diseño generativo, sin embargo, no todo es bueno, a pesar de que esta disciplina favorezca a la creación automática de estructuras luego estas deben ser revisadas para comprobar su viabilidad a la hora de fabricarlas. Será necesario escoger un método o tecnología de fabricación acorde a las piezas que queramos producir y en algunos casos esto puede ser muy difícil incluso imposible. El lado bueno de esto es que dará lugar a la aparición y el fomento de nuevas tecnologías de fabricación.

Otra de las mayores desventajas que podría suponer esta tecnología sería la aceptación de la misma a nivel cultural. Algunas de las piezas o diseños pueden resultar muy extravagantes o incluso disruptivos para algunos públicos a pesar de ser soluciones técnicas notablemente mejores en la mayoría de los casos. Un ejemplo que se acerca mucho a esta explicación sería comparar una construcción convencional de finales del siglo XIX o comienzos del XX con alguno de los diseños planteados y llevados a cabo por el gran arquitecto Antonio Gaudí, el máximo representante del modernismo en nuestro país. Algunos de los edificios diseñados por Gaudí como la Casa Batlló adoptan formas muy similares a las que podemos obtener con la IA y el diseño generativo.

Figura 4: Formas orgánicas de la Casa Batlló diseñada por Antonio Gaudí.

En lo que a aplicaciones reales se refiere, el diseño generativo cada vez es una práctica mas extendida a nivel global, de hecho, uno de sus mayores aliados es la impresión 3D. El uso de técnicas de impresión 3D es uno de los métodos (en este caso de fabricación por adición) que más favorece a este tipo de diseños ya que al trabajar capa a capa se pueden construir modelos que utilizando otras técnicas como el conformado o la fundición serían imposibles o muy difíciles de obtener.

Figura 5: ONG Ayúdame 3D

Actualmente existen varias ONGs, como Ayúdame 3D que fue fundada por el premiado emprendedor Guillermo M. Gauna-Vivas -   dedicadas a producir prótesis totalmente funcionales impresas en 3D para personas que han perdido algún miembro y no cuentan con los medios para adquirir una prótesis biónica. Como es lógico cada prótesis debe de ser diferente y adaptarse a las necesidades del sujeto que la lleva (en muchos casos deben aguantar esfuerzos de tracción y compresión), el diseño generativo ayuda al desarrollo de prótesis más ligeras, resistentes y económicas además de ofrecer la posibilidad de convertirlas en autenticas obras de arte.

Figura 6: Prótesis impresa en 3D totalmente funcional basada en el Diseño Generativo.

Al igual que sucede con las prótesis también es posible producir “escayolas” personalizadas con las que es más fácil comprobar como están curando algunas heridas después de una cirugía, rascarnos sin utilizar un lapicero o poder darnos una ducha o un baño en la piscina sin preocuparnos de meter nuestra pesada escayola de yeso en una bolsa impermeable. Con soluciones sencillas, ONGs como Ayúdame 3D hacen que la vida de las personas sea mejor. En MyPublicInbox - si eres un perfil público - puedes colaborar con Ayúdame 3D y tus Tempos irán para compra de material para Impresión 3D en prótesis -.


Como ya os hemos dicho antes, las aplicaciones del diseño generativo no se limitan solo a sectores como el de la medicina o la automoción, sino que podemos encontrar todo tipo de objetos diseñados con este método en nuestra vida cotidiana, sobre todo en elementos decorativos como pueden ser algunos pies de mesa, lámparas o soportes de estanterías.

Figura 8: Sustituto de escayola de yeso convencional con Diseño Generativo.

Hoy en día se están utilizando prótesis impresas en 3D en muchos lugares del mundo y los proyectos de colaboración internacional que hacen nuestras fuerzas armadas incluyen este tipo de iniciativas. En este vídeo podéis ver información de uno de los proyectos destinados a hacer la vida de algunas personas mejor gracias a la tecnología y la impresión 3D que lideró Ayúdame 3D.

Figura 9: Prótesis en 3D para mejorar la vida de las personas.

En el mundo de la impresión 3D, sobre todo en el ámbito decorativo existe una tendencia que se ha vuelto cada vez mas popular durante los últimos años, la voronoización. Esta técnica consiste en coger objetos convencionales y aplicarles el diagrama de Voronoi, una fórmula matemática para dividir el espacio en distintas regiones cuyo centro se encuentra equidistante al de las regiones contiguas. Podemos encontrar este tipo de diseños es en las sillas de las terrazas de algunos bares o restaurantes en las que han sustituido a las sillas de plástico convencionales por sillas más ligeras con varios orificios y de un aspecto más moderno.

Figura 6: Silla de terraza con diseño orgánico.

Estos diseños pueden parecer pensados por el ser humano, sin embargo, se pueden encontrar de forma habitual en la naturaleza. Existen varios métodos con los que puedes convertir cualquier diseño en una pieza de Voronoi, de hecho, es posible hacerlo desde algunos de los editores más utilizados a la hora de preparar o diseñar piezas en 3D (como MeshMixer). También es posible utilizar páginas web dedicadas a ello o simplemente buscar los diseños de Voronoi en tu repositorio de impresión 3D favorito.

Saludos,
 
Autor: Sergio Sancho, Security Researcher en Ideas Locas.

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