Pensate che il design generativo sia un po’ troppo acclamato? Questi esempi potrebbero farvi cambiare idea

Ritengo, personalmente, che il design generativo rappresenti l’evoluzione più entusiasmante a cui l’industria manifatturiera abbia assistito negli ultimi 20 anni. Se questa affermazione vi sembra iperbolica o non siete molto convinti del design generativo nel suo complesso, permettetemi di condividere con voi alcuni esempi che potrebbero farvi rivalutare la vostra posizione.

Prima di tutto, però, vorrei chiarire cos’è il design generativo, e cosa non è. Una tecnologia che spesso viene confusa con il design generativo è l’ottimizzazione topologica. Quest’ultima rappresenta una fetta importante, ma comunque ridotta, delle opportunità offerte dal design generativo. Confondendo le due tecnologie, è facile perdere di vista le promesse rivoluzionarie del design generativo.

Insomma, qual è la differenza tra questi due concetti?

Per dirla con parole semplici, l’ottimizzazione topologica parte da un progetto già esistente, sviluppato con strumenti tradizionali, e cerca di “ottimizzarlo” tramite processi di post-elaborazione algoritmica. Di solito, l’ottimizzazione topologica viene impiegata per rimuovere il materiale da un progetto e convalidarlo attraverso una simulazione, mettendo in luce la più leggera iterazione che soddisfa comunque una serie di caratteristiche minime di prestazione. Per questo motivo, si tratta di un processo utile al fine di snellire un progetto già esistente, ma non rappresenta uno strumento per esplorare soluzioni alternative a un problema. L’ottimizzazione topologica non corrisponde al design generativo.

“Qualsiasi progetto sviluppato con mezzi tradizionali rappresenta, di base, la migliore soluzione possibile, ipotizzata da un ingegnere per un determinato problema”.

L’ottimizzazione topologica, però, non tiene conto del fatto che qualsiasi progetto sviluppato con mezzi tradizionali rappresenti, di base, la migliore soluzione possibile, ipotizzata da un ingegnere per un determinato problema. Con una geometria predefinita, agli algoritmi di ottimizzazione è già stato applicato un numero eccessivo di vincoli con l’obiettivo di trovare la risposta migliore e “ottimale” al problema. L’unica cosa che gli algoritmi possono fare in questa fase è prendere l’ipotesi del progettista e migliorarla leggermente. È possibile che il risultato sia un’ottima ipotesi, supportata da un’ingegneria intelligente, ma ci sono anche buone probabilità che non si tratti del risultato migliore. In tal caso, l’ottimizzazione topologica può migliorare notevolmente un’ipotesi non del tutto ottimale.

Il design generativo, invece, rimuove la variante dell’ipotesi dalla fase del processo relativa alla creazione della geometria. In sostanza, con il design generativo diciamo al computer: “non conosco la soluzione, ma so come circoscrivere il problema”. Si inizia il processo fissando i limiti (come i carichi o i punti di fissaggio) e le preferenze (come il peso, i fattori di sicurezza e le tecniche di fabbricazione).

A questo punto, il design generativo sfrutta la forza e la velocità del cloud per esplorare ogni opzione geometrica, fornendo centinaia (se non migliaia) di soluzioni sulla base dei materiali, dei processi di fabbricazione e dei requisiti di prestazione. Una volta compresa la miriade di soluzioni esistenti per risolvere un problema di progettazione, è possibile scegliere quelle ritenute più sensate per il progetto in questione.

Gli ingegneri umani tengono sempre conto, in maniera più o meno consapevole, delle limitazioni di fabbricazione dei propri progetti. Si tratta di preconcetti atavici che il computer, invece, non ha, rivelandosi così capace di generare numerose soluzioni di progettazione che un cervello umano non si sognerebbe neanche lontanamente. Questo è un ulteriore motivo per cui il vero design generativo si differenzia notevolmente dall’ottimizzazione topologica, la quale prende un’idea di progetto, nata esclusivamente da una mente umana (inclusi tutti i suoi preconcetti), per poi migliorarla leggermente.

Se la promessa di un vero design generativo potrebbe sembrarvi un po’ inverosimile, allora considerate gli esempi tratti dal mondo reale che vi propongo qui di seguito. Numerose aziende, tra cui General Motors, Claudius Peters e Airbus, stanno già adottando questa tecnologia per fare di tutto, dall’esplorazione del progetto all’unione dei componenti.

Gli ingegneri di General Motors stanno impiegando il design generativo per riprogettare una nuova staffa per la cintura di sicurezza che sostituisca un dispositivo costituito da otto componenti con un pezzo unico, del 40 % più leggero e del 20 % più robusto. Questo supporto non è mai visibile, perciò la forma o l’estetica non hanno la priorità, a differenza di aspetti come il peso, la sicurezza, la riduzione del numero di componenti, la sostenibilità e la producibilità. Inoltre, la riduzione del numero di componenti da fabbricare, monitorare e assemblare arreca enormi vantaggi in termini di risparmio e semplificazione dei processi.

Un’altra azienda che sta cercando di migliorarsi attraverso il design generativo è Claudius Peters Projects GmbH. Fondata più di 100 anni fa, Claudius Peters produce e commissiona sistemi per il trattamento e la gestione dei materiali come gesso, cemento, carbone, alluminio e dei materiali sfusi. Il team di Claudius Peters si sta servendo del design generativo per reimmaginare la progettazione e la fabbricazione di alcune delle sue principali attrezzature. Traendo ispirazione dai risultati del design generativo, il team li sottopone a un processo di ingegneria inversa per creare nuovi progetti che possano essere realizzati tramite metodi manifatturieri tradizionali. Si prevede che questi progetti migliorati vadano a ridurre il peso di queste attrezzature del 25 %, eliminando i limiti e gli ostacoli che finora hanno causato problemi.

Il costruttore aerospaziale europeo Airbus si è avvalso del design generativo per esplorare migliaia di opzioni diverse per la creazione delle pareti divisorie tra le cabine dei velivoli. Il risultato è stato un progetto con un peso del 50 % inferiore rispetto a quello precedente e con un conseguente risparmio di milioni di dollari sui costi del carburante, sempre nel soddisfacimento di tutti i requisiti di sicurezza. Il nuovo progetto, inoltre, si è dimostrato più robusto e performante rispetto al modello originale più pesante con cui si volava ormai da decenni.

Il video qui sotto mostra come Lightning Motorcycles si è servita del design generativo per riprogettare il forcellone che rappresenta il componente principale della sospensione posteriore della moto.

Non sarebbe possibile raggiungere nessuno di questi risultati con l’ottimizzazione topologica: è stata necessaria un’analisi completamente diversa di tutte le opzioni disponibili per poter arrivare al miglior risultato. GM, Claudius Peters, Airbus, e Lightning Motorcycles non sono partiti dalla geometria, bensì dal problema e dal risultato desiderato, lasciando che fosse il computer a occuparsi della parte informatica.

L’obiettivo finale di ogni attività ingegneristica consiste nel raggiungere il giusto equilibrio tra prestazioni e costi per una determinata sfida di progettazione. Gli ingegneri, però, hanno a disposizione una quantità limitata di tempo e di energie da dedicare a ciascun problema di progettazione. Il computer non ha questo tipo di limitazioni e può, così, esplorare a fondo ogni opzione plausibile. Grazie alla produzione additiva e ad altre tecnologie manifatturiere avanzate, tutte queste opzioni possono essere finalmente fabbricate. Per la prima volta, sicuramente nel corso della mia vita, le capacità manifatturiere hanno superato di gran lunga le capacità di progettazione.

Nella società di oggi, sono troppi i cervelli ingegneristici che si perdono in compiti banali che non portano alla creazione di prodotti innovativi. Il design generativo sfrutta il computer per svolgere la maggior parte di questo lavoro di “riflessione”, garantendo così agli ingegneri di dedicarsi mentalmente all’innovazione, quindi al fine di risolvere i problemi per cui non è stata ancora trovata una soluzione.

Il design generativo prevede un cambio di mentalità. Provate ad immaginarvi tutti i problemi a cui progettisti e ingegneri di tutto il mondo potrebbero trovare soluzioni straordinarie, se iniziassero a considerare il computer come un vero e proprio collaboratore e non come un semplice strumento di lavoro. Prospererebbero le idee e le aziende manifatturiere darebbero vita a molti più prodotti in meno tempo, a costi più bassi e con un grado più elevato di innovazione.

Non c’è bisogno di immaginarsi questo scenario per il futuro, perché il design generativo è già qui, oggi. Ora tutti i progettisti e gli ingegneri hanno accesso a una forza informatica superiore rispetto a quella che era presente sul nostro pianeta sette anni fa. La domanda principale che dovete porvi è: come avete intenzione di sfruttare questa forza?