Toyota ottimizza la progettazione generativa del telaio dei sedili grazie all’intelligenza artificiale

• Toyota sta riprogettando i telai dei sedili del futuro per garantire maggiore sicurezza, comfort e sostenibilità.
• L'utilizzo della progettazione generativa consente di ottenere forme che i progettisti non avrebbero mai concepito, pur rispettando parametri di progettazione come dimensioni e peso.
• Gli strumenti basati sull'intelligenza artificiale danno vita alle idee, creando prodotti semplici e straordinari, facili da usare e dotati delle funzioni richieste dai clienti.

Trovare un equilibrio tra la progettazione, la sicurezza e il comfort nelle automobili è molto complesso, soprattutto quando si tratta di aggiungere più spazio in un'area limitata. Toyota sta rispondendo alla richiesta del mercato di liberare più spazio nell'abitacolo creando sedili più leggeri e meno ingombranti.

“Siccome l'attuale struttura del sedile è stata progettata per soddisfare i requisiti di resistenza con una produzione affidabile, è difficile renderla meno ingombrante", afferma Shinsuke Omori, Project Manager presso il dipartimento di Interior Design della divisione Vision Design di Toyota Motor Corporation. "Di solito i progettisti non intervengono direttamente sulla struttura, ma vi aggiungono materiali e questo è un limite”.

Tuttavia, il team di progettazione di Omori può esplorare forme e caratteristiche ideali dei sedili senza preoccuparsi della conformità con i telai delle vetture esposte negli autosaloni. "Questa volta volevamo progettare una nuova struttura, attualmente in fase di sviluppo avanzata, che potesse influire sui veicoli commerciali del prossimo futuro", spiega Omori. "Se i progettisti riterranno che l'idea non sia fattibile, il progetto resterà solo un'ipotesi. Perciò, dobbiamo concretizzarlo almeno in parte".

Un telaio per i sedili del futuro

I sedili dei veicoli veloci devono soddisfare numerosi requisiti, primo tra tutti quello di garantire la sicurezza e il comfort degli occupanti. La riduzione del peso e la sostenibilità rendono questo compito più complesso. “In questo momento ci stiamo concentrando sull’equilibrio tra comfort, sostenibilità, riduzione del peso e progettazione”, afferma Omori.

La progettazione generativa, una tecnologia basata sull'intelligenza artificiale disponibile in Autodesk Fusion 360, è una buona soluzione per questo tipo di equilibrio. "Quando ho saputo che la progettazione generativa era stata utilizzata per le sospensioni delle auto da corsa, l'ho trovato interessante", osserva Omori. "Pur soddisfacendo i requisiti per la costruzione di auto più leggere e robuste, suggeriva forme che i progettisti non avrebbero mai immaginato. Ho pensato che avremmo potuto coniugare tradizione e modernità scegliendo con cura una struttura che i progettisti non avrebbero disegnato, con le caratteristiche necessarie per soddisfare tutti i requisiti."

Il punto di partenza per la progettazione del nuovo telaio del sedile è stato l'intento di garantire più spazio all'interno dell'abitacolo. Il consueto volume rettangolare del sedile ha una struttura planare, ma i progettisti hanno sperimentato l'idea di ottimizzare il telaio spostando il nucleo portante al centro. Ai passeggeri che viaggiano sui sedili posteriori, lo spessore notevole del sedile anteriore che si trovano davanti fa l'effetto di una parete, restringendo lo spazio. Ecco perché il team ha studiato come ampliarlo e offrire maggior agio di movimento alle gambe.

La sicurezza dei sedili di un'automobile è essenziale e le prestazioni di rigidità e resistenza sono inderogabili. In caso di collisione, i passeggeri sono sbalzati in avanti con forza, le cinture di sicurezza si tendono e i sedili sono soggetti a sollecitazioni intense provenienti da diverse direzioni. In alcuni casi, i passeggeri urtano contro gli schienali dei sedili anteriori.

Il giusto compromesso

"Bisogna trovare sempre un compromesso tra l'intento del progettista e la proposta della progettazione generativa", continua. "Intervenire sulle masse e sugli ingombri può ad esempio compromettere i movimenti o aggiungere peso". Il progetto è stato completato nell'arco di tre-quattro mesi e Omori ha collaborato con Satoshi Yanagisawa, dello studio di design Triple Bottom Line, per portare a termine i calcoli.

"È divertente vedere le forme a cui i progettisti non avrebbero mai pensato", prosegue Omori. "Non smette mai di affascinarmi. È sorprendente come l’introduzione di piccole varianti cambi radicalmente il progetto. Penso che questo sia uno dei vantaggi della strategia generativa". Per realizzare prodotti più leggeri è tuttavia necessario approfondire le caratteristiche delle diverse aree del progetto e dei materiali. Con tutti questi input, è possibile ridurre il peso di una parte specifica. Il team sta ora lavorando con gli ingegneri interni per sviluppare un nuovo progetto basato sulla progettazione generativa.

Omori afferma che il team sta pensando alla possibilità di montare il nuovo telaio su un veicolo in produzione. Per realizzarlo occorre utilizzare la stampa 3D, una scelta che fa lievitare i costi. Poiché gli attuali telai dei sedili sono realizzati in modo efficiente con metodi di produzione consolidati, è necessario studiare metodi di produzione con presse che integrino i concetti della progettazione generativa. "Abbiamo acquisito molte conoscenze da questo progetto e penso ci siano ottime possibilità di realizzarlo", commenta.

Con l'intelligenza artificiale, l'idea è fondamentale

Secondo Omori, i processi manifatturieri mirati alla produzione in serie potrebbero cambiare per le auto del futuro. "Oggi i sedili sono concepiti in base alla capacità di accogliere passeggeri di taglie diverse e questo complica la realizzazione di una seduta ottimale e confortevole per ognuno", afferma.

Il design suggerito dalla strategia generativa prevede uno stesso supporto per tutti i sedili, da integrare con elementi progettati in base all'anatomia dell'utente, ad esempio con una stampante 3D. Consente inoltre di valutare la realizzazione di strutture con un unico materiale mentre i sedili che usiamo oggi sono costituiti da materiali completamente diversi, come telai metallici, poliuretano e pelle.

Questo tipo di progettazione potrebbe essere realizzato più facilmente in un ambito limitato, almeno per la prima volta. "Se ci limitiamo alla mobilità a bassa velocità, possiamo ridurre anche i requisiti richiesti", spiega Omori. La nuova progettazione dei sedili può debuttare in un tracciato viario dotato di controlli automatici della velocità dei veicoli, per essere gradualmente estesa alle auto standard".

Toyota sta sperimentando attivamente con gli strumenti basati sull'intelligenza artificiale, inclusa la progettazione generativa, per la sua pipeline di progettazione. "Siamo molto liberi", afferma Omori. "All'interno dello stesso reparto, progettiamo e pianifichiamo prodotti che non hanno alcuna relazione con le automobili. È importante cogliere gli stimoli che arrivano da altri reparti e settori. Questi strumenti modificheranno il nostro obiettivo in futuro e il concetto di base diventerà sempre più importante. Gli strumenti diventeranno sempre più potenti, ma per distinguerci dobbiamo concentrarci sul tipo di forme che vogliamo creare e definire l'intento, le funzioni e il significato di tali forme.

"Dobbiamo creare prodotti semplici, belli e chiari, che siano facili da usare e dotati di tutte le funzioni richieste dai clienti", continua. "Per raggiungere questo obiettivo, è essenziale decidere prima che cosa si vuole fare, nonché definire la direzione e il concetto che si desidera promuovere con la progettazione di Toyota, anziché farsi guidare dagli strumenti. Purché gli strumenti siano finalizzati all'obiettivo, utilizzerò ogni mezzo disponibile per creare il miglior prodotto possibile".