© 2018–2019 Train and Brain
Наша рассылка позволит вам оперативнее узнавать о том, как меняется железнодорожный мир!
Вы будете получать уведомления о публикации новых статей
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности
Зов природы
Бионический дизайн давно широко используется в архитектуре, машиностроении, транспорте. В последние годы его все чаще воплощают с помощью генеративных технологий. Благодаря искусственному интеллекту дизайнеры смогли преодолеть многие социально-культурные барьеры и взглянуть на проекты под новым углом.
Человека всегда привлекала лаконичность форм растительного и животного мира. Еще герой древнего мифа Дедал смоделировал первое летательное средство, вдохновившись движениями птиц. Из века в век бионический дизайн пользовался заслуженной популярностью у изобретателей.
«Изучение формы и строения живых организмов, их скелета, органов движения, ориентации, коммуникации дают дизайнеру подсказку для создания высокоэффективных устройств: как получить максимально облегченные и в то же время прочные конструкции, как добиться хорошей аэро- и гидродинамики и повышения скорости, как создать эстетически привлекательный, «дружественный» облик», — подтверждает профессор кафедры «дизайн средств транспорта» МГХПА им. С.Г. Строганова Вячеслав Павлюк.
«Изучение формы и строения живых организмов, их скелета, органов движения, ориентации, коммуникации дают дизайнеру подсказку для создания высокоэффективных устройств: как получить максимально облегченные и в то же время прочные конструкции, как добиться хорошей аэро- и гидродинамики и повышения скорости, как создать эстетически привлекательный, «дружественный» облик», — подтверждает профессор кафедры «дизайн средств транспорта» МГХПА им. С.Г. Строганова Вячеслав Павлюк.
В последние годы популярность бионического подхода
в дизайне постоянно росла
в дизайне постоянно росла
«Продукты бионического проектирования и производства характеризуют экологическая чистота, максимальная адаптация к природе и человеку, эстетика, функциональность и эргономичность, а также интуитивная простота использования. В тяжелом, среднем и точном машиностроении развитие бионического направления открывает всесторонние возможности для реализации проектных и конструкторских задач», — уверена старший преподаватель факультета дизайна университета «Синергия» Ольга Державина.
Члены жюри рассматривают лампу, напечатанную на 3D-принтере,
на выставке Rapid.Tech und FabCon 3.D 2017 в Эрфурте, Германия
на выставке Rapid.Tech und FabCon 3.D 2017 в Эрфурте, Германия
Растущий тренд
В последние годы популярность бионического подхода только росла. Авиационная техника заимствует уже не только форму птичьих крыльев в целом, но даже функции отдельных групп перьев. При создании обводов корпусов современных подводных лодок используется форма тела акул. Автомобильные дизайнеры тоже вдохновляются идеями, почерпнутыми в природе. Только в последние несколько лет бионические концепты представили Mercedes-Benz (Vision AVTR) и KIA (Imagine).
В соответствии с принципами бионического дизайна спроектирован и отечественный электропоезд «Иволга». Как отмечает производитель (Трансмашхолдинг), изгибы линий и деталей обстановки, цвета и материалы поезда позаимствованы у природы, что создает в салоне комфортную психологическую обстановку.
В соответствии с принципами бионического дизайна спроектирован и отечественный электропоезд «Иволга». Как отмечает производитель (Трансмашхолдинг), изгибы линий и деталей обстановки, цвета и материалы поезда позаимствованы у природы, что создает в салоне комфортную психологическую обстановку.
Дополнительный толчок развитию бионического дизайна дали современные технологии. Инструментом создания природных форм и деталей стала 3D-печать, в том числе на основе методов лазерного спекания и плавления металлических порошков.
Именно существующий уровень развития аддитивных технологий в некотором смысле определил круг материалов, которые сейчас используются в бионическом дизайне. В частности, наибольшую популярность приобрели различные пластмассы и композитные материалы.
Причина в том, что 3D-печать материалов из пластика сегодня уже относительно доступна. А изготовление деталей из металлического порошка пока стоит достаточно дорого. «Это породило эксперименты, в ходе которых печатают модель из выплавляемого пластика, по ней изготавливают песчаную форму, к которую льют металл. В результате удается достичь почти пятикратного удешевления стоимости изделия без ущерба для технологических свойств. Однако подобные примеры пока единичны и существуют скорее в формате испытаний», — рассказывает шеф-дизайнер 2050.Lab Алексей Шаршаков.
Именно существующий уровень развития аддитивных технологий в некотором смысле определил круг материалов, которые сейчас используются в бионическом дизайне. В частности, наибольшую популярность приобрели различные пластмассы и композитные материалы.
Причина в том, что 3D-печать материалов из пластика сегодня уже относительно доступна. А изготовление деталей из металлического порошка пока стоит достаточно дорого. «Это породило эксперименты, в ходе которых печатают модель из выплавляемого пластика, по ней изготавливают песчаную форму, к которую льют металл. В результате удается достичь почти пятикратного удешевления стоимости изделия без ущерба для технологических свойств. Однако подобные примеры пока единичны и существуют скорее в формате испытаний», — рассказывает шеф-дизайнер 2050.Lab Алексей Шаршаков.
Икар и Дедал. Гравюра со скульптуры Иннокенцо Фраккароли, 1844 год
Вот уже многие десятилетия авиастроительная компания Airbus активно использует принципы бионического подхода при проектировании и производстве своих лайнеров. Так, плавник акулы, а точнее его аэродинамическая форма, вдохновил инженеров Airbus на создание нового типа законцовок крыла для самолетов семейства А320neo, что позволило сократить расход топлива примерно на 4%.
При создании «умного» крыла для самолета нового поколения А350 XWB у природы была позаимствована форма крыла орла и принцип его действия на разных высотах. А350 — первый самолет в мире, где было применено адаптивное крыло, которое само подстраивается под конкретную фазу полета (как за счет движущихся поверхностей крыла, так и за счет его гибкости), уменьшая сопротивление и сокращая тем самым расход топлива.
Еще один интересный проект, над которым работает компания, — это AlbatrosOne, на который дизайнеров Airbus вдохновило крыло альбатроса. Как известно, эти птицы могут часами парить без единого взмаха и преодолевать большие расстояния, умело используя воздушные потоки. Именно по такому принципу было спроектировано так называемое гибкое крыло AlbatrosOne.
Оно оснащено специальными шарнирами, которые дают возможность 25% поверхности крыла свободно двигаться в полете при порывах ветра, как у альбатроса. Это дополнительное движение позволяет увеличить надежность, снизить нагрузку на центроплан и его массу, а также уменьшить аэродинамическое сопротивление самолета. Пока этот аппарат существует в виде радиоуправляемой модели. Демонстратор AlbatrosOne уже успешно завершил две масштабные программы испытательных полетов, подтвердив эффективность конструкции.
«Речь вовсе не идет о копировании природы. Успешный бионический дизайн — это прежде всего глубокое понимание природных материалов и их устройства, а также умение выбрать то, что будет работать в авиации. Использование бионических технологий может кардинальным образом изменить то, как мы проектируем и строим самолеты, позволив нам еще больше повысить их топливную эффективность, экологичность и пассажирский комфорт», — полагают в Airbus.
При создании «умного» крыла для самолета нового поколения А350 XWB у природы была позаимствована форма крыла орла и принцип его действия на разных высотах. А350 — первый самолет в мире, где было применено адаптивное крыло, которое само подстраивается под конкретную фазу полета (как за счет движущихся поверхностей крыла, так и за счет его гибкости), уменьшая сопротивление и сокращая тем самым расход топлива.
Еще один интересный проект, над которым работает компания, — это AlbatrosOne, на который дизайнеров Airbus вдохновило крыло альбатроса. Как известно, эти птицы могут часами парить без единого взмаха и преодолевать большие расстояния, умело используя воздушные потоки. Именно по такому принципу было спроектировано так называемое гибкое крыло AlbatrosOne.
Оно оснащено специальными шарнирами, которые дают возможность 25% поверхности крыла свободно двигаться в полете при порывах ветра, как у альбатроса. Это дополнительное движение позволяет увеличить надежность, снизить нагрузку на центроплан и его массу, а также уменьшить аэродинамическое сопротивление самолета. Пока этот аппарат существует в виде радиоуправляемой модели. Демонстратор AlbatrosOne уже успешно завершил две масштабные программы испытательных полетов, подтвердив эффективность конструкции.
«Речь вовсе не идет о копировании природы. Успешный бионический дизайн — это прежде всего глубокое понимание природных материалов и их устройства, а также умение выбрать то, что будет работать в авиации. Использование бионических технологий может кардинальным образом изменить то, как мы проектируем и строим самолеты, позволив нам еще больше повысить их топливную эффективность, экологичность и пассажирский комфорт», — полагают в Airbus.
Источник вдохновения
Методом, расширяющим вариативность бионических решений, все чаще становится генеративный дизайн — проектирование при помощи искусственного интеллекта. В мире его начали применять в середине 2000-х, в России — спустя примерно 10 лет.
Генеративное проектирование — это принцип обработки больших чисел, который используется как в промышленном дизайне, так и в других областях человеческой деятельности. Машина выдает оптимальные варианты конструкции с точки зрения экономии веса и материала. Изделие приобретает внутреннюю ячеистую, максимально облегченную решетчатую структуру. При этом прочностные характеристики могут даже увеличиться. За счет современных вычислительных мощностей этот процесс может занять всего несколько минут.
«С помощью компьютерного моделирования удается вычленить отдельные силовые элементы конструкции, напоминающие прожилки у листа растения, перераспределить нагрузки и убрать «неработающий материал», — поясняет Вячеслав Павлюк.
Генеративное проектирование — это принцип обработки больших чисел, который используется как в промышленном дизайне, так и в других областях человеческой деятельности. Машина выдает оптимальные варианты конструкции с точки зрения экономии веса и материала. Изделие приобретает внутреннюю ячеистую, максимально облегченную решетчатую структуру. При этом прочностные характеристики могут даже увеличиться. За счет современных вычислительных мощностей этот процесс может занять всего несколько минут.
«С помощью компьютерного моделирования удается вычленить отдельные силовые элементы конструкции, напоминающие прожилки у листа растения, перераспределить нагрузки и убрать «неработающий материал», — поясняет Вячеслав Павлюк.
Бионический и генеративый
дизайн — это не синонимы
дизайн — это не синонимы
Новый метод моделирования форм стал настолько часто применяться для воссоздания природных форм и решений, что два термина фактически слились. «Под термином «бионический дизайн» в настоящий момент все чаще подразумевают именно генеративное проектирование», — подтверждает промышленный дизайнер, преподаватель Британской высшей школы дизайна Владимир Шипилов.
Но это не совсем корректно. Формы, получающиеся в результате генеративного дизайна, напоминают растительный узор — переплетение веток или стеблей, и именно поэтому ассоциируются с природными формами. «Именно из-за визуального сходства получающихся образцов генеративный дизайн и бионику иногда воспринимают как синонимы. Но если в момент постановки задачи указать, например, что конструкция будет сделана из листового металла, то получившаяся форма совсем не будет похожа на бионическую», — поясняет Алексей Шаршаков.
Но это не совсем корректно. Формы, получающиеся в результате генеративного дизайна, напоминают растительный узор — переплетение веток или стеблей, и именно поэтому ассоциируются с природными формами. «Именно из-за визуального сходства получающихся образцов генеративный дизайн и бионику иногда воспринимают как синонимы. Но если в момент постановки задачи указать, например, что конструкция будет сделана из листового металла, то получившаяся форма совсем не будет похожа на бионическую», — поясняет Алексей Шаршаков.
Процесс пошел
Рост популярности генеративного дизайна уже начал смещать фокусы в проектировании. «Искусственный интеллект дает возможность по-новому взглянуть на задачу. Он не нагружен культурными кодами и почти не имеет ограничений, таких как усталость или выгорание, поэтому выдает более широкий спектр результатов. Результаты работы искусственного разума могут быть своеобразными, но зато их много и из них можно выбрать», — отмечает Алексей Шаршаков.
Меняются и требования к навыкам самих промышленных дизайнеров. «Скоро проектировщику надо будет не предлагать решение проблемы, а правильно поставить задачу и задать условия (точки приложения сил, точки крепления и пр.), а затем выбрать наиболее подходящий результат из тех, которые подберет искусственный интеллект. Вряд ли эта технология полностью заменит собой проектирование, но дополнительных красок в палитру наших возможностей она добавляет», — рассуждает Алексей Шаршаков.
Пока результаты генеративного проектирования применяют по большей части для второстепенных деталей, эксплуатация которых не требует получения разрешений в госорганах. Например, Volkswagen выпустил реплику своего микроавтобуса, где использовал отдельные формы, спроектированные при помощи генеративного дизайна, — стойки для зеркал и руль.
Меняются и требования к навыкам самих промышленных дизайнеров. «Скоро проектировщику надо будет не предлагать решение проблемы, а правильно поставить задачу и задать условия (точки приложения сил, точки крепления и пр.), а затем выбрать наиболее подходящий результат из тех, которые подберет искусственный интеллект. Вряд ли эта технология полностью заменит собой проектирование, но дополнительных красок в палитру наших возможностей она добавляет», — рассуждает Алексей Шаршаков.
Пока результаты генеративного проектирования применяют по большей части для второстепенных деталей, эксплуатация которых не требует получения разрешений в госорганах. Например, Volkswagen выпустил реплику своего микроавтобуса, где использовал отдельные формы, спроектированные при помощи генеративного дизайна, — стойки для зеркал и руль.
Для более сложных работ промышленные дизайнеры чаще привлекают искусственный интеллект скорее в «консультационных» целях. Но уже есть исключения. Так, ОАК с помощью генеративных технологий и трехмерной печати создала кронштейн для истребителя. Разработчиком нового компонента стало КБ «Сухой».
Не за горами создание под генеративный дизайн нормативной базы и адаптация законодательства. «Предстоит решить вопросы производственно-технологических операций и ведение документации для описания и сертифицированного применения, особенно в тех областях, где безопасность является главным приоритетом», — говорит Владимир Шипилов.
Кронштейн сиденья для моделей General Motors, напечатанный на 3D-принтере
КОРОТКО
- Изучение формы и строения живых организмов дают дизайнеру подсказку для создания высокоэффективных устройств.
- При создании обводов корпусов современных подводных лодок используется форма тела акул.
- Методом, расширяющим вариативность бионических решений, все чаще становится генеративный дизайн — проектирование при помощи искусственного интеллекта.
- Скоро проектировщику надо будет не предлагать решение проблемы, а правильно поставить задачу, а затем выбрать наиболее подходящий результат.