photo: Tomomi Takano

ビデオ:成長の知性──付加製造のための自律的デザインVideo: Learning as it Grows: Autonomous Design for Additive Manufacture

成長の知性──付加製造のための自律的デザイン

私たちはどのように、竹内部の成長パターンから学び、その知識をデザインと建築における構造とマテリアルに最大限活用できるだろうか?

デジタルに最適化されたあたらしい構造物は、3Dプリンティングによってもたらされる限界と可能性をどのように考慮することができるだろうか?

イスラエルに生まれ、ロンドンを拠点として活動するデザイナーのアサ・アシュアは、付加製造やデジタル印刷の活用におけるパイオニアである。最新のデジタルツールや製造方法を使った実験・活用の最先端で活躍し、そのプロセスを彼は「デジタル・フォーミング」と呼ぶ。彼にとってコンピュータ・プログラミングとは、プロダクトや建築物の美しさ、構造、マテリアルの質を最大限に高めるAIであると捉えられる。

KYOTO Design Labの2017年度デザイナー・イン・レジデンスを務めたアサは、竹とセルロースナノファイバーの専門家である京都工芸繊維大学バイオベースマテリアル学専攻の岡久陽子助教、3Dスキャンの専門家である高分子機能工学課程の西川幸宏准教授と協働しプロジェクトを進行した。D-labのデジタルファブリケーションルームを管理する井上智博がプロトタイプの3Dプリンティングを監修、バイオベースマテリアル学専攻の増谷一成博士が加わり、今回使用されたすべてのPLAフィラメントの製造に関わった。

このプロジェクトの核となる目的は、先進的なデザインと本学のマテリアルや生命科学における専門的な技術を融合させ、イノベーションのための新しい道筋を模索することである。このプロジェクトはD-labのジュリア・カセム特任教授によって着手・監修された。

デザインプロセス

アサは第三世代の竹職人である横山裕樹氏を訪ね、竹がどのようにデザイン・マテリアルとして加工され、伝統的に利用されてきたかを調査した。

次に、成長が早く、成長途中に環境を感知して自身を修正・補強することができる「マダケ属」というグループの竹に着目し、竹の内部における幾何学的な3D構造を研究した。

顕微鏡で3000倍に拡大することで、自然界における竹の成長パターンにおいて、構造的な多孔性と幾何学的な知性を彼は学び、次のことが明らかになった。竹は「成長しながら学んでいる」

アサは、3Dプリンティングプロセスの限界を考慮しつつ、構造的成長アルゴリズムを製作し、竹の極小な内部構造を製造可能な3D構造に変換した。このアルゴリズムは、3Dプリント時に生成されるサポートをなくし生産を最速化するために、45度に枝分かれした自立構造へと成長する。結果的に、材料は予想されていた量の1/3しか使用されなかった。

このデザイン手法は、人間と生物学的知性の組み合わせによって自動化されたプロセスが供給され、ロボットアームなどのための新しい製造工程を設計するような、未来のインダストリアルデザインや建築の大小様々なプロセスに関する議論の可能性を開くだろう。

アサ・アシュア「インダストリアルデザイナーとして、私たちには包摂的なイノベーションをおこす責任がある。AIや機械学習、自動化されたデジタルプロセスは、近い将来に人の仕事を一部奪うことになるだろう。それは自然な進展だが、人間的な物事のやり方を単純に代替するのではなく、むしろそれを解放し増幅するようなテクノロジーをデザインするための、素晴らしい機会でもある」

プロジェクトチーム

ジュリア・カセム 特任教授[京都工芸繊維大学KYOTO Design Lab]
井上智博[京都工芸繊維大学KYOTO Design Lab]
岡久陽子 助教[京都工芸繊維大学バイオベースマテリアル学専攻]
西川幸宏 准教授[京都工芸繊維大学高分子機能工学課程]
増谷一成 博士[ネオマテリア株式会社]
柚山精一[エス.ラボ株式会社]
横山裕樹[(有)横山竹材店]

Learning as it Grows: Autonomous Design for Additive Manufacture

How can we learn from the internal growth patterns of bamboo and use this knowledge to optimise structure and materials’ use in design and architecture?

How can the new digitally optimised structures take into account the limitations and opportunities afforded by 3D printing?

Assa Ashuach, the Israeli-born London-based designer is a pioneer in the use of additive manufacturing or digital printing. He has been at the forefront of experimentation and practice in the use of advanced digital tools and manufacturing methods and calls the process ‘digital forming.’ Computer programmes for him are a form of artificial intelligence that can maximise the aesthetic, structural and material qualities of products or architectural forms.

Assa was KYOTO D-lab’s 2017 Designer in Residence. He worked with KIT materials scientist Assistant Professor Yoko Okahisa of the Department of Bio-Based Materials, a specialist of bamboo and cellulose nanofibres and Associate Professor Yukihiro Nishikawa, a 3D scanning expert from the Department of Macromolecular Science and Engineering. Tomohiro Inoue who runs D-lab’s Digital Fabrication space oversaw the 3D printing of the prototypes. The team was completed by Dr Kazunari Masutani of the Department of Bio-Based Materials who produced all the PLA filament used.

The core aim of the project was to bring advanced design together with KIT’s expertise in materials and life sciences and explore new avenues of innovation. The project was initiated and supervised by Professor Julia Cassim.

Design Process

Assa visited the third-generation bamboo craftsman Yuki Yokoyama to observe how bamboo was processed and used traditionally as a design material.

Next he looked into the internal 3D geometrical growth of bamboo with a focus on a fast-growing type called ‘phyllostachys,’ which senses its environment to correct and reinforce itself while growing.

Under the microscope and scaled-up 3000 times, he studied the natural geometrical growth patterns of the bamboo both its structural porosity and geometrical growth intelligence. What is evident is that the bamboo is ‘learning as it is growing’

Assa then translated the microscopic bamboo internal structure into producible 3D structures creating a new 3D structural growth algorithm inspired by the bamboo bio-microstructures and taking into consideration the limitations of the 3D printing process. The algorithm grows virtually as a self-supported 45° branching structure to avoid machine support and enhance production speeds to the maximum. As a result, only a third of the anticipated material was used.

The design methodology opens the discussion around future industrial design and architecture processes on both large and small scales, whereby automated processes will be fed by a combination of human and biological intelligence, designing a new type of tool-path for the robots to follow.

As Assa has noted: “As industrial designers, we have the responsibility to innovate inclusively. AI, machine learning and automated digital processes will replace some of the existing human professions in the near future, and while this is a natural progression, it seems that there is a great opportunity to design technologies that will intelligently unlock and amplify human ways of doing things instead of merely replacing them.”

Project team

Professor Julia Cassim [KYOTO Design Lab, KIT]
Tomohiro Inoue [KYOTO Design Lab, KIT]
Assistant Professor Yoko Okahisa [Department of Bio-Based Materials, KIT]
Associate Professor Yukihiro Nishikawa [Department of Macromolecular Science and Engineering, KIT]
Dr. Kazunari Masutani [Neo Materia]
Seiichi Yuyama [S-Lab]
Yuki Yokoyama [Yokotake]

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