El divino diseño generativo: la máquina piensa ya como la Naturaleza

"Hoy, 400.000 personas se unirán a la clase media... una cifra que se repetirá diariamente desde este momento". Un total de 160 millones de consumidores nuevos al año que van a demandar sus neveras, teléfonos o lavadoras. "Necesitaremos construir 14 millones de edificios para 2050, eso son 1.000 edificaciones por día durante 33 años". Sin olvidar las carreteras, los hospitales o los colegios. "Pero el 30% del gasto de una construcción se tira a la basura, normalmente debido a una mala planificación". "Si queremos imaginar un mundo mejor, necesitamos innovar". Así arranca su argumentario Brian Mathews, vicepresidente de ingeniería de plataformas en Autodesk, invitado al último Re:Invent de AWS en Las Vegas. El experto empieza exponiendo un reto para imponer después una necesidad, la transformación radical del diseño, y acabar con una solución: el diseño generativo.

El gigante Autodesk tiene un objetivo: crear herramientas que permiten a los inventores testear sus ideas en un espacio virtual antes de llevarlas al mundo físico. Hasta ahora, la simulación ha estado atada a la resolución de las imágenes. A más calidad, mayor necesidad de capacidad de computación y, por tanto, más tiempo de espera. "La simulación se concebía como una partida de Hundir la Flota", explica Mathews. "Probabas, esperabas y, si no funcionaba, volvías a probar y esperar". Con la nube, todo cambia. De hecho, la infraestructura de Autodesk está alojada casi al 100% en la nube de AWS. El 'cloud' no sólo convierte al sistema en escalable, sino que abre las puertas a un nuevo tipo de diseño totalmente disruptivo, el generativo.

Un ejemplo. La empresa Lightning Motorcycles necesitaba ganar ligereza mejorando el diseño de una de las piezas de sus motos eléctricas (en concreto, el brazo oscilante). En vez de ofrecer un boceto inicial sobre el que trabajar, el personal de Autodesk introdujo tres datos: los puntos de presión, las fuerzas involucradas y los materiales de fabricación. En la nube, muchos ordenadores hicieron simulaciones de forma paralela; unos quitando material de una parte; otros, de otra. Hasta que el sistema ofreció una solución. Así, sin un dibujo previo. "Es capaz de pensar de forma divergente, explorando creativamente en el posible espacio de diseño".

Pero aquello no fue lo más sorprendente. Resulta que la pieza recordaba a algo... a la pelvis de un gato. "De muchas formas, el diseño generativo imita a la evolución orgánica y ofrece resultados basados en la naturaleza", afirma. El algoritmo, en realidad, sólo se basa en física y matemáticas. "No sabe nada sobre biología", añade Mathews. "Pero como la naturaleza trabaja en un mundo con leyes físicas, como la gravedad o las fuerzas, la simulación llega a la misma solución que la naturaleza". Y resalta a INNOVADORES: "Sólo son matemáticas a escala, no tiene inteligencia". Aunque eso no evita que "el resultado sea algo alucinante, más allá de lo orgánico, como planear la evolución de un millón de años en una tarde".

Otro caso de uso. Aviones. Una de las máquinas "más sofisticadas" ideadas por el hombre que se basa en dos premisas: seguridad y ligereza. Autodesk trabajó con Airbus para reducir el peso de los soportes de los asientos de su último A320. Optó por el diseño generativo. Esta vez, con un algoritmo que estaba inspirado en los patrones de crecimiento de un organismo natural. ¿El resultado? 10.000 soluciones diferentes. Todas válidas. En una industria donde un 5% de reducción del peso se considera un avance enorme, sus diseños aportaban un 45%. No sólo eso. También ganaban en resistencia. "El diseño elegido, aplicado a toda la flota de A320, producía un ahorros de combustible para Airbus equivalente a quitar 96.000 vehículos de circulación", dice Mathews. "Imaginemos cómo impactaría el diseño generativo a todo el avión".

LA MÁQUINA NO DISEÑARÁ

Cada algoritmo obtiene diferentes resultados. El de Lightning Motorcycles, por ejemplo, era distinto al de Airbus. Y aquí es donde entra en juego el humano. "Los expertos deben decidir qué algoritmo utilizar", destaca el experto de Autodesk. "La idea del diseño generativo es que genera muchas soluciones paralelas y explora más variables de las que podamos imaginar, nosotros le decimos qué es interesante", añade. Por eso, Mathews se muestra convencidísimo de que la máquina no se convertirá en el diseñador.

El valor de la persona vendrá de su juicio. "Tenemos que elegir entre las soluciones potencialmente óptimas y encontrar el punto intermedio entre las variables a obtener". Además, si no se introducen las variables adecuadas, los resultados no serán válidos. "Necesitamos expertos para definir bien el problema". En ningún caso, opina, el ordenador tomará decisiones, ese papel continuará relegado al humano. "La máquina no va a ser el diseñador, sino que nos va a permitir ver con mayor profundidad los problemas más complejos".

Sí que cambia la relación de la persona con la computadora, que pasa a convertirse en su compañera, "casi en una colaboradora empática". "Sigue siendo una herramienta, pero, así como el microscopio o el telescopio nos permiten ver el mundo como es, el diseño generativo basado en la nube nos muestra cómo podría ser el mundo". Trabajar en Autodesk (cuyo producto estrella es AutoCAD) no impide a Mathews afirmar que "hasta ahora no habíamos tenido diseño asistido por ordenador [CAD]". "Lo que teníamos era más bien documentación asistida por ordenador", puntualiza. "Por fin estamos haciendo CAD y es muy excitante", afirma durante su entrevista con INNOVADORES y otro medio español.

GANAR TIEMPO

Aunque aquí no queda todo. El diseño alcanzará un nivel superior con la Inteligencia Artificial. "Para conseguirlo, necesitamos entrenar los datos y enseñar a la máquina a aprender en la nube", comenta. En el futuro, anticipa, el diseño generativo y el machine learning formarán los dos lados de una misma moneda. Autodesk ya está aplicando este tipo de algoritmos para que la máquina vaya aprendiendo por su cuenta. La Inteligencia Artificial ve los datos que entran y predice qué va a salir. Si se equivoca, su red neuronal aprende. Cuanta más información pasa por el sistema, mejor será su predicción, hasta el punto en que ni siquiera tendrá que hacer la simulación. "Así es cómo el machine learning acelerará las simulaciones", dice. "Lo que antes necesitaba cinco horas, se puede hacer en menos de un segundo".

Mathews retoma la idea inicial. "Pensemos cómo puede impactar el diseño generativo no sólo en la creación de nuevos productos físicos, sino en la mejora de la vida de los humanos, en esos mil edificios que vamos tener que construir al día", subraya. "Tendremos la opción de considerar todas las ramificaciones de cada decisión de diseño que tomemos". La propia Autodesk ya ha utilizado el diseño generativo en su última oficina. Todo ha sido simulado: coste, espacio, luz, vistas, eficiencia energética, pasillos... también su habitabilidad. "Imaginemos las posibilidades que tiene en el diseño de las ciudades".

BOSQUEJAR LOS METAMATERIALES

Pero el futuro del diseño no estará perfilado únicamente por lo generativo, otras herramientas tienen mucho que aportar. ¿Por ejemplo? Con los metamateriales. Una parte de estos materiales artificiales con propiedades inusuales están creados a partir de moléculas. Autodesk trabaja en esta línea utilizando ADN no como algo vivo, sino como material estructural para construir pequeños nanorrobots. "Estamos colocando células madre sobre él para poder imprimir en 3D órganos vivos, como una oreja", explica. Pero la empresa se ha encontrado con un problema: cuando se alimentan las células, crecen de diferentes formas y no se consigue el aspecto deseado del órgano. La solución, de nuevo, pasa por la simulación. "Si queremos hacer una oreja con una determinada forma, tenemos que hacer muchas pruebas para saber cómo hay que imprimirla". 

Su empresa ya ha obtenido resultados exitosos en campos como la medicina. En una investigación sobre un tratamiento contra el cáncer, el ADN se utiliza como caparazón para incorporar dentro un fármaco "capaz de matar cualquier cosa que lo toque". Cuando este robot se inyecta en un cuerpo, no produce ningún efecto porque el compuesto está aislado en su interior. Pero cuando toca la célula cancerígena, que tiene una firma química diferente y una atracción electroestática, entonces se abre y el fármaco actúa. "Tener cáncer en el futuro será como tener hoy un constipado", concluye Mathews.