Cómo la fabricación digital convierte la información en realidad

Mira a tu alrededor. ¿No importa en qué dirección gires, todo lo que ves tiene una historia. ¿ cómo se formó? ¿¿ para qué sirve? Sin embargo, si tienes el conocimiento para decodificar la información incrustada en ella, algunas cosas tienen un significado más profundo.

Imagina este escenario: estás cavando un agujero en tu patio para un jardín. Después de unas cuantas palas llenas de tierra y rocas, te encuentras con una punta de flecha de piedra. Puede estar hecha del mismo material que las piedras que la rodean, pero su forma especial nos informa de que es rara, única y sorprendente. No tiene notablemente más masa o energía que las otras rocas, pero debido a su forma única contiene mucha más información codificada, tal vez sobre el pasado, su propósito o las personas que la fabricaron. Inevitablemente, queremos saber más.

En la contabilidad de la información, el medio ambiente nos debe una explicación de cómo llegó a ser esta punta de flecha y por qué es tan especial en comparación con las otras rocas. ¡Después de todo, tenía que llegar de alguna manera! En otras palabras, en este objeto inanimado hay embebida una “historia” o “procedimiento” más largo que explica cómo llegó a existir. No es solo una roca normal, está llena de información.

Las piezas impresas en 3D producidas con inteligencia artificial pueden parecer caóticas, pero también complejas.

Inteligencia artificial, entropía e impresión 3D

Mi especialidad es la impresión 3d, pero el reciente aumento del interés por la inteligencia artificial (ia) me ha fascinado. Recientemente, la investigación sobre información y complejidad ha atraído mucha atención. Aunque esto parece no tener nada que ver con el mundo de la fabricación aditiva, hay algunas correlación sorprendentes que pueden profundizar su comprensión de los procesos de impresión 3d, prototipos rápidos y fabricación digital.

La teoría de la información sostiene que la información sigue el comportamiento de la entropía - una tendencia caótica y desordenada - al igual que muchos teóricos han visto el calor u otras formas de energía en el pasado. es fácil considerar la investigación de la información como un "material informático", pero, de hecho, no se aleja de la realidad física y los componentes impresos en 3D son reales. Además de los cálculos, se están estudiando algunas aplicaciones interesantes, comoAstronomía y biología. 

Entonces, ¿es la información incrustada en los objetos impresos en 3D caótica o ordenada? Algunas partes parecen caóticas (como el Cerebro de Boltzmann explicado a continuación), pero a menudo tienen historias increíblemente ricas y detalladas sobre su producción, así como su estado natural. Argumentaría que los objetos impresos en 3D más interesantes y útiles tienden a considerarse complejos, y se cree que la complejidad vive en algún lugar entre el orden y el caos.Al borde del caos. 

Nuevas tecnologías como la inteligencia artificial generativa y la fabricación digital pueden beneficiarse de la investigación sobre la teoría de la información y la complejidad. Muestran lo que puede pasar en el futuro a medida que nos acercamos cada vez más a la unidad de la inteligencia artificial y la tecnología de fabricación.

Prototipado de objetos ricos en información

¿¿ qué hace que la impresión 3D sea tan fascinante? La mayor parte del atractivo radica en la parte novedosa creada. Es fascinante verlos crecer capa por capa. De hecho, la impresión 3D es solo un medio para lograr el objetivo. Lo que realmente hacemos es crear objetos de la siguiente maneraBaja entropía Shannon¿¿ qué significa eso?

Se cree que objetos sorprendentes e informativos como las flechas que discutimos anteriormente tienen una menor entropía shannon. Los objetos comunes y no sorprendentes tienen una mayor entropía Shannon y pueden extraer relativamente poca información. Casi por definición, los objetos de baja entropía de Shannon son interesantes e interesantes, mientras que los objetos de alta entropía de Shannon a menudo son aburridos porque no puedes hacer nada.Cuelga el sombreroEsto te permite resolverlo más profundamente.

Esta es nuestra conexión con la fabricación aditiva. el prototipo impreso en 3d, como una flecha, es un objeto con una entropía muy baja para shannon. Pueden sentirse a temperatura ambiente, pero son blancos para la información. Al igual que la forma física de la llave le permite abrir una cerradura específica, la forma especial y el material del objeto prototipo nos permiten & kub; Desbloquear "; Información del mundo físico.

¿¿ qué preguntas quiere que responda el prototipo? ¿¿ se siente y se ve correctamente? ¿¿ funciona como se esperaba como parte del componente? ¿¿ se venderá? ¿¿ cuál es su material y uso final? ¿¿ cómo logran estas geometrías los objetivos del diseñador / ingeniero?

Existe una relación entre las preguntas respondidas y los requisitos necesarios. Cuanto más preguntas esperes que el prototipo responda, más necesitas describirlo preliminarmente en la demanda. Es posible que necesite varias variantes o copias para mejorar la fidelidad de la respuesta. Esto le permite sacar conclusiones sobre los objetos de manera más confiable. Por lo tanto, al final, aumentar el número de muestras puede proporcionarle una mayor precisión de descripción, ya que cuando tiene más contenido para evaluar, el patrón en la construcción de la pieza se hace más evidente.

Durante el proceso de fabricación, la descripción del objeto se llama él "; Requisitos & kum;. Independientemente del proceso de fabricación, si se necesita más información para describir el objeto, esto lo hará más especial y requerirá un & Kut más largo; Historia & '; Fabricación precisa. La baja entropía de los agricultores produce un alto contenido de información.

Un poco

Una gran ventaja de la fabricación digital es quegemelo digitalque es una representación digital de la pieza prefabricada. El gemelo digital capta por completo los requisitos del objeto y el proceso de fabricación requerido para crearlo, pero en algún momento, el caucho tiene que ponerse en marcha y todos esos 1s y 0s tienen que convertirse en un objeto físico. ¿Cómo ocurre eso?

En este momento, es posible que te hayas dado cuenta de que estaba usando & '; Historia & '; Y & kub; Procedimientos & '; Intercambiable. Quiero decir, tengo la idea amplia de aceptar la entrada, proporcionar una serie de pasos e instrucciones y obtener la salida convertida. Dependiendo de la disciplina, esto puede tener muchos nombres. Los matemáticos pueden llamarlo funciones; Los panaderos pueden llamarlo recetas, pero la idea básica es la misma. Estos procesos suelen estar compuestos por bits de instrucción más pequeños, los más comunesTareas.

Un dicho común en la industria de la impresión 3D esLa complejidad es gratuitaAunque esto no es del todo cierto, ya que alguien tiene que pagar por el tiempo de impresión y los materiales, es cierto que la complejidad es mucho más barata que en la fabricación convencional. ¿Pero por qué es así?  

Tomemos el ejemplo de fabricar un simple cubo. Para fabricarlo, debe haber un procedimiento que describa cómo viene a existir. Si quería escribir un procedimiento para hacer un cubo usando medios sustractivos, como el mecanizado CNC, realmente necesito seis tareas simplificadas; uno para cortar cada plano plano de un bloque de material. Las instrucciones se podrían escribir literalmente en una nota post-it a mano.

Sin embargo, a & '; Procedimientos & '; El cubo de Impresión 3D requiere un proceso iterativo paso a paso para obtener la forma y debe hacerse digitalmente antes de la impresión real. necesitamos obtener el archivo STL y codificarlo, cortando la pieza en láminas delgadas que contienen instrucciones de la máquina de la impresora 3D. ResultadosRebanadasLos archivos pueden ser grandes y, para Partes complejas, hasta unos pocos GB de instrucciones. La cabeza de impresión o el láser pueden requerir cientos o miles de instrucciones específicas para ejecutar, por lo que puede hacer algo tan simple como un cubo. Incluso una pieza muy simple, la impresión 3D debe contar una larga historia sobre cómo crearla. para una impresora 3D dibujada con la cabeza exprimida o el láser, en un sentido muy real, la pieza esEscribir existe. 

En comparación con otros procesos de fabricación, para ser más precisos, la complejidad esCarga delanteraen impresión 3D. Hacer más compleja la geometría del cubo, por ejemplo añadirle varios agujeros, no da lugar a un aumento significativo del " procedimiento " La impresora 3D ahora tiene que dibujar el contorno de los orificios, pero a su vez no tiene que 'garabatonar' para llenarlos. Añadir características como orificios puede reducir el tiempo de impresión, a menos que el número de orificios sea tan alto que dibujar los bordes tome más tiempo de lo que hubiera sido llenarlos con material. Para algunas tecnologías de impresión 3D basadas en vóxeles como Multi Jet Fusion, no importa en absoluto si la pieza tiene un agujero o no en términos de efecto en el tiempo de impresión. Para una impresora basada en vóxeles, un agujero es esencialmente unBomba ligeraBits de información, no adiciones o restas de información.

La carga frontal también es la razón por la que la impresión 3D tiene cualidades mágicas. Solo observe casualmente, estas partes parecen aparecer repentinamente sin ninguna explicación. De hecho, la contabilidad de la información ocurre antes de que comience la impresión, y la historia de cómo se forman las piezas se escribe en tiempo real en el momento de la impresión.

Un ejemplo de diseño cerebral de Boltzmann.