デジタル製造が情報を現実に変える方法

あなたの周りを見て。あなたがどの方向に向かっても、あなたが見ているすべてには物語があります。それはどのように形成されていますか。その用途は何ですか。しかし、埋め込まれた情報を復号する知識があれば、より深い意味を持つこともあります。

庭に穴を掘って庭を作っている場面を想像してみてください。いくつかのシャベルが土と岩を満たした後、石の矢印が見えました。周囲の石と同じ材料で作られているかもしれませんが、その特殊な形状は珍しい、ユニークで驚くことを教えてくれます。その質量やエネルギーは他の岩石よりも明らかに多いわけではありませんが、独自の形状のため、より多くのコード情報が含まれており、過去や目的、あるいはそれを作った人についてかもしれません。もちろん、この物語は典型的な岩石よりも多く提供できます。避けられないことに、私たちはもっと知りたい。

情報会計では、この矢印がどのように形成されているのか、そしてなぜ他の岩と比べて特殊なのかを説明するために、環境は私たちに説明してくれません。結局、それは何らかの方法でそこに到着しなければならない！言い換えれば、この生命のない物体には、それがどのように存在するのかを説明するより長い「物語」や「プログラム」が埋め込まれている。ただの石ではなく、情報に満ちています。

人工知能で生産された3 Dプリント部品は混乱しているように見えるかもしれないが、複雑でもある。

人工知能、エントロピー、3 D印刷

私の専門分野は3 Dプリントですが、最近は人工知能（AI）への興味が急増していて夢中になっています。最近、情報と複雑さに関する研究が注目されている。これは増材製造の世界とは関係がないようですが、3 D印刷技術、高速プロトタイプ、デジタル製造に対する理解を深めることができる驚くべき相関があります。

情報論では、情報はエントロピー挙動--多くの理論家が過去に熱や他の形式のエネルギーを見ていたような混乱と無秩序の傾向に従うと考えている。情報研究を「コンピュータ材料」と見なしやすいが、実際には物理的現実から逸脱しておらず、3 D印刷の部品は真実である。計算のほか、天文学や生物学などの分野でも興味深い応用が研究されている。 

では、3 D印刷物に埋め込まれた情報は混乱しているのか、秩序立っているのか。一部の部分は混乱しているように見えますが（以下に説明するボルツマン脳のように）、通常は非常に豊富で詳細な生産物語、そしてそれらの自然な状態があります。私は最も面白くて最も有用な3 D印刷物体は往々にして複雑であり、複雑性は混乱したエッジの秩序と混乱の間に存在すると考えられている。 

生成式人工知能やデジタル製造などの新技術は、情報理論や複雑性の研究から恩恵を受けることができる。人工知能と製造技術の統合に近づくにつれて、将来何が起こるかを示しています。 

情報が豊富なオブジェクトのプロトタイプ作成

3 Dプリントをこんなに魅力的にするのは何ですか。ほとんどの吸引力は創造された斬新な部分にある。それらがどんどん成長していくのを見て、夢中になった。実際、3 Dプリントは目的を達成するための手段にすぎない。私たちが本当にやっているのは、シャノンのエントロピーが低いオブジェクトを作成することです。これはどういう意味ですか。 

私たちが以前議論した矢印のような驚くべき情報豊かな物体は、シャノンエントロピーが低いと考えられています。一般的で驚くことのないオブジェクトは、比較的少ない情報で抽出できる香農エントロピーが高い。ほとんど定義から言えば、低シャノンエントロピーの物体は面白くて面白いが、高シャノンエントロピーの対象は往々にして退屈である。それをより深いレベルで理解できるものは何もないからだ。 

これが増材製造とのつながりです。3 Dプリントの原型は矢印のように、シャノンエントロピーが非常に低い物体です。触ってみると室温かもしれませんが、情報にとっては白熱しています。鍵の物理的な形状が特定の鍵を開けることができるように、原型物体の特殊な形状と材料は私たちを" ;ロック解除」、物理世界からの情報。 

プロトタイプに答えてほしい質問は何ですか。その感じと外観は正しいですか。コンポーネントの一部として機能していますか。それは売ることができますか。その材料と最終的な用途は何ですか。これらのジオメトリはどのようにデザイナー/エンジニアの目標を達成していますか。 

回答する質問と必要な要求との間には関係がある。原型回答を期待する質問が多ければ多いほど、需要の中でそれを初歩的に説明する必要があります。答えの忠実度を高めるには、いくつかのバリエーションまたは複数のコピーが必要な場合があります。これにより、オブジェクトに対してより確実に結論を出すことができます。そのため、最終的には、より多くの内容を評価すると、部品構築中のパターンがより明らかになるため、サンプル数を増やすことで、より高い説明精度を提供することができます。 

製造過程において、物体の記述を「要求" ;。製造プロセスにかかわらず、物体を記述するためにより多くの情報が必要な場合、これはそれをより特別にし、より長い" ;物語" ;精密に製造する。低香農エントロピーは高情報含有量を生成する。 

ほんの少し

デジタル製造の大きな利点はデジタル双晶の存在であり、これはプリフォーム部品のデジタル表示である。デジタル双晶は物体の要件とそれを作成するために必要な製造プロセスを完全に捉えています。しかし、ゴムは時に上昇する必要があり、これらの1と0はすべて物理物体に変換する必要があります。これはどうやって起こったのですか。

この時、あなたは私が使っていることを意識しているかもしれません。物語" ;および" ;プログラム" ;交換可能。私の意味は、入力を受け入れ、一連のステップと命令を提供し、変換後の出力を得るという広義の考え方があります。学科によっては名前が多いかもしれません。数学者は関数と呼ぶことができる。パン職人はレシピと呼ぶかもしれないが、基本的な考えは同じだ。これらのプロセスは通常、小さな命令ビットで構成され、最も一般的なのはタスクです。

3 D印刷業界の俗語の一つは、複雑さが無料であることだ。これは完全に正しいわけではありません。印刷時間や材料にお金を払わなければならない人がいるからですが、複雑さは確かに従来の製造よりずっと安いです。しかし、なぜそうなったのでしょうか。 

簡単な立方体を作る例を挙げてみましょう。それを製造するためには、どのように存在するかを記述するプログラムが必要です。CNC加工などの減算方法を使って立方体を作るプログラムを書きたいなら、私は本当に6つの簡略化されたタスクが必要です。1つの材料から各平面を切り取ります。これらの説明は便利なシールに手書きで書くことができます。

しかし、a" ;プログラム" ;3 Dプリントキューブには、形状を取得するための逐次的な反復プロセスが必要であり、実際に印刷する前にデジタル的に完了する必要があります。STLファイルを取得してエンコードし、3 Dプリンタの機械命令を含む部品を薄い層にカットする必要があります。これにより生成されるスライスファイルは大きく、複雑な部品に対しては数GBまでの命令が可能である。プリントヘッドやレーザは実行するために数百または数千の特定の命令を必要とする可能性があるので、立方体のような簡単なものを作ることができます。非常に簡単な部品であっても、3 Dプリントはその作成方法に関する長い物語を語らなければならない。押し出しヘッドやレーザーで描かれた3 Dプリンタにとって、非常にリアルな意味で部品は書かれている。 

他の製造プロセスに比べて、より正確には、3 D印刷では複雑さが先行しています。立方体のジオメトリを複雑にします。たとえば、穴をいくつか追加しても、" ;プログラム" ;作成する必要があります。3 Dプリンタでは穴の輪郭を描画する必要がありますが、逆に塗りつぶすために「落書き」をする必要はありません。穴を追加するなどの機能を使用すると、穴の数が多すぎない限り、材料を塗りつぶすだけよりも枠線を描画する時間が長くなります。Multi-Jet Fusionなどのボクセルベースの3 D印刷技術では、印刷時間の影響については、部品に穴があるかどうかは重要ではありません。ボクセルベースのプリンタでは、穴は情報の加算や減算ではなく、本質的に反転された情報ビットです。

フロントロードも3 Dプリントに不思議な品質がある理由です。ただ勝手に見てみると、これらの部分は突然現れたようで、何の説明もない。実際、情報会計は印刷が始まる前に発生し、部品がどのように形成されているかという物語は印刷時にリアルタイムで書かれています。 

ボルツマンの脳設計の一例。