Jak cyfrowa produkcja zamienia informacje w rzeczywistość

Spójrz wokół siebie. Bez względu na to, w jakim kierunku się obrócisz, wszystko, co widzisz, ma swoją historię. W jakim celu się go stosuje? Niektóre rzeczy mają jednak głębsze znaczenie, jeśli posiadasz wiedzę, aby dekodować informacje osadzone w nich.

Wyobraź sobie ten scenariusz: kopasz dziurę w ogrodzie na ogród. Po kilku łopatach pełnych brudu i skał natrafisz na kamienną strzałę. Może być wykonany z tego samego materiału co otaczające go kamienie, ale jego szczególny kształt informuje nas, że jest rzadki, unikalny i zaskakujący. Nie ma znacznie więcej masy ani energii niż inne skały, ale ze względu na swój unikalny kształt zawiera znacznie więcej zakodowanych informacji, być może o przeszłości, jej celu lub ludziach, którzy ją produkowali. Oczywiście, w historii jest więcej niż typowa skała może zapewnić. Nieuniknione, chcemy wiedzieć więcej.

W księgowaniu informacji środowisko zawdzięcza nam wyjaśnienie, jak powstała ta strzała i dlaczego jest tak szczególna w porównaniu do innych skał. W końcu musiał się jakoś tam dostać! Innymi słowy, w tym nieożywionym obiekcie tkwi dłuższa "historia" lub "procedura", która wyjaśnia, jak powstała. To nie zwykły kamień, jest pełen informacji.

Części drukowane 3D produkowane przy użyciu AI mogą wydawać się chaotyczne, ale również złożone.

AI, Entropia i druk 3D

Moją specjalizacją jest drukowanie 3D, ale fascynuje mnie ostatni wzrost zainteresowania sztuczną inteligencją (AI). Ostatnio poświęcono badaniom na temat informacji i złożoności. Chociaż może to wydawać się styczne ze światem produkcji dodatkowej, istnieją zaskakujące korelacje, które mogą pogłębić Twoją wiedzę na temat procesów druku 3D, szybkiego prototypowania i produkcji cyfrowej.

Teoria informacji sugeruje, że informacja podąża za zachowaniem entropicznym – tendencją do chaosu i nieporozumienia – tak samo jak wielu teoretyków postrzegało ciepło lub inne formy energii. Łatwo jest odpisać badanie informacji jako "rzeczy komputerowe", ale w rzeczywistości nie jest ono usunięte z rzeczywistości fizycznej, a części drukowane 3D są prawdziwe. Poza obliczeniami, są interesujące zastosowania badane w dziedzinach takich jak astronomia i biologia.  

Czy informacje osadzone w obiektach drukowanych 3D są chaotyczne, czy uporządkowane? Niektóre części wydają się chaotyczne (jak wyjaśniony poniżej Boltzmann Brain), ale często mają niesamowicie bogate, szczegółowe opowieści o ich produkcji, a także o ich naturalnym stanie. Uważam, że najciekawsze i najbardziej użyteczne obiekty drukowane 3D są uważane za złożone, a złożoność żyje gdzieś pomiędzy porządkiem a chaosem na skraju chaosu.  

Nowe technologie, takie jak generacyjna sztuczna inteligencja i produkcja cyfrowa, mogą korzystać z teorii informacji i badania złożoności. Dają one wskazówkę na to, co może być możliwe w przyszłości, gdy zbliżamy się do ujednolicenia AI i technologii produkcyjnych.  

Prototypowanie obiektów bogatych w informacje

Co sprawia, że druk 3D jest tak fascynujący? Duża część atrakcji tkwi w powieściowych częściach, które powstają. Patrzenie jak rosną warstwa po warstwie, jest urzekające. Prawda jest taka, że druk 3D to tylko środek do celu. Tak naprawdę tworzymy obiekty o niskiej entropii Shannon. Co to znaczy?  

Obiekty, takie jak głowica strzały, które omawialiśmy wcześniej, są zaskakujące i bogate w informacje, uważane są za niską entropię Shannona. Obiekty, które są powszechne i nie zaskakujące, mają wysoką entropię Shannon i stosunkowo mało informacji można wydobyć. Prawie z definicji obiekty o niskiej entropii Shannon są interesujące i intrygujące, a obiekty o wysokiej entropii Shannon są nudne, ponieważ nie ma czego powiesić kapelusz, co pozwala zrozumieć ją na głębszym poziomie.  

Prototypy drukowane 3D są jak strzałka i są obiektami o bardzo niskiej entropii Shannon. Mogą mieć temperaturę pokojową w dotyku, ale są biało gorące z informacjami. Podobnie jak fizyczny kształt klucza pozwala mu otworzyć konkretny zamek, specjalny kształt i materiał prototypowego obiektu pozwala nam na to" odblokować" informacje ze świata fizycznego.  

Na jakie pytania ma odpowiedzieć prototyp? Czy to dobrze wygląda? Czy działa zgodnie z przeznaczeniem jako część montażu? Sprzeda się? Jaki jest jego materiał i przeznaczenie końcowe? W jaki sposób te geometria osiągają cel projektanta/inżynierów?  

Istnieje związek między odpowiedziami pytaniami a niezbędnymi wymaganiami. Im więcej pytań oczekujesz, że prototyp odpowie, tym więcej musisz opisać go początkowo w swoich wymaganiach. Możesz potrzebować kilku wariantów lub wielu kopii, aby zwiększyć wierność odpowiedzi. Pozwala to na bardziej niezawodne wyciąganie wniosków na temat obiektu. W końcu więc zwiększenie liczby próbek zapewnia większą precyzję opisu, ponieważ wzory w budowach części stają się bardziej widoczne, gdy masz więcej treści do oceny.  

W produkcji opis obiektu nazywa się jego" wymagania". Niezależnie od procesu produkcyjnego, jeśli potrzebna jest więcej informacji do opisania obiektu, to czyni go bardziej wyjątkowym i wymaga dłuższego czasu" historia" do dokładnej produkcji. Niska entropia Shannon daje wysoką zawartość informacji.  

BIT TO

Ogromną zaletą cyfrowej produkcji jest istnienie cyfrowego bliźniaka, który jest cyfrową reprezentacją wstępnie wyprodukowanej części. Cyfrowy bliźniak w pełni uwzględnia wymagania obiektu i procesu produkcyjnego niezbędnego do jego stworzenia. Ale w pewnym momencie guma musi trafić na drogę i wszystkie te 1s i 0s muszą zostać przekształcone w fizyczny obiekt. Jak to się stało?

W tym momencie, może zdałeś sobie sprawę, że używam" historia" i" procedura" zamiennie. Chodzi mi o to, że mam ogólny pomysł przyjmowania danych wejściowych, dostarczania szeregu kroków i instrukcji oraz uzyskania przekształconego wyjścia. Może to zabrać wiele nazw w zależności od dyscypliny. Matematycy mogą nazwać to funkcją; Piekarz może nazwać to przepisem, ale podstawowa idea jest taka sama. Procedury te składają się zwykle z mniejszych fragmentów instrukcji, najczęściej określanych jako zadania.

Powszechne powiedzenie w branży druku 3D jest to, że złożoność jest wolna. Chociaż nie jest to całkiem prawda, ponieważ ktoś musi płacić za czas drukowania i materiały, to prawdą jest, że złożoność jest znacznie tańsza niż w konwencjonalnej produkcji.  

Weźmy przykład produkcji prostej kostki. Aby go wyprodukować, musi istnieć procedura opisująca sposób jego istnienia. Jeśli chciałbym napisać procedurę tworzenia sześcianki za pomocą środków subtraktywnych, takich jak obróbka CNC, naprawdę potrzebuję sześciu uproszczonych zadań; jeden do wycięcia każdej płaskiej płaszczyzny z bloku materiału. Instrukcje mogą być dosłownie napisane na notatce post-it ręcznie.

Jednakże, a" procedura" Aby wydrukować kostkę 3D, wymaga krok po kroku, iteracyjnego procesu, aby uzyskać ten kształt, i musi być wykonany cyfrowo, przed rzeczywistym wydrukiem. Musimy wziąć plik STL i zakodować go w taki sposób, aby część była pokrojona na cienkie warstwy, które obejmują instrukcje maszyny dla drukarki 3D. Powstałe pliki plastów mogą być ogromne, może aż kilka gigabajtów instrukcji dla złożonych części. Wykonanie głowicy drukującej lub lasera może zająć setki lub tysiące konkretnych instrukcji, aby stworzyć coś tak prostego jak kostka. Nawet dla bardzo prostej części drukowanie 3D musi opowiadać bardzo długą historię o tym, jak ją stworzyć. W przypadku drukarki 3D, która rysuje głowicą wytłaczaniową lub laserem, część jest w bardzo realnym sensie zapisywana w istnienie.  

W porównaniu do innych procesów produkcyjnych, dokładniej można powiedzieć, że złożoność jest obciążona z góry w druku 3D. Złożenie geometrii kostki, na przykład dodanie do niej kilku otworów, nie skutkuje znaczącym wzrostem" procedura" Drukarka 3D musi teraz narysować zarys otworów, ale z kolei nie musi "piszczeć", aby go wypełnić. Dodanie funkcji takich jak otwory może skrócić czas drukowania, chyba że liczba otworów jest tak wysoka, że rysowanie obramowań zajmuje więcej czasu niż wypełnienie ich materiałem. W przypadku niektórych technologii druku 3D opartych na vokselu, takich jak Multi Jet Fusion, nie ma znaczenia, czy część ma otwór, czy nie pod względem wpływu na czas drukowania. Dla drukarki opartej na vokselu otwór jest zasadniczo odwróconym fragmentem informacji, a nie dodawaniem lub odejmowaniem informacji.

Przednie obciążenie jest również tym, co nadaje drukowi 3D magiczną jakość. Przy przypadkowej obserwacji, części wydają się pojawiać znikąd – bez wyjaśnienia. W rzeczywistości księgowość informacyjna odbywa się przed rozpoczęciem druku, a opowieść o tym, jak część powstała, jest pisana w czasie rzeczywistym podczas drukowania.  

Przykład projektu mózgu Boltzmanna.