Как цифровое производство превращает информацию в реальность

Посмотри вокруг себя. Независимо от того, в каком направлении вы поворачиваетесь, все, что вы видите, связано с историей. Как она сформировалась? Для чего он используется? Однако некоторые вещи имеют более глубокий смысл, если у вас есть знания для расшифровки информации, встроенной в них.

Представьте себе сценарий: вы копаете дыру во дворе для сада. После нескольких лопат, полных грязи и камней, вы встречаете каменную головку стрелы. Он может быть сделан из того же материала, что и камни, окружающие его, но его особая форма говорит нам, что он редкий, уникальный и удивительный. Он не имеет значительно больше массы или энергии, чем другие скалы, но из-за своей уникальной формы он содержит гораздо больше закодированной информации, возможно, о прошлом, его цели или людях, которые его изготовили. Неизбежно, мы хотим узнать больше.

При учете информации окружающая среда должна объяснить, как возникла эта головка стрелы и почему она так особенна по сравнению с другими скалами. В конце концов, он должен был как-то туда попасть! Иными словами, в этом неживом объекте встроена более длинная «история» или «процедура», объясняющая, как он возник. Это не просто обычная скала, она наполнена информацией.

3D-печатные детали, изготовленные с помощью ИИ, могут выглядеть хаотичными, но также сложными.

ИИ, энтропия и 3D-печать

Моя область специализации - 3D-печать, но я был очарован недавним ростом интереса к искусственному интеллекту (ИИ). В последнее время В центре внимания находится исследование информации и сложности. Хотя это может показаться Это Это Хотя это может показаться В В мире аддитивного производства, есть удивительные корреляции, которые могут углубить ваши знания о процессах 3D-печати, быстром прототипировании и и цифровом производстве.

Теория информации предполагает, что информация следует энтропическому поведению - тенденции к хаосу и беспорядку - так же, как многие теоретики использовали для рассмотрения тепла или других форм энергии. Легко списать изучение информации как «компьютерные вещи», но на самом деле она не удалена из физической реальности, и 3D-печатные части являются реальными. Помимо вычислений, есть интересные приложения, которые изучаются в таких областях, как астрономия и биология.  

Итак, информация, встроенная в 3D-печатные объекты, хаотична или упорядочена? Некоторые части кажутся хаотичными (например, мозг Больцмана, объясненный ниже), но они часто имеют невероятно богатые, подробные истории о их производстве, а также их естественном состоянии. Я бы утверждал, что самые интересные и полезные 3D-печатные объекты, как правило, считаются сложными, и сложность, как считается, живет где-то между порядком и хаосом на краю хаоса.  

Новые технологии, такие как генеративный ИИ и цифровое производство, могут извлечь пользу из теории информации и изучения сложности. Они дают представление о том, что может быть возможно в будущем, поскольку мы приближаемся к объединению ИИ и производственных технологий.  

Прототипирование объектов, богатых информацией

Что делает 3D-печать такой увлекательной? Большая часть привлекательности заключается в создаваемых романах частях. Смотреть, как они растут, слой за слоем, увлекательно. Правда в том, что 3D-печать - это только средство достижения цели. Мы создаем объекты с низкой энтропией Шэннона. Что это значит?  

Объекты, такие как головка стрелы, о которых мы говорили ранее, которые удивляют и богаты информацией, считаются имеющими низкую энтропию Шэннона. Объекты, которые являются общими и неудивительными, имеют высокую энтропию Шэннона и могут быть извлечены относительно мало информации. Почти по определению, объекты с низкой энтропией Шэннона интересны и интригуют, а объекты с высокой энтропией Шэннона, как правило, скучны, потому что нет ничего, на что вы можете повесить шляпу, что позволяет вам понять ее на более глубоком уровне.  

Вот где мы Возвращаемся к аддитивному производству. 3D-печатные прототипы похожи на головку стрелы и являются объектами с очень низкой энтропией Шэннона. Они могут быть комнатной температурой, но они горячи информацией. Точно так же, как физическая форма ключа позволяет ему открывать определенный замок, особая форма и материал прототипа объекта позволяют нам " . разблокировать" Информация из физического мира.  

На какие вопросы вы хотите, чтобы прототип ответил? Чувствуете ли вы и выглядите правильно? Работает ли она, как предполагалось, как часть собрания? Будет ли продаваться? Каковы его материалы и цель их конечного использования? Как эти геометрии достигают цели дизайнера/инженера?  

Существует взаимосвязь между ответными вопросами и необходимыми требованиями. Чем больше вопросов вы ожидаете, что прототип ответит, тем больше вам нужно описать его изначально в своих требованиях. Вам может понадобиться несколько вариантов или несколько копий, чтобы повысить верность ответа. Это позволяет более надежно делать выводы об объекте. Таким образом, в конце концов, увеличение количества образцов дает вам большую точность описания, потому что шаблоны в сборках деталей становятся более очевидными, когда у вас есть больше содержания для оценки.  

В производстве описание объекта называется его " требования " . Независимо от производственного процесса, если для описания объекта требуется дополнительная информация, это делает его более особенным и требует более длительного времени " . История" Производить точно. Низкая энтропия Шэннона дает высокий содержание информации.  

БИТ ДО НЕГО

Огромным преимуществом цифрового производства является наличие цифрового близнеца, которое является цифровым представлением предварительно изготовленной части. Цифровой близнец полностью охватывает требования объекта и производственный процесс, необходимый для его создания. Но в какой-то момент резина должна попасть на дорогу, и все эти 1 и 0 должны быть преобразованы в физический объект. Как это произошло?

На этом этапе вы, возможно, поняли, что я использую " История" и " процедура " взаимозаменяемо. Я имею в виду то, что у меня есть обобщенная идея взятия входа, предоставления серии шагов и инструкций, и получения преобразованного выхода. Это может иметь множество названий в зависимости от дисциплины. Математики могут назвать ее функцией. Пекарь может назвать это рецептом, но основная идея одна и та же. Эти процедуры обычно состоят из более мелких инструкций, чаще всего называемых задачами.

Обычная поговорка в индустрии 3D-печати заключается в том, что сложность свободна. Хотя это не совсем верно, поскольку кто-то должен платить за время и материалы печати, верно, что сложность намного дешевле, чем в обычном производстве.  

Возьмем пример изготовления простого куба. Чтобы ее изготовить, должна быть процедура, описывающая, как она возникает. Если я хотел написать процедуру изготовления куба с помощью вычитательных средств, таких как обработка ЧПУ, мне действительно нужны шесть упрощенных задач; один, чтобы отрезать каждую плоскую плоскость из блока материала. Инструкции можно было бы буквально написать на записке вручную.

Однако a " процедура " Для 3D-печати куба требуется шаг за шагом, итеративный процесс, чтобы получить эту форму, и это должно быть сделано в цифровом виде, перед фактической печатью. Нам нужно взять файл STL и закодировать его таким образом, чтобы часть была разрезана на тонкие слои, которые включают в себя инструкции машины для 3D-принтера. Полученные файлы могут быть огромными, возможно, до нескольких гигабайтов инструкций для сложных частей. Для выполнения головки печати или лазера могут потребоваться сотни или тысячи конкретных инструкций, чтобы сделать что-то настолько просто, как куб. Даже для очень простой части 3D-печать должна рассказать очень длинную историю о том, как ее создать. Для 3D-принтера, который рисует с помощью экструзионной головки или лазера, в очень реальном смысле часть записана в существование.  

По сравнению с другими производственными процессами, более точно сказать, что сложность предварительно загружена в 3D-печати. Усложнение геометрии куба, например путем добавления к нему нескольких отверстий, не приводит к существенному увеличению " . процедура " 3D-принтер теперь должен нарисовать контур отверстий, но, в свою очередь, не обязан "для для для заполнения". Добавление функций, таких как отверстия, может сократить время печати, если только количество отверстий не будет настолько высоким, что нарисование границ занимает больше времени, чем просто заполнение их материалом. Для некоторых технологий 3D-печати на основе вокселей, таких как Multi Jet Fusion, совсем не важно, имеет ли часть отверстие или нет с точки зрения влияния на время печати. Для принтера на основе вокселей отверстие по существу является перевернутым битом информации, а не добавлением или вычтением информации.

Передняя загрузка также дает 3D-печати волшебное качество. При простом случайном наблюдении части, кажется, появляются из ниоткуда без объяснения. На самом деле информационный учет происходит до начала печати, и история о том, как была создана часть, записывается в режиме реального времени, когда она печатается.  

Пример дизайна мозга Больцмана.