الفصل الثالث عشر

تصميم المستقبل

إحدى أشهر الطرق لوصف قوة الطابعة الثلاثية الأبعاد باعتبارها أفضل آلة تصنيع هو مقارنتها بآلة الريبليكيتور من عالم مسلسل «ستار تريك» الشهير. كانت تلك الآلة تتلقى أوامر شفهية وتصنع ما يطلبه طاقم سفينة إنتربرايز أيًّا كان. بمعنًى آخر، فإنها آلة تمتلك القدرة على صنع أي شيء.

(١) شاي «إيرل جراي» ساخن

عندما شاهدت مسلسل ستار تريك في طفولتي، كان يثير غيظي وحَنَقي أنه لم يقُم أحد باختبار الريبليكيتور. وحلقة تلو الأخرى، وأينما كان يظهر الريبليكيتور، كان كل ما يُطلب منه هو تحضير قدح من شاي إيرل جراي. وربما يتجرأ أحد أفراد السفينة في يوم ما ليطلب قطعة من التشيز كيك. ربما يمكننا عذر قلة خيال السيد سبوك بسبب كونه من جنس الفولكان، لكن زملاءه البشر لا ينقصهم الخيال.

وكشخص ناضج، ألقيت باللَّوْم على كتَّاب سيناريو المسلسل؛ فبتوافر آلة مثل الريبليكتور يمكنها صنع أي شيء، فإن خيالهم لم يصل إلا أن يأمروها بتحضير قدح تقليديٍّ من الشاي. في معملي، نسمِّي هذه الظاهرة «متلازمة إيرل جراي».

يعاني التصميم من أجل الطباعة الثلاثية الأبعاد من هذه المتلازمة، ومثل قدرة الريبليكتور غير المستغلة، فإن الطباعة الثلاثية الأبعاد تمدنا بفضاء تصميم جديد غير مستكشف، لكن خيالنا لا يزال أسير التجارِب السابقة؛ فنحن البشرَ مخلوقاتٌ نقدس العادة، وأيًّا كان ما نصنعه فهو يُعد امتدادًا لما نألفه بالفعل، ومثلما يقول المثل القديم: «إذا كان كل ما تمتلكه هو مِطْرقة، فإن كل شيء حولك سيبدو كمسامير.»

جزء من المشكلة هو برامج التصميم التي يجب أن نعمل بها. تُعتبر أدوات التصميم بمساعدة الكمبيوتر أدوات مهمة لعملية الطباعة الثلاثية الأبعاد، ومع ذلك فإن برامج التصميم تظل أسيرة للقيود التي تفرضها القدرة الحاسوبية التي كانت غير مؤهلة فيما مضى. بالإضافة إلى ذلك، فإن أدوات التصميم الحالية صُنِعت للعمل في ظل الحدود المادية التي تفرضها آلات التصنيع التقليدية.

للخروج من متلازمة إيرل جراي واستغلال تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد بأفضل نحو ممكن، نحتاج كبشر إلى بذل المزيد من الجهد، وأن نكون أفضل من كتَّاب سيناريو مسلسل ستار تريك، ففي كوكبنا، وبالقرب من منزلي، أرى متلازمة إيرل جراي تحدث في القاعات الدراسية؛ فجذورها تمتد لعمق كبير.

أُدَرِّس مقرر تصميم إنتاج لطلاب الجامعة. في بداية عملي مع إحدى الفرق الدراسية، طلبت من الطلاب تصميم حامل أقلام رَصاص يمتاز بالعملية والجاذبية، وقلتُ لهم إن تصميماتهم لهذا الحامل ستُطبع بنحو ثلاثي الأبعاد؛ ولذا قضيت بعض الوقت في تعريفهم بإمكانيات التصميم الجديدة المتاحة لهم.

عندما كلفتهم بمشروع تصميم حامل الأقلام الرَّصاص، حثَثْتُهم على العمل بحرية وانطلاق في تصميماتهم وجعلها «جامحة المظهر» قدر الاستطاعة. قلت لهم — على أمل رؤية تصميمات مثيرة ومُجدِّدة: «فكروا فعليًّا خارجَ الصندوق.»

وبعد تكليفي لهم بالمشروع، رجع طلابي إلى قاعة المحاضرات حاملين تصميماتهم الكاملة، وعندما تجولت في القاعة مُلقيةً نظرة على شاشات أجهزة الكمبيوتر خاصتهم، انهارت آمالي. كانت تصميماتهم معَدة بعناية في الأغلب، ويمكنها البقاء منتصبة، كما كان معظمها قادرًا على حمل الأقلام الجافة والرَّصاص. في الحقيقة سلَّم معظم الطلاب تصميمات جيدة ومتينة يمكنها أن تصبح حاملات مناسبة وصالحة بما يكفي لأقلام الرَّصاص.

بعض الطلاب الجريئين صمموا بعض الزخارف على الأسطح لإضفاء عامل الجاذبية على الحاملات، لكن معظم التصميمات المقدمة كانت تنويعات خجولة على ما هو موجود بالفعل. لم يكن الطلبة الجامعيون هم الوحيدين الذين يعانون من متلازمة إيرل جراي؛ فخارج القاعات الدراسية، لاحظت أنه حتى المصممون المحترفون عادةً ما يتنازلون عن حرية الابتكار التي تتيحها لهم الطابعة الثلاثية الأبعاد.

وصف الفيلسوف والكاتب الكندي، مارشل ماكلوهان، هذا الموقف على نحو ملائم بمقولة شهيرة تقول: «نحن نشكل أدواتنا، لكن أدواتنا تُشكِّلنا لاحقًا.» تساعد مقولة ماكلوهان الرائعة في تفسير قصر النظر التصميمي الذي يميز متلازمة إيرل جراي؛ فمنذ بضعة عقود مضت، صنعنا أدوات تصميمٍ بمساعدة الكمبيوتر التَزمَتْ بقيود التصنيع التي لم تعُد موجودة. مع ذلك، فإن هذه الأدوات تستمر اليوم في تشكيل حياتنا، ولكسر هذا الركود، يجب علينا إعادة تشكيل أدوات التصميم خاصتنا.

بوجه خاص، هناك فرصتان أجدهما واعدتين؛ الأولى هي صنع برامج تصميم سهلة ومرحة في استخدامها. والثانية هي تطوير طريقة «تفكير» الكمبيوتر بشأن الأشكال؛ لأن طريقة تفكيره بشأنها تحدد، إلى حد كبير، إلى أي حد ستدعنا نستكشف الاحتمالات التي تتيحها.

(٢) دراجة لخيالنا

في مقابلة عام ١٩٩٠ على التلفزيون الحكومي، وصف ستيف جوبز أجهزة الكمبيوتر بأنها «أكثر الأدوات التي اخترعها البشر استثنائية. إنها تُعتبر درَّاجات لعقولنا.» كان جوبز يهدف لإيضاح أنه إذا أتيحت لنا التقنية القادرة على تعزيز قدراتنا الأساسية، فيمكننا زيادة ما هي قادرة على صنعه بنحو جذري. لسوء الحظ، فإن برامج التصميم بالنسبة إلى معظمنا لم تصبح بعدُ دراجات لخيالنا.

تخيَّل هذا السيناريو المستقبلي: طفلة ذات تسعة أعوام تحرِّك يديها في الهواء. وعلى شاشة قريبة يتشكل تصميم ببطء. على أصابع الطفلة ملصقات صغيرة بها مستشعرات تنقل المعلومات لاسلكيًّا لبرنامج التصميم. يتلقى البرنامج بيانات المستشعرات، ويفسر حركات الطفلة بينما تسوي وتختار وتضغط الشكلَ الموضح على الشاشة ليتخذ الشكل المناسب من دون حتى أن تلمس لوحة مفاتيح أو فأرة. يفهم الكمبيوتر ما تنويه، ومثل الحِرْفي الذي يتقن عمله، يجعل التصميم يتخذ شكله النهائي المثالي.

أتمنى لو كانت برامج التصميم سهلةَ الاستخدام هكذا، ولاستغلال قوة تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد بنحو كامل بالنسبة إلى الجميع، فيجب أن تصبح أدوات التصميم أكثر سهولة في تعلُّمها وأكثر مرحًا في استخدامها وأكثر قدرة. وأحد التوجهات الواعدة هو صنع برامج تصميم تبدو وتعمل كإحدى ألعاب الفيديو.

(٢-١) تلعيب برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر

منذ شهور مضت، تلقيت رسالة إلكترونية من إريك هينز، أحد مخضرمي تطوير البرمجيات الذي درس رسوم الكمبيوتر كطالب ماجستير وعمل لفترة طويلة في شركة أوتوديسك. ظن إريك أنني ربما أكون مهتمًّا بعالم جديد افتراضي يسمَّى «ماين كرافت». أخبرني إريك قائلًا: «يمكن وصف ماين كرافت على أنه رؤية من ٨ بتات لمستقبل التصميم للطباعة الثلاثية الأبعاد. إن ملايين الناس يلعبون ماين كرافت؛ إنها مكعبات الليجو للناضجين.»

راسلَني إريك بسبب أنه كان يظن أنني ربما أكون مهتمًّا ببرنامج صممه يسمى «ماين وايز».

ماين وايز هو برنامج مفتوح المصدر (ومجاني) يتيح للناس تعديل ثم طباعة الأشياء التي صمموها على ماين كرافت بنحو ثلاثي الأبعاد. طور إريك برنامج ماين وايز عندما أدرك أن العوالم الافتراضية الغنية التي كان الناس يصممونها على الإنترنت في ماين كرافت كانت تنتظر أن تتجسد في هيئة مادية. كتب إريك أكواد ماين وايز في ٤٥ يومًا في وقت فراغه، وأهدى البرنامج للعالم في عشيَّة عيد الميلاد في عام ٢٠١١، ومنذ ذلك الحين، نُزِّل البرنامج أكثر من ٥٠ ألف مرة.

كنتُ متلهفًا لمعرفة المزيد؛ لذا، رتبت لقاءً مع إريك حتى يمكنَه أن يُريني العالم الافتراضي لماين كرافت. أحد أول الأمور التي لاحظتُها في غرفة المعيشة الخاصة بإريك هي الحُلي الصغيرة المطبوعة بنحو ثلاثي الأبعاد والمتناثرة هنا وهناك. أراني إريك نسخة مطبوعة بنحو ثلاثي الأبعاد لقلعة بالإضافة لمنزل حجري رَمادي ضخم وغير مصقول، له سقف من القش الأصفر. قال إريك إن المنزل كان نسخة مطبوعة من قرية في عالم ماين كرافت.

جلسنا أمام شاشة كمبيوتر عريضة، وسجل إريك الدخول باستخدام حسابه على ماين كرافت. قال إريك إن ماين كرافت هي لعبة متعددة اللاعبين؛ يَصنع كلٌّ منهم فيها شخصية، ويصمم العالم الافتراضي خاصته حسب المواصفات التي يودها، وبنقر وإسقاط قِطَع مكعبة من المواد الخام في أماكنَ محددة لها، يصنع اللاعبون عوالمَ خيالية معقدة وغنية بالتفاصيل. في وقت كتابة هذا الكتاب، كان هناك نحو ثمانية ملايين لاعب يلعبون ماين كرافت، وهو ما يساوي تعداد سكان دولة أوروبية صغيرة.

نظرتُ من فوق كتف إريك إلى الشاشة، وهو يتجول بي في عالمه الافتراضي، الذي يسميه «فوكسيليا». قال إريك: «عندما تبدأ، تحصل على حساب، ثم تحصل على عالم فارغ تمامًا.» كان عالمه في ماين كرافت الذي يشاركه مع بضعة أصدقاءَ آخرين يمتلئ بالمنازل والقلاع وقبة زجاجية عملاقة وحتى بضعة حيوانات مزارع. أراني إريك أحد أكثر تصميماته طموحًا، وهو جندب نحيل. قال إن تصميم سِيقان الجندب الطويلة النحيلة وقَرْنَيِ استشعاره، بنحو يمكنه الحفاظ على شكله بعد عملية الطباعة الثلاثية الأبعاد، كان تحديًا.

في عالم ماين كرافت، كل حجر بِناءٍ مكعب الشكل يُمثِّل النظير المادي لمتر مكعب واحد. وعكس ألعاب الفيديو المعاصرة التي تبدو مصقولة المظهر ومصنوعة بعناية بحيث تبدو مثل الأفلام، فإن الرسوم في ماين كرافت للوهلة الأولى تبدو فظَّة، بل وبدائية. تُصنع عوالم ماين كرافت من قطع ضخمة مكعبة الشكل من المواد الخام. الأشجار والبيوت والبحيرات والهياكل مبكسلة على نحو كبير. كل سطح مستوٍ يبدو كما لو كان مصنوعًا من بلاطات منفردة.

ما الذي يجعل لُعبة ماين كرافت شهيرة للغاية؟ جزءٌ من جاذبيتها هو الأثر البصري الساحر؛ فالمكونات مكعبة الشكل تمنح لمسة من الغموض للمدن والمباني والعوالم الخيالية التي يبنيها الناس. قال إريك: «في ألعاب الفيديو، ربما تكون الرسوم بجودة أعلى لكنْ لا يمكنك تغيير أو تحريك الأشياء. إن معظم ألعاب الفيديو تفاعلية، لكن لا يمكنك الحصول على مستوى التصميم الذي يمكنك الحصول عليه هنا.»

هذا العالم الخيالي له قواعدُ داخلية صارمة ومتسقة. تفرض اللُّعبة قوانين مادية على اللاعبين حتى تصبح مساحة التصميم خاصتهم مزيجًا من الخيال الممزوج بنظام العالم المادي. ويجب على اللاعبين أن يواجهوا نفس القيود التي يفرضها تعقيد عالم الواقع على عملية البناء. وبما أن أي مشروع تصميم معقد يمكن أن يستغرق الكثير من الوقت، ولتسريع إيقاع اللُّعبة، فإن اليوم فيها يستغرق ٢٠ دقيقة فقط.

أراني إريك عملية تغطية أرضية إحدى محطات القطار بمزيج من البلاط البني والأحمر والأصفر. لصنع البلاط البني، لا يختار اللاعبون فقط اللون البني ويطبقونه على بلاط الأرضية. بدلًا من ذلك، هناك عملية عضوية ومرهِقة لصنع هذا البلاط. يقول إريك: «هذه البلاطات تُلوَّن من صِبْغات خاصة بالصوف. يجب عليك جزُّ شعر الأغنام وجمع الصوف للحصول على هذه الألوان. اللون الوردي نادر للغاية، وكذلك اللون البني. يجب عليك العثور على الكاكاو لصنع البلاط بني اللون.»

أظن أن جزءًا من جاذبية اللعبة يكمن في أن اللاعبين يمكنهم العمل معًا في فِرق في مشروعات بناء ضخمة وصنع إحساس بالمجتمع التقليدي. وفيما يشبه البناء الجماعي للحظائر، تعاون إريك وأصدقاؤه لبناء رائعة افتراضية عبارة عن محطة قطار. هذه المحطة صُممت على نموذج محطة سانت بانكراس في لندن؛ حيث شارك كل لاعب بالوقت أو المواد الخام أو خبرة التصميم في المشروع. عندما رأيت المحطة، كانت هناك شجرة عيد ميلاد تتلألأ في ركن فناء المحطة، ويبدو أنه لم تُتحْ للاعبين فرصةُ إزالتها بعد انتهاء عطلة عيد الميلاد.

تقدِّم ماين كرافت نموذجًا جديدًا للتصميم يُسمَّى «تلعيب برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر»؛ ففي مقابل ٢٧ دولارًا، تتيح ماين كرافت للاعبين أدوات تصميم قوية وسهلة الاستخدام، بالإضافة إلى مجتمع افتراضي من الرفاق من اللاعبين والبنَّائين. عندما كنتُ مهندسًا شابًّا، كان تعلُّم استخدام برامج التصميم يشبه تقريبًا تعلُّم كيفية إدارة برج المراقبة في المطارات. كانت تمتلك واجهة استخدام معقدة بنحو مثير للحَيْرة والارتباك، ومفردات خاصة، وكانت تَفوق مهاراتِ المستخدم العاديِّ. لم يكن تعلُّم تلك البرامج مسليًا في أي مرحلة عمرية.

أما ماين كرافت فسهلة الاستخدام للغاية؛ لدرجة أن طفلًا في الثامنة من عمره يمكنه لعبها. في الحقيقة، ومنذ بضعة أشهر، بدأ ابني ذو الثمانية أعوام في لعبها في المنزل. وبعد أيام من اكتساب الخبرة في ممارستها، صمَّم وبنَى لي منزلي الافتراضي (بالقرب من منزله المبنيِّ بجوار إحدى الأشجار)، مكتملًا بسرير وكابينة استحمام.

figure
مشهد من لُعبة ماين كرافت صممه لي جريجز وتوماس فرنانديز سيرانو. إذا أمعنت النظر فسترى الأخوين ماريو في قبعتين على يسار القبة الرئيسية (الصورة مهداة من لي جريجز (من شركة سوليد أنجل) وتوماس فرنانديز سيرانو (forominecraft.com). المشهد مصنوع ببرنامج تصيير أرنولد المعتمِد على تقنية الإضاءة غير المباشرة).

يبدو أن القيود المادية لماين كرافت تثير خيال ابني؛ فقد قام بعدة تجارِب لاختبار قوة انفجار مادة تي إن تي، مفجرًا فوهات زاوية عملاقة لتتحول إلى تراب وسطح جرف. أخبرني أن بضع دجاجات ماتت عندما كانت تتجول بالصدفة بالقرب من الانفجار، لكن بقرة مارَّة نجت بنحوٍ ما وأخذت تتناول الكَلَأ بعد الانفجار بفترة قصيرة قُرب الفوهة العظيمة.

يكمن داخلَ برنامج ماين كرافت — وهو أمرٌ لا يثير كثيرًا إلا اهتمام القليل من علماء الكمبيوتر — معماريةُ تصميمٍ مثيرة للاهتمام. لا يستخدم البرنامج نماذج التصميم المعيارية لصناعة البرمجيات؛ فالرسوم المكعبة الشكل لا تُصمم بواسطة النمذجة الصلبة التقليدية (وهي أداة التصميم المفضلة لدى المهندسين) أو السطح الشبكي (وهي أداة التصميم التي يُفضِّلها فنانو التحريك والرسامون). تُشكِّل وحدة رقمية تُسمَّى الفوكسل أساس البرنامج. تتحول وحدة الفوكسل الرقمية الفردية بنحو سلس إلى موقع مادي محدد داخل جسم ثلاثي الأبعاد.

يَستهلك التصميم القائم على الفوكسلات قدرًا كبيرًا من ذاكرة الكمبيوتر لكنها تثير إعجاب اللاعبين من ناحية المفهوم كوحدة تصميم أو بلاطة رقمية. وطبقًا لإريك، فإن الفوكسلات، رغم بدائية شكلها، تتيح للناس العاديين طريقةً مباشرة وجذابة للتصميم. يقول إريك: «الفوكسل كوحدةٍ هي شيء يمكن للناس الارتباط به بنحو مباشر. ولسنوات بل لعقود، أعمل ببرامج تشكيل الأسطح حيث يمكنك رسم أشكال متعددة الأضلع أو أسطح منحنية. لكنها غير واضحة وغير متوقَّعة. فإذا لم تكن تمتلك التدريب الكافي على كيفية استخدام السطح الشبكي، فسيكون من الصعب استخدامها؛ فهي ليست كما يَظن الناس.»

أراني إريك ابتكارًا جميلًا على ماين كرافت، وهو تصوير جوي فخم لمدينة إسبانية صنعها لي جريجز وتوماس فيرنانديز سيرانو في شركة تصميم رسوم تُسمَّى سوليد أنجل. صمم لي وتوماس داخل عالم ماين كرافت خاصتهما مبنًى ذا قُبة يقع في تقاطع دائري لستة طرق.

هناك عدة مبانٍ أسقفها مصنوعة من الطوب الأحمر تنتشر في المدينة المحيطة بالمبنى المقبَّب، وفي الأفق البعيد يمكنك رؤية مدرج روماني.

وكما يمكن أن ترى في الصورة أعلاه، فإن الصورة الأصلية للمشهد صَورت الأخوين ماريو يتسلقان قمة أحد الأبنية. على الرغم من ذلك، وفي إشارة لتحديات الملكية الفكرية التي تلوح في الأفق، فإن شخصيتَيِ الأخوين ماريو المحميتين بحقوق النشر أزيلتا من الصورة عندما اختيرت لتظهر على غِلاف مجلة تصميم؛ فقد طلبت المجلة، عندما خافت من ملاحقتها قضائيًّا بدعوى خرقها لحقوق النشر من قبل شركة نينتندو، من لي وتوماس إزالةَ الأخوين ماريو من الصورة تجنبًا لأي مشكلات.

عندما كنت أنا وزملائي نتعلم استخدام برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر في أواخر الثمانينيات، كنا سنهزأ من مدرسنا إذا قال لنا إن أولادنا سيلعبون يومًا ما بأدوات بسيطة للتصميم بمساعدة الكمبيوتر بكل سعادة؛ فلم نكن نمتلك القدرة الحاسوبية في تلك الأيام لصنع عالم افتراضي غني بالتفاصيل، كما لم نمتلك أي طابعة ثلاثية الأبعاد لصنع تصميماتنا.

(٢-٢) مجمعات المادة

ماذا لو كنت تمتلك نسخة معدلة من آلة الريبليكتور لا تطيع الأوامر الشفوية البسيطة فقط؟ ستكون هذه الآلة أكثر ذكاءً. سأسمي هذا الآلة الذكية «مساعد التصميم الفائق الذكاء». ستخبر هذا المساعد بالمشكلة التي تحاول حلها وليس فقط اسم الجسم الموجود بالفعل الذي تحاول صنع نسخة منه.

إليك مثالًا؛ بدلًا من أمر مساعد التصميم هذا «اصنع كتيفة دعم جديدة لرف الكتب خاصتي»، ستصف له المشكلة قائلًا: «أحتاج إلى كتيفة جديدة لتتحمل وزن مجموعة من الكتب.» بعد ذلك، ستخبر الكمبيوتر بما يجب أن تكون هذه الكتيفة قادرة على فعله، أو تتيح له متطلبات التصميم التي يسميها بعض الناس «مواصفات التصميم». ومثل أي مصمم يتقن عمله، فإن هذا المساعد الآلي سيستمع بعناية إلى طلباتك، وسيأتي بحل يناسب المهام التي يقوم بها.

لتصميم كتيفة الرف خاصتك، ستذكر شفهيًّا متطلبات التصميم. على سبيل المثال: «هذه الكتيفة مصممة لدعم رف كتب عرضه ٦ أقدام، وسيحمل كتبًا ثقيلة، وسيثبت بحائط رأسي. بالإضافة إلى ذلك، أريد الكتيفة المصممة أن تكون خفيفة الوزن بقدر المستطاع لكنها قادرة على تحمُّل وزن يصل إلى ٥٠ رطلًا على الأقل.» وأخيرًا، ستخبر مساعد التصميم أنك تخطط لطباعة الكتيفة بنحو ثلاثي الأبعاد من البلاستيك الصلب. سيفكر مساعدك بعناية ثم بعد عدة حسابات، سيعرض حل التصميم المقترح من جانبه.

في معملي، صنعنا برنامجًا بناءً على هذا المفهوم. استخدم البرنامج لوغاريتمًا لحساب أفضل تصميم للكتيفة المطبوعة بنحو ثلاثي الأبعاد، ثم أدخلنا متطلبات التصميم وضغطنا على زر الإدخال. أثارت النتائج دهشتنا.

ابتكر الكمبيوتر تصميمًا جديدًا لكتيفة رف الكتب لا يشبه تمامًا الكتائف ذات الزوايا القائمة التي يمكنك شراؤها من أي متجر محلي للمُعَدات. كان تصميمه المقترح عبارة عن كومة متداخلة من المواد الملفوفة حول بضعة تجاويف داخلية جميلة المظهر. لا أظن أنني كنتُ سأفكر في هذا التصميم المتكامل (والمحسَّن) باستخدام أدوات التصميم الحالية. لم يكن من الممكن أن أصنع هذه الكتيفة يدويًّا نظرًا للوزن وقدرات المواد الخام التي أخذها الكمبيوتر في الاعتبار.

figure
يومًا ما سيتم التصميم بمجمعات المواد التي تَبتكر أفضل تركيب لغرض معين ثم تطبعه بنحو ثلاثي الأبعاد، فبداية بقيود الحجم (الشكل الأيسر)، أنتج المجمع الكتيفة المثالية التي لها ثلاثة قضبان (الرسم مهدًى من جوناثان هيلر).

ما الذي سيحدث في المستقبل عندما تتعلم أجهزة الكمبيوتر الذكية رأْب الفجوة بين ما يحتاج إليه البشر وبين ما يمكن للطابعات متعددة المواد القيام به. النتيجة ستكون هي الجيل التالي من برامج التصميم أو ما أحب أن أسميه «مجمع المواد».

هذا المصطلح ابتكره كاتب الخيال العلمي نيل ستيفنسون في روايته «العصر الماسي». في هذه الرواية، تأمر الشخصيات مجمعات المواد بما تريد أن تصنعَه، وفي غُضون لحظة أو اثنتين، يُخرجون منها مرتبة بلاستيكية أو طعامًا أو سلاحًا. لم تكن تلك المجمعات طابعات ثلاثية الأبعاد بالطبع؛ بل كانت تعمل بتقنية النانو، والتي تعيد ترتيب الذرات المتدفقة من مركز تغذية. لم تكن تلك المجمعات تصمم أشياءَ جديدة؛ بل كانت مثل الريبلكيتور في مسلسل ستار تريك حيث كانت مقيدة بصنع نسخ مما هو موجود بالفعل.

الوعد الحقيقي لأي مجمع مواد هو أنه سيجمع بين قوة الذكاء الاصطناعي والطباعة الثلاثية الأبعاد. أولًا: سيستخدم الذكاء الاصطناعي لوغاريتمات من أجل «التجميع» الأوتوماتيكي لمتطلبات البشر عالية المستوى في أفضل تصميم مناسب للطباعة الثلاثية الأبعاد. بعد ذلك، ستصنع الطابعة الثلاثية الأبعاد التصميم بنحوٍ مادي. إن هذه المجمعات، من خلال تجميعها للعنصرين السابقين معًا، ستمكِّننا من تصميم أجسام جديدة لم توجد بعدُ.

ربما يكون من الأفضل مقارنةُ مجمع المواد الذي نتحدث عنه بمجمع البرامج التقليدي. يقوم مجمع البرامج بتحويل لغة كمبيوتر متطورة مثل «سي++» إلى كود بلغة الآلة مُحسَّن للعمل على أنواع معينة من مكونات الكمبيوتر. بعد ذلك، ينفذ معالج مادي هذا الكود. بالمثل، فإن مجمع المواد سيحوِّل المتطلبات عالية المستوى إلى ملف تصميم يستغل أحدث المواد والمميزات التي تميز طابعتك الثلاثية الأبعاد، ثم ستنشئ الطابعة الجسم الموصوف في ملف التصميم الذي أنتجه المجمع.

ربما لا تكون الكتيفة الجدارية هي المثال الأفضل حيث إنها تُعد تحديًا تصميميًّا بسيطًا. ستتضح قوة مجمع المواد الموصل بطابعة ثلاثية الأبعاد إذا كنتَ تحاول تصميم وصنع آلة معقدة. فإذا طُلب مني بعد ٢٠ عامًا تصميم روبوت للرحلة التالية للمريخ، فإليكم كيف أود القيام بالأمر.

أولًا، سأصف الظروف الفريدة الموجودة على سطح المريخ، ثم سأُدخل بعض الأبعاد الإجمالية مثل نطاق الوزن وأي مواد خام ستُستخدم وما إلى ذلك. وأخيرًا، سأحدد مواصفات الأداء: السرعة والثبات والفاعلية وغير ذلك، ثم سأضغط على زر الإدخال، وسأنتظر حتى يأتي مجمع المواد ببعض أفكار التصميم الجديدة. يومًا ما، عندما تصبح هذه المجمعات أدوات تصميم شائعة الاستخدام، ستتم عملية التجرِبة والخطأ المستهلِكة للوقت، والتي تتسم بها مشروعات التصميم المعقدة بنحو سريع للغاية.

(٢-٣) التطور التفاعلي: استيلاد التصميمات

إن مجمع المواد، مهما بلغت درجة ذكائه، لن يقدِر على قراءة الأفكار. صحيح أنه يمكنه بالفعل ابتكار حلول تصميم رائعة بناءً على ما تخبره بأنك تحتاج إليه، لكنه لا يمكنه تبادل الأفكار معك. ماذا لو كان يمكنك التحاور مع أدوات التصميم خاصتك والعمل معًا عبر عدة تكرارات قبل الوصول للتصميم النهائي؟

إذا كان يمكن للكمبيوتر الإنتاج السريع لأفكار التصميم عبر تكرارات سريعة، فيمكنك اختيار الأفكار التي تروق لك. حينها، يمكن للكمبيوتر «دراسة» اقتراحات التصميم التي اخترتها وصنع تعديلات سريعة عليها ثم عرضها عليك مرة أخرى. ويمكنك مرة أخرى انتقاء خياراتك المفضلة وإعادتها إلى الكمبيوتر الذي سيُجري تعديلات مرة أخرى ويَعرض عليك النتيجة مرة أخرى.

هذه العملية التَّكرارية للتصميم التي يتبادل فيها الكمبيوتر والإنسان الأفكار ذهابًا وعودة تُسمَّى «التصميم التطوري» التفاعلي. ومثل التطور الحيوي، لكن بنحو أسرع بكثير، يمكن للكمبيوتر إعادة تشكيل تصميم باستخدام اللوغاريتمات الرياضية. يكمن جمال التطور التفاعلي في أن المستخدم لا يحتاج إلى معرفة أي شيء عن الجوانب الداخلية لعمل الكمبيوتر. فلا يحتاج إلى معرفة كيفية استخدام برامج التصميم أو كيفية حساب أفضل حلول تصميمية. في الحقيقة، وبنحو يشبه الفنان الذي يتصفح الإنترنت من أجل الإلهام قبل البدء في مشروع جديد، فإن برامج التصميم التفاعلي يمكنها إلهام أفكار جديدة بدفع المصمم لتجرِبة حلول تصميم لم يفكر فيها أي شخص من قبلُ.

صنعنا نموذجًا أوليًّا عاملًا لبرامج التصميم التفاعلي في معملي. صنع طالب سابق، يُدعى جيف كلون، البرنامج. أتاح جيف وفريقُه البرنامج على موقع إلكتروني أسماه «إندليس فورمز» في إشارة لوصف داروين الشهير لعملية التطور البيولوجي.

إليكم طريقة عمل هذا الموقع. يستولد الناسُ الكلاب بالجمع بين كلاب تمتلك سمات محددة يريدون أن تظهر في جِرَائها. يتيح الموقع للمستخدم «استيلاد» التصميمات باختيار تلك التي تروق له. بمعنًى آخر، إنه يعمل كوسيط لعملية سريعة من التبادل في الاتجاهين بين المستخدم وبرنامج التصميم التفاعلي.

figure
يتيح موقع «إندليس فورمز» للمستخدمين اختيار التصميمات التي تروق لهم وتنقيح هذه التصميمات من خلال عمليات مراجعة متعددة (الرسم مهدًى من جيف كلون وجيسون يوزينسكي).

تخيلْ أنك كُلِّفت بمشروع تصميم لزجاجة عطر جديدة. أنت لا تعرف كيف تَستخدم برامج التصميم وتُفضل ألا تقيم تصميمك الجديد على مسح ضوئي لزجاجة موجودة بالفعل. بدلًا من ذلك، ستتصفح موقع إندليس فورمز وتختار تصميمك الأول بالنقر على شكل أولي من تشكيلة من التنويعات الأساسية المختلفة المتاحة. واستجابةً لهذا، سيسجل الموقع اختيارك الأول للتصميم، و«يفكر» بشأنه، ثم يقوم ببضعة حسابات سريعة، ثم ستنتج عدة أشكال جديدة تشبه بنحوٍ ما الشكل الأول الذي اخترتَه.

بعد ذلك، ستختار مرة أخرى من هذه المجموعة الجديدة من الأشكال. سيكرر الموقع هذه العملية مسجلًا اختياراتك، وسيُنتج مجموعة جديدة من الأشكال المشابهة لما تبحث عنه. في النهاية، وبعد عدة تَكرارات سريعة للعملية ومرات من اختيار الشكل، ستبدأ في رؤية التصميم وهو يظهر للنور. وفي النهاية عندما تشعر أن التصميم المتاح لك هو ما تريد، فيمكنك حفظ التصميم النهائي، وبهذا يكتمل مشروع التصميم خاصتك.

عندما أنشأ جيف وطلابُه موقع إندليس فورمز، أدركوا أنهم يمكنهم مراقبة عملية التصميم الخاصة بالناس بنحو مباشر. عندما يُعطى المستخدم صفحةً فارغة تقريبًا، ويُسمَح له بعمل مجموعة من الاختيارات السريعة، تظهر تصميمات مثيرة للاهتمام. وخلال أشهر قليلة بعد إطلاق الموقع، أنتج المستخدمون أكثر من ثلاثة ملايين جسم غريب الشكل؛ مثل أباجورات على شكل عيش غُراب، وتماثيل صغيرة لإلهة الخصوبة، ومكعبات عليها وجوه مخيفة بارزة.

عندما يستخدم الناس أدوات التصميم التقليدية، فإن الواجهة والسمات تبدو وكأنها تُشكِّل أفكارهم، ربما بجعلهم واعين بذواتهم. على العكس، على موقع إندليس فورمز، فإن المستخدمين «يستولدون» التصميمات بالنقر باندفاع على شكل راقٍ لهم وفعل ذلك مرة تلو الأخرى. عملية الاختيار السريع ثم الانتظار، ممزوجة بحقيقة أن الكمبيوتر قام بقدر كبير جدًّا من العمل، بدت كما لو أنها أنتجت تعبيرًا جديدًا عن اللاوعي الخاص بالناس.

ربما لا يكون هذا الموقع أفضلَ أداة تصميم لصنع القطع البديلة لمركبة مارس روفر التالية التي ستسير على سطح المريخ؛ فعندما يصنع المستخدمون تصميمًا بالإشارة باندفاع لأشكال جذابة، فإن النتيجة من المحتمل ألا تكون جسمًا مصقولًا ومحسَّنًا رياضيًّا لإعطاء أفضل أداء. بدلًا من ذلك، وكنموذج أولي مبكر لنوع جديد من التواصل بين البشر والكمبيوتر، ربما تكون قيمة مشروع إندليس فورمز في أننا أثبتنا أنه من الممكن للبشر والكمبيوتر القيام بعملية التصميم «بنحو تعاوني».

اتضح أنه من الأسهل بكثير بالنسبة إلى البشر تقييم خيارات التصميمات المقدمة لهم بدلًا من التصميم من البداية، فرغم أنه من غير المرجح أن تستطيعَ تصميم منزل من البداية، يمكنك بسهولة الإشارة إلى ما يروقك وما لا يروقك من تصميمات المنازل. إن المهندس المعماري الجيد هو من سيستمع إليك، ومن خلال كلامك، وبضعة تَكرارات، سينتِج المنزل كما تريد. الناس يستولدون الكلاب منذ قرون من دون فهم لجينات الحيوانات، والمزارعون يستولدون أنواعًا جديدة من الذُّرة قبل فهمهم لجينات النباتات بوقت طويل. يمكننا استيلاد أجسام معقدة من دون فهم كيفية عملها.

يوضح موقع إندليس فورمز كيف تقدِّم أجهزة الكمبيوتر وبرامج التصميم التفاعلي بُعدًا جديدًا للعمل الإبداعي. يصف اثنان من رواد إنتاج الأعمال الفنية بالكمبيوتر، وهما ستيفن تود وويليام لاثام، العملية الفنية بمساعدة الكمبيوتر كعملية تحدث على «مرحلتين: الصنع والبستنة. في البداية، يصنع الفنان أنظمة للعالم الافتراضي، مطبِّقًا أي قواعد مادية وحيوية يختارها مثل الضوء واللون والجاذبية والنمو والتطور، وقواعد أخرى من ابتكاره. بعد ذلك يصبح الفنان بستانيًّا داخل هذا العالم الذي صنعه؛ فيختار ويستولد أشكالًا نحتية مثل مستولد النباتات الذي يُنتج الزهور.»1

(٣) لغة الأشكال

يظل جعل المصممين وأجهزة الكمبيوتر يعملان معًا على نحو مبتكر وسلس أحد أكبر التحديات في التصميم للطباعة الثلاثية الأبعاد. هناك أمرٌ آخر متعلق بهذا أقل وضوحًا لنا، لكنه يظل أمرًا مهمًّا؛ فلاستغلال قدرة الإنتاج الخاصة بالطابعات الثلاثية الأبعاد على نحو أفضل، تحتاج أجهزة الكمبيوتر إلى تحسين كيفية تفكيرها في الأشكال.

يحلل البشر الواقع ويسجلونه، وعادةً ما يفكرون فيه بتحويله إلى لغة مكتوبة ومقروءة. تعكس لغة أي ثقافة قيمها وبيئتها المادية. يستخدم المتحدثون الماهرون تراكيب لغوية معقدة ومفردات هائلة ونابضة بالحياة؛ بينما يربط متحدثون آخرون كلمات بسيطة معًا على نحو غير محكم مما ينتج عنه خليط فظ وهزيل وغير نحوي من الكلمات.

بدلًا من استخدام اللغة، تحلل برامج التصميم الواقع الخارجي وتسجله بالتقاط وتتتبع البيانات التي تصف جسمًا ماديًّا. هناك كلمة أكثر اختصاصًا لوصف الطريقة التي تلتقط بها برامج التصميم رقميًّا تفاصيل جسمٍ ما وهي «التصوير الهندسي».

ومثل طفل يتعلم اللغة، فإن برامج التصميم المستقبلية ستصبح تدريجيًّا أكثر إتقانًا في تصوير الأشكال. تعتمد التربية الصحيحة للطفل على تعلُّمه التحدث بنحو سلس بطريقة تناسب الموقف الذي يواجهه. بالمثل، فإن التطور الناجح لأدوات التصميم سيَعتمد على ما إذا كان يمكننا صنع برامج يمكن أن تطوِّر بسرعة ودقة عمليات تمثيل هندسي جديدة استجابةً لمشكلة التصميم التي تواجهها.

بعض اللغات البشرية تمتلك كلمات تصف الحالات العاطفية أو مواقف معينة لا تملكها لغات أخرى. يؤثِّر تعقيد وتوافر الكلمات لأي لغة بشرية على ما يمكن أن يُقال. بالمثل، فإن الطريقة التي تتعامل بها برامج التصميم مع التصوير الهندسي الداخلي تحدد إلى أي مدًى يمكنها معالجة أي تصميم.

معظم برامج التصميم اليوم تتحدث نوعًا بسيطًا من اللغة، وتفكر مثل مخطط عمل تقليدي من الورق. تتحدث البرامج لهجة بسيطة أولية مكونة من كلمات غير معقدة. على سبيل المثال، فإن برامج التصميم بها كلمتان تصفان وجود أو غياب مادةٍ ما في أي تصميم: «يوجد» أو «لا يوجد». فلا مكان للغموض. ولا توجد أي طريقة لوصف نمو جسم مادي أو تغيُّره أو تكيُّفه المشروط. ومثل أي متحدث للغة ليست لغته الأم أو طفل يتعلم أولى كلماته، فإن برامج التصميم تعرض ببساطة وصراحة التفاصيل الموجودة لشكل ومواد التصميم.

وإلى أن يمكن لبرامج التصميم التحدث بنحو أكثر طلاقة لا يمكننا استغلال قوة الطباعة الثلاثية الأبعاد بنحو كامل. هناك طرق بسيطة يفكر بها الكمبيوتر في الأشكال وهناك طرق أكثر تعقيدًا. إذا تحتم عليَّ وضع ترتيب لأساليب التصميم من الأبسط إلى الأكثر تكيفًا وسلاسة، سأرتبها كما يلي.

أبسط عمليات التصوير الهندسي ستكون المخططات الأولية الورقية أو نماذج السطح الشبكي أو النماذج الصلبة. هذه الأفكار التصميمية تصف شكلًا ثابتًا وبسيطًا، وهي تساوي التحدث ببضع كلمات وصفية بسيطة.

بعد ذلك، تأتي برامج التصميم التي يمكنها التعامل مع التصميمات البارامترية، وهي تُعد أكثر تكيفًا بعض الشيء. هذه البرامج تتيح للمستخدم تحديد الأشكال الهندسية القابلة للتعميم التي يمكن أن تتغير طبقًا لبضعة معاملات. على سبيل المثال، فإن مجموعة الأشكال التي تشبه المطارق يمكن وصفها جميعًا باستخدام شكل هندسي وحيد بأطوال ونطاقات عرض مختلفة للمقابض.

بعد هذه المرحلة، ننتقل إلى عالم المستقبل. الأنواع التالية من لغات التصميم تُعتبر تجريبية بنحو كبير، وتوجد غالبًا في معامل الأبحاث والتجارب التصميمية الحديثة الأخرى. في أحد الأساليب الذي يُسمَّى «التصميم كالبرمجة» يصف الكمبيوتر شكلًا ما كتتابع من الخطوات بترتيب محدد، تقريبًا مثل وصف كعكة من خلال سرد وصفتها وليس بشكلها النهائي.

يلي ذلك أسلوب أكثر تعقيدًا يتيحه ما نسميه «الأنظمة التوليدية». مثل هذه الأنظمة «تنمي» حرفيًّا شكلًا من حبة، طبقًا لمجموعة محددة من القواعد.

وأخيرًا، فإن أكثر عمليات تصوير التصميم المستقبلية تعقيدًا وطلاقةً ستكون «المخططات التفاعلية»، وهي تصميمات تعدِّل من نفسها لتتلاءم مع الظروف التي ستستخدم فيها. ومثل خطيب مُفوَّه يرتجل على المِنَصة حسب مزاج وأسئلة الجمهور، فإن برنامج المخططات التفاعلية الإلكترونية يتميز بالديناميكية.

يُمثِّل النظام الأخير كيفية عمل الطبيعة. لا يحدد الحَمض النووي الشكل النهائي للنبْتة بوضوح. إنه يضع مجموعة من القواعد التي ستحكم كيفية نمو النبتة استجابةً لأي ظرف خاص ربما تقع فيه.

قبل ظهور الطابعات الثلاثية الأبعاد، كانت الأفكار المعقدة بشأن تصوير أي شكل وقودًا للخيال والرياضيات النظرية ورسوم الكمبيوتر. كانت الطبيعة هي فقط من يمتلك القدرة التصنيعية على إنتاج الأشكال المعقدة التي تصفها المخططات التوليدية بنحوٍ مادي، وبتطور الطباعة الثلاثية الأبعاد، فإن هذه المفاهيم الجديدة للتصميم ستكون في النهاية قادرة على الخروج من العالم الافتراضي إلى العالم المادي.

(٣-١) التصميم كوصفة

ربما تكون الوصفات طريقة مناسبة في التفكير في برامج التصميم المستقبلية. لا تصف وصفة أي كعكة تفاصيل شكل وتكوين المنتج النهائي. بدلًا من ذلك، فهي تصف عملية صناعة الكعكة على هيئة خطوات متتابعة أو إجراء أو إذا نُفذت بإتقان سينتج الناتج المرغوب به.

يمكن أن تؤديَ إحدى الوصفات السهلة نسبيًّا إلى ناتج معقد إلى حد ما. انثر شرائح التفاح والزبيب على عجين منتفخ ثم لُفَّها واخبزها وستمتلك استرودل التفاح. تَتابُع الخطوات المذكور في الوصفة أبسط بكثير من الوصف الشفوي الذي يسرد الشكل الهندسي الدقيق للاسترودل ومظهره الخارجي وتركيبه المادي. مع ذلك، فإن الوصفة تصنع شيئًا أعقد بكثير مما توحي به بساطتها. بمعنًى آخر، الكل أكبر من مجموع أجزائه.

ما يعادل طريقة وصفة الاسترودل في برامج التصميم هو أسلوب يُسمَّى «البرمجة الهندسية» أو «التصوير الوظيفي». تتطلب البرمجة الهندسية نوعًا مختلفًا من التفكير ونوعًا مختلفًا من الخيال ونوعًا مختلفًا من المصممين. الأجسام الناتجة تكون أكثر تعقيدًا بكثير مما يمكن تصميمه بأدوات التصميم التقليدية التي تعتمد على الإشارة والنقر.

في البرمجة الهندسية، من السهل وصف أشكال مكررة وتركيبات شبه دورية تختلف قليلًا فيما بينها لكنها متشابهة في الغالب. والتركيبات الهرمية التي تتكون من تركيبات فرعية أصغر يمكن وصفها أيضًا.

لهذا السبب، تتيح البرمجة الهندسية كفاءة وفاعلية كبيرة للمصمم البشري عند تصميم أنماط معقدة أو مصنوعة من أجزاء كثيرة صغيرة. على سبيل المثال، تخيَّل أنه يجب عليك تصميم بدلة من الزَّرَد مصنوعة من شبكة دقيقة للغاية بالإشارة والنقر على ملايين الحلقات المتناهية الصغر. في برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر التقليدية، سيكون هذا مَهمة شاقة ومضيِّعة للوقت.

لكن إذا كنت تستخدم برنامجًا هندسيًّا، فإن هذه المَهمة ستكون سهلة. ستكتب بكل بساطة «وصفة» كما يلي: اصنع حلقةً بقُطر يساوي ثلاثة ملِّيمترات وسُمك نصف ملِّيمتر. بعد ذلك، انسخ الحلقة ألف مرة في صف متشابك. ثالثًا، انسخ الصف ألف مرة بنحو رأسي لصنع البدلة. ثم اضغط على زر الإدخال، وسيتبع برنامج التصميم الوصفة لصنع البدلة.

إذا كان يجب أن يقل وزن أو كثافة النسيج قليلًا، فيمكنك تعديل الوصفة بكل بساطة. هذه المرة ستخبر جهاز الكمبيوتر وهو يكرر كل صف، أن الصف التالي من الشبكة يجب أن يكون أصغر بنسبة واحد بالمائة في الحجم من الصف السابق. يمكنك تحديد أن يقومَ بهذا لألفَيْ صف، ثم يزداد حجم كل حلقة في الشبكة ببطء مرة أخرى بنسبة ربما تكون ٠٫٥ بالمائة. يمكنك حتى تغيير مزيج البلاستيك أثناءَ عملية التصميم.

(٣-٢) التصميم التوليدي

يأخذ التصميم التوليدي فكرة الوصفة خطوة أخرى للأمام، فبدلًا من سيناريو مكثف، يستخدم التصميم التوليدي شكلًا كنواة ومجموعة من القواعد تحدد كيف يجب أن يتطور هذا الشكل، أو يتكشف، بمرور الوقت. على سبيل المثال، لتنمية شكل معقد يشبه الشجرة، ستبدأ بنواة بسيطة، وهي شكل أسطواني رأسي بسيط مربوط بقاعدة مسطحة. بعد ذلك، يمكنك تحديد قاعدة واحدة، وهي ربط شكلين أسطوانيين آخرين أصغر في الحجم من الشكل الأصلي بنسبة ١٠ بالمائة على شكل حرف Y في كل نهاية حرة من كل أسطوانة. سيؤدي تطبيق هاتين القاعدتين بنحو تَكراري إلى إنماء الأسطوانة النواة لشكل كبير يشبه الشجرة.
figure
يمكن استخدام التصميمات التوليدية لتصميم أجسام بشكل ومظهر أكثر طبيعية (الصورة مهداة من شركة نيرفس سيستم).

بدأت أنظمة التصميم التوليدي الآن في الازدهار تِجاريًّا لكن معظم هذا العمل يقوم به مصممون محترفون من أجل مشروعات خاصة. تُسمَّى برامج التصميم التوليدي أحيانًا «قواعد الشكل»، والتي عندما تُطبع نتائجها تؤدي إلى إنتاج أشكال معقدة ثلاثية الأبعاد.

يمكن استخدام الأنظمة التوليدية مع مجموعة مختلفة من القواعد، وعمليات وأشكال أساسية مختلفة، وتركيب مختلف، وما إلى ذلك. بعض الناس يجربون مجموعة من القواعد الثابتة، بينما يستخدم آخرون قواعد شرطية تعتمد على الحالة الحالية للشكل. على سبيل المثال، ربما تحدد قاعدة أن تُقسِّم الأسطوانة لأسطوانات أصغر فقط في حالة إن كان قُطر الأسطوانة أكبر من خمسة ملِّيمترات. هناك عامل متغير واحد سُمي تيمنًا باسم عالِم الأحياء، أريستيد ليندنماير، وهو عبارة عن مجموعة قواعد مشهورة بقدرتها على توليد أشكال وأجسام تشبه النباتات، والتي غالبًا ما تُستخدم لتوليد مشاهد رسومية طبيعية خصبة منتجة بالكمبيوتر في الأفلام وألعاب الفيديو. (أنت لا تظن أن هناك فنانًا يرسم كل شجرة، أليس كذلك؟)

يمكن لبرامج التصميم التوليدي التعامل مع القواعد شبه العشوائية التي ربما تؤدي أو لا تؤدي إلى تغيير الشكل بناء على الصدفة، أو ربما تؤدي إلى نتائج مختلفة طبقًا لاحتمالية محددة سلفًا. مثل هذه القواعد شبه العشوائية تعمل على أن تبدوَ كل شجرة في المشهد كشجرة حقيقية، لكن في الوقت ذاته تبدو كلٌّ منها مختلفة عن الأخرى بنحو طفيف. ويمكن إنتاج عدد لا نهائي من الصور التوليدية، وتصبح الأشكال غنية أكثر بالتفاصيل وأكثر تعقيدًا، وذلك بنحو يشبه ما يحدث في علم الأحياء.

تُعتبر صور علم الأحياء توليدية؛ فلا يحدِّد الحَمض النووي الخاص بكل منا أين ستكون كل خلية؟ وماذا ستفعل؟ وكيف ستتواصل كل خلية عصبية في أدمغتنا؟ وكذلك فإن الحَمض النووي ليس نصًّا برمجيًّا مكتوبًا يُنتِج جسمًا إذا نُفِّذ، لكن تحتوي شَفرة الحَمض النووي على مجموعة قواعد تُطبَّق بنحو متكرر على أول خلية تناسلية حتى يَنتُج جسد كامل.

(٣-٣) المخططات التفاعلية

أكثر أشكال اللغة تعقيدًا للتعامل مع وصف الأشكال هي تلك التي تتسم بالديناميكية والتفاعلية. أسمي هذا النوع من عملية التصميم «المخططات التفاعلية». تمكن هذه المخططات المصمم من أَتْمتة عملية إنتاج الأشكال المعقدة التي ستتأقلم «في الزمن الفعلي» مع بيئتها التي تكون مواصفاتها غير معلومة للمصممين.

figure
يومًا ما، ستصمم المخططات التفاعلية منازل بأشكال مثالية لبيئتها (مشروع «ديجيتال فيرناكيولار» الخاص بشانكارا إس كوثابورام ومي لينج لين ولينج هان وجايوي سونج، وهو جزء من استديو التصميم «ماشينيك كنترول» بقيادة مارتا ماليه ألاماني، ويدرسه يرون فان أمجيد في كلية الرابطة المعمارية للهندسة المعمارية ومعمل البحث التصميمي).

لا تؤدي المخططات التفاعلية مهامَّ بسيطة؛ على سبيل المثال، فإنك لن تستخدم هذه المخططات لطباعة مقبض بديل لغسالتك في المنزل بنحو ثلاثي الأبعاد. بدلًا من ذلك، ستطبق هذه المخططات في مشروعات تصميم تكون البيئة فيها مجهولة وحتى متغيرة.

يمكن لأي مخطط تفاعلي إرشاد طابعة خرسانة ضخمة تطبع منزلًا يحتاج إلى التكيف مع طبيعة أرض غير معروفة بعدُ، أو جسرًا يحتاج إلى التكيف مع ظروف الرياح، أو أباجورة تحتاج لتعويض ظروف إضاءة محيطية معينة. ويمكن للمخطط التفاعلي أن يكون مثاليًّا في غرف الجراحة. وربما يومًا ما تَصنع الطابعاتُ الثلاثية الأبعاد في موقع الحدث نسيجًا حيويًّا داخل الجسم البشري يتكيف مع الظروف الفريدة لكل جسم.

ستحتاج برامج التصميم التي تنفذ المخطط التفاعلي أولًا إلى مسح البيئة المستهدفة، وستحتاج كذلك إلى أن تكون قادرة على «محاكاة» تلك البيئة بدقة عالية لمعرفة أي القواعد بالضبط ستُستخدم ومتى. باستخدام هذه المعلومات، ستقدِر على «إنماء» الشكل المناسب لهذه البيئة المحددة، وهذا الشكل سيُصنع بعد ذلك بطابعة ثلاثية الأبعاد.

عندما يحضر أي مصمم طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة مخططات تفاعلية، سيكون من المستحيل مقدمًا على وجه الدقة معرفة كيف سيخرج التصميم النهائي وكيف سيبدو. ستختلف الاستجابة حسب كل موقف؛ مما سيغيِّر التفاصيل الخاصة بالتصميم النهائي. في الطبيعة، على سبيل المثال، فإن النباتات عادةً ما تنمو مائلة نحو مصدر للضوء، لكن بعد فترة من النمو ستتوقف عند ارتفاع معين بسبب الضغط الداخلي الذي يولده وزنها الزائد. إذا أتيحت لك القدرة على تصميم عملية نمو نبتة ما، فيمكنك وضع القواعد التي تسمح للنبتة بالمزيد من النمو عندما تتعرض لمصدر ضوء خارجي. يمكنك التحكم في هذا النمو بقواعد قائمة على مستشعرات بالضغط تتحكم في نمو النبتة حتى لا يزيدَ ارتفاعها وتتسبب في حدوث حمل داخلي كبير جدًّا.

إذا طُبقت هاتان القاعدتان — الداخلية والخارجية — معًا على النباتات في ظروف مختلفة، فسيؤدي هذا إلى نمو نباتات بأطوال وأشكال مختلفة. وحتى إذا كانت هناك نبتتان بنفس مجموعة القواعد، ووضعت إحداهما في ضوء ساطع والأخرى في ضوء خافت، فسينتهي بهما الحال بشكل مختلف؛ بسبب الاستجابة المختلفة لمستشعِرات كل نبتة، ورد الفعل المختلف الذي أحدثته تلك الاستجابة بسبب القاعدتين.

(٣-٤) تصميم أباجورة واحد، وأباجورات عدة مخصصة

كيف يمكن لمصممي المستقبل تطبيق نظم تفاعلية على عملية تصميم المنتجات؟ تخيَّل مخططًا تفاعليًّا لأباجورة. سيُحدَّد شكل تلك الأباجورة باستخدام مجموعة من القواعد التي ستُطبق على «شكل بدائي» بسيط لتطوير التصميم النهائي للأباجورة. ستضع الأباجورة في أحد أركان «غرفة» افتراضية بجانب «نافذة» افتراضية داخل محاكاة بالكمبيوتر. سيحسب البرنامج الاستجابة للضوء المتاح بجانب النافذة الافتراضية مما سيقود التصميم إلى شكل محدد.

إذا وُضعت الأباجورة في غرفة افتراضية مختلفة بجانب مصدر ضوء ثابت، فسيتطور تصميم الأباجورة ليصبح شكلًا جديدًا. وبتطبيق الإشارات البيئية التي يحاكيها الكمبيوتر على عملية التصميم، فإن المخططات التفاعلية تحدد المنتج ليس بوصف شكل مرغوب به، لكن بتركه يتشكل استجابة للبيانات.

يمكن أن يؤديَ تصميم إحدى الأباجورات إلى العديد من التصميمات المخصصة الأخرى، التي كلٌّ منها متكيف مع استخدامه الخاص لكن كلها أباجورات، مثل الأشجار الفردية في غابة. فإذا كنت تمتلك هذا المخطط التفاعلي للأباجورة، فيمكنك إنتاج تصميم مختلف للأباجورة لكل غرفة في منزلك، بشرط أنه يمكنك محاكاة ظروف الإضاءة بنحو دقيق في منزلك بواسطة برنامج التصميم خاصتك.

(٣-٥) طابعات تفكر

لأخذ فكرة المخططات الديناميكية إلى بُعد آخر، يمكن أن تُغذيَ الطابعة الثلاثية الأبعاد ببيانات الاستجابة مباشرةً؛ ليس من محاكاة بالكمبيوتر، ولكن من الواقع. تخيَّل طابعة ثلاثية الأبعاد ستمتلك القدرة على إدراك ما تحتاج إلى طباعته والتكيف مع ظروف الطباعة. معظم الطابعات الثلاثية الأبعاد تطيع طاعة عمياء فيما يخص تنفيذ التعليمات؛ إذا لا تنظر إن كانت التعليمات ستُنتج الجسم المطلوب أم لا. مثل هذه الأنظمة تُسمَّى «الحلقة المفتوحة».

استكشف دانيال كوهين من جامعة كورنيل فكرة الطابعات الثلاثية الأبعاد التي تراقب ما تُنتجه. حيث صنع طابعة بنظام حلقة مغلقة، وهي طابعة «تراقب» ناتج الطباعة وتضبط نفسها بنحو ديناميكي استجابة للمواقف المختلفة. على سبيل المثال، تطبع طابعة باستخدام مادة ارتشاحية لا تحتفظ بشكلها مثل الشمع في يومٍ حارٍّ، بينما يُطبع الجسم المصنوع من الشمع، فإن المناطق الذائبة ربما تترسب أكثر مما هو متوقع. الطابعة ذات نظام الحلقة المفتوحة ستستمر في الطباعة مما ينتج عنه شكل مشوَّه.

لتصحيح مشكلات كهذه، أضاف دانيال ماسحًا ضوئيًّا لرأس الطباعة في الطابعة الثلاثية الأبعاد. كانت مَهمة الماسح الضوئي الأساسية مراقبة كيف تُطبع الأجسام بنحو دقيق. وبفضل هذا الماسح، كانت طابعة دانيال ذات الحلقة المغلقة قادرةً على التعرف على أي مشكلة في الطابعة مثل ترسب الشمع هذا.

على الرغم من ذلك، فإن التعرف على المشكلات كان مجرد البداية؛ فبصنع برامج قادرة على قراءة نتاج الماسح الضوئي، كانت الطابعة الثلاثية الأبعاد قادرة على الاستجابة للتغيرات في البيئة من حولها؛ فبمراقبة نتائج الطباعة، وتعديل التصميم لتصحيحها وضبط عملية الطباعة في الوقت الفعلي، يمكنك القول إن هذه الطابعة كانت «تتعلم».

تساهم الطباعة المعتمِدة على نظام الحلقة المغلقة بنحو يفوق مجرد مراقبة شكل الجسم المطبوع. إذا بُرمجت هذه الطابعة بنحو صحيح ووُفر لها الإمكانات المناسبة لإيصال الظروف البيئية المحيطة، فيمكنها مراقبة قوة المادة التي تطبع بها وإضافة مواد في حالة الضرورة. إن أي طابعة ذكية تعمل بنظام الحلقة المغلقة يمكنها مراقبة موصلية أو لدونة المادة أثناءَ طباعتها. في الحقيقة، إن أي مادة أو خاصية تركيبية في الجسم النهائي المطبوع يمكن قياسها وتعديلها في الوقت الفعلي يمكن تصنيعها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد بنظام الحلقة المغلقة قادرة على التكيف باتباع التعليمات من مخطط تفاعلي.

(٤) تغيير شكل أدوات التصميم

في البداية نحن نشكل أدواتنا، ثم تُشكِّلنا الأدوات فيما بعدُ. يعكس التصميم للطباعة الثلاثية الأبعاد تأثير سنوات من القيود المادية، وهو ما يشبه الطريقة التي تغلَّف وتُباع بها الموسيقى المسجلة. هل تذكرون الألبومات المسجلة على أسطوانات الفينيل؟ كانت الأسطوانة تحوي مجموعة من الأغنيات كلٌّ منها مدتها ثلاث أو أربع دقائق. وبما أن أسطوانة الفينيل كانت محدودة المساحة، فإن كل ألبوم كان مكونًا من حوالي عشرة أغنيات فقط، خمسة على جهة، وخمسة على الجهة الأخرى.

لا يوجد أي أمر معياري يتعلق بالألبومات عندما تفكر فيها؛ فليس هناك نظرية جمالية تتسم بالعمق تحدد أن يصدِر الفنان بنحو دوري وفي وقت واحد مجموعةً من الأغنيات متساوية الطول في الغالب، ويضعها على وحدة تخزين مادية مفردة، لها عنوانٌ ما وغِلاف مزخرف. إن موتسارت بالتأكيد لم يعمل طبقًا لهذا المعيار. مع ذلك، فإنَّ تصوُّرَنا للموسيقى المسجلة ما زالت تشكِّله أسطوانات الفينيل التي بطَل استخدامها منذ عقود.

إن عشاق الموسيقى من سن معينة يفكرون في إطار الألبومات، ويفكر المصممون واضعين في اعتبارهم القيود التي كانت مفروضة فيما مضى فيما يتعلق بالقدرة الحاسوبية المحدودة والقيود المادية لآلات التصنيع.

ستتوسع قدرتنا على تخيُّل الأجسام المادية وطباعتها بنحو ثلاثي الأبعاد، جنبًا إلى جنب مع زيادة قدرة برامج التصميم على التعبير عن الأشكال. ستكون أدوات التصميم في المستقبل سهلة الاستخدام، وسيستجيب بعضها للمس والحركة والظروف البيئية. وستصبح أجهزة الكمبيوتر أكثر مهارة في رسم الأشكال وذكية بما يكفي لحل مشكلات التصميم التي لا نقدر على حلها.

سيرشد البشرُ استراتيجياتِ التصميم الخاصة بأجهزة الكمبيوتر خاصتهم بتغذيتها بالبيانات أو التخلص من حلول التصميم غير المرغوب فيها واستيلاد أخرى مرغوبة أكثر. وكما كتب سيفام كريش في مدونته «التصميم التوليدي»: «لا يكمن الحل في إنهاء دور المصمم البشري، بل في مساعدته بإدارة القيود والمتطلبات التي تتطور على مدار عملية التصميم.»2

في الطباعة الحيوية، على سبيل المثال، ليس هناك برنامج تصميم لأنظمة الأوعية الدموية. يومًا ما سيَستخدم الأطباء برامج التصميم التوليد للتعامل مع هذه المشكلة، وبدلًا من تصميم نظام أوعية دموية معقَّد للكُلى بوصف شكلها الدقيق المتشعب مباشرةً، سيحدِّد الطبيب بعض القواعد الأساسية. بعد ذلك، من أجل «تصميم» شبكة الأوعية الدموية داخل الكِلية، سيستخدم الطبيب برنامج التصميم التوليدي من أجل «إنماء» شبكة معقدة من الأوردة الجديدة. أنتجت الطبيعة مجموعة مدهشة من «التصميمات» المعقدة للنباتات والحيوانات وحتى الأجسام غير الحية مثل البِلَّورات والأنماط الخاصة بالرمال. بدأت الطابعات الثلاثية الأبعاد في السماح لنا بصنع تركيبات معقدة لكن التصميمات ما زالت بعيدة عن متناول أيدينا.

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢٠