ZTOP+ZUMO

50 minutos com Mark Davis, Head of Design Research da Autodesk

[ZTOP na Autodesk 2016] Como a empresa está criando um futuro onde máquinas poderão desenhar máquinas — mas ainda com a supervisão humana, é claro.

No fim da nossa conversa com Bryan Kester (Head of IoT da Autodesk), o executivo fez um interessante comentário sobre como o poder da computação na nuvem e a imensa base de conhecimento nas áreas de software, materiais e técnicas de manufatura combinadas com o feedback de informações coletadas no mundo real (via IoT) está alavancando outra revolução ainda mais surpreendente na área de design de novos produtos utilizando o Generative Design ou Design Generativo.

E apesar deste nome não ser muito sexy — pelo menos em português— o que ele é capaz de fazer é, no mínimo, de arrepiar o cabelo:

Essa tecnologia em si não é nova e já foi apresentada em diversas oportunidades tanto aqui quanto lá fora, sendo que o Henrique até já escreveu sobre isso aqui no ZTOP (aqui e aqui).

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Mas como sempre, ver o trailer de um filme no cinema ou uma peça encostada num canto do showcase é uma coisa. Agora… Ter a oportunidade de bater um papo com o pai da criança é algo muito mais bacana.

E foi exatamente isso que aconteceu no último encontro do dia lá na sede da Autodesk em San Francisco, onde conheci Mark Davis, Head of Design Research, que trabalha no Office of the CTO e é responsável pela pesquisa e desenvolvimento de médio e longo prazo das próximas gerações de ferramentas que os designers e engenheiros irão utilizar daqui a uns três ou dez anos.

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Ele é um especialista nas áreas de negócios, tecnologia e design sendo que já criou diversos produtos e interfaces para empresas como Palm, Lucasfilm, LG, Sony e Netflix. Atualmente, trabalha em um projeto de pesquisa chamado Dreamcatcher, que é uma nova e revolucionária ferramenta de design para as indústrias de manufatura, automotiva e aeroespacial:

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E o que é exatamente o Dreamcatcher? Em termos gerais, é um sistema onde o designer começa com uma idéia do tipo “quero fazer um drone” e passa este “desejo” para o computador por meio de alguma interface/ferramenta de entrada que pode ser um rascunho, um desenho em CAD, uma imagem, um papinho aranha etc…

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…junto com algumas informações complementares como dimensões, peso, desempenho máximo …

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… e alguns parâmetros técnicos…

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… sendo que, com isso, o Dreamcatcher inicia o seu processo “generativo” de criar uma forma utilizando algoritmos “evolucionários” inspirados em fenômenos da natureza — como o crescimento de limo, mofo e até ossos — o que explica esses formatos mais orgânicos do que cubistas:

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Uma das grandes sacadas dessa técnica é que, graças à imensa capacidade de processamento na nuvem, o algoritmo pode criar inúmeras variações deste mesmo tema, o que permite ao designer avaliar se o visual…

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… e o desempenho está mais próximo do que ele quer e — caso não esteja satisfeito — ele pode indicar um ou mais modelos que chegaram mais próximos do seu desejo e usá-los como ponto de partida para a criação de uma nova geração de modelos:

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O interessante é que isso lembra um pouco a teoria da evolução das espécies, onde esse processo “evolutivo” pode ser repetido várias vezes até que o sistema entregue um produto…

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…que atenda plenamente os desejos do seu criador humano.

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Mark explica que suas pesquisas com Design Generativo tiveram início uns cinco anos atrás, apenas conversando com os profissionais do mercado (designers industriais, mecânicos, arquitetos etc.) para conhecer melhor quais eram as suas ferramentas do dia-a-dia, como lidavam com desenhos complexos. Ao mesmo tempo, eles também analisaram o que havia de estado da arte no mercado em termos hardware e software na época.

Segundo ele, um problema que eles encontraram é que como esses profissionais costumam não dizer (ou simplesmente não sabem) o que precisam, foi um tanto difícil ter um bom feedback. De fato, o executivo brincou dizendo que se ele fosse Henry Ford, a resposta que ele teria seria algo como “queremos um cavalo mais rápido!”

Aí o que seu grupo fez foi preparar alguns protótipos que foram apresentados para o mercado para ver o que eles acharam e, a partir deste retorno, o grupo começou a desenvolver seus novos produtos.

Mark disse que os primeiros profissionais que eles se aproximaram foram os arquitetos, já que de um certo modo, eles já trabalhavam com Design Generativo só que com outro nome — “Design Computacional“.

Isso porque para construir um objeto em arquitetura, estes profissionais precisam se preocupar com diversos detalhes como o desempenho das estruturas, os materiais utilizados, a posição do sol, o cenário, as pessoas que irão ocupar o imóvel, o controle de temperatura do interior –  e tudo isso precisa ser levado em consideração na hora de desenhar um projeto, o que não deixa de ser bastante coisa para uma pessoa guardar na cabeça e ficar de olho ao mesmo tempo.

Dai, a solução encontrada por eles foi de colocar tudo isso no computador e ver a resposta. Isso permitiu automatizar diversas tarefas como cálculo das estruturas, a análise de desempenho de diferentes opções de materiais, a determinação do melhor aproveitamento do espaço, simulações diversas, sendo o único fator limitante neste caso a capacidade de processamento do computador.

Fora isso, naquela época os processos de manufatura ainda não estavam tão avançados com os que já podemos ver no Pier 9. Por exemplo, a impressão aditiva em metal só virou realidade em tempos recentes.

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“Depois as pesquisas avançaram e graças à confluência de novas tendências como o poder de processamento mais barato e o surgimento de novos materiais permitiram a criação de coisas que só existiam na cabeça dos designers”, concluiu o executivo.

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Fora isso, outras tendências também surgiram na forma de ferramentas de Machine Learning e de Inteligência Artificial, sendo que neste momento seu grupo começou a questionar o que é que poderíamos aprender de todos os desenhos do passado para ajudar um designer nos dias de hoje a iniciar seu projeto?

Por exemplo, se eu quiser desenhar um veículo de carga, eu poderia olhar para o passado e pesquisar todos os tipos e modelos de vagões já construídos com três, quatro rodas, feito de madeira, metal, puxados pela frente ou motorizado. e trazer isso para o ambiente de trabalho do designer e, em vez de começar no CAD com uma tela branca, ele já poderia começar já com alguma coisa parecida com um veículo.

E por que essa estratégia é importante para a Autodesk? Mark explicou que esta é uma maneira completamente diferente de desenhar algo, principalmente se comparado com a atual linha de produtos da casa.

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Mark citou Jeff Kowalsky, VP sênior e CTO da Autodesk, que, certa vez, também disse que quando você é um designer e tem uma idéia na cabeça, você rabisca ela no seu caderno/bloco de notas/guardanapo de papel — ou — vai correndo para o seu PC e a coloca no computador, ou seja, se você tem uma idéia é preciso documentá-la no computador e cá entre nós, isso não exige muito da capacidade de processamento do mesmo, já que ele não faz muita coisa além de registrar as linhas traçadas pelo designer ou ajudá-lo a criar uma forma.

Com isso o que Mark quer dizer é que nas atuais ferramentas de desenho, o computador fica mais parado esperando que o designer passe as informações para o mesmo como se fosse uma super prancheta de desenho. Já no modelo de Design Generativo, em vez de se preocupar com a solução, você se preocupa com o problema.

Por exemplo, no caso deste sistema de videoconferência (embaixo), no modo atual o designer pensa na solução completa ou seja — como vai ser o produto final — levando em consideração uma série de requisitos do tipo:

  • Ele vai ter uma câmera com campo de visão de 360°.
  • Ele vai ser feito de plástico moldado.
  • Ele vai ter uma base com espaço para os circuitos eletrônicos.
  • Ele vai ser alimentado ligado numa tomada de 110 volts.
  • Ele vai ter conexões para acessórios opcionais.
  • etc, etc.

Ai pegamos tudo isso e vamos para o computador desenhá-lo no CAD.

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Já no modelo generativo, a maneira de pensar num produto é algo como:

  • Eu quero algo que ocupe este espaço na mesa.
  • Eu quero algo que tenha uma entrada de áudio.
  • Eu quero algo que tenha um sistema de computador capaz de produzir feedbacks na forma digital.
  • Eu quero algo que não tombasse se for inclinado até este ângulo.
  • Eu quero algo que tivesse algum circuito eletrônico capaz de operar um painel LCD na sua base.
  • Etc, etc.

Então passamos tudo isso para o computador (sem desenhar uma linha), pressionamos o botão “Generate” e o sistema irá criar dezenas, centenas ou até milhares de opções diferentes.

E se tivermos que fazer ajustes do projeto ou problemas com seu custo de fabricação, basta alterar alguns parâmetros como “usar plástico no lugar de metal” que o sistema leva esses fatores em consideração nas próximas interações, algo que o executivo chama de “multi-objective design optimization.

Mark observa que essa é a grande premissa dessa tecnologia já que na média, o lado esquerdo do cérebro humano é capaz de monitorar até seis variáveis dependentes ao mesmo tempo, sendo que com a adição de uma sétima ou oitava variável, a pessoa já não consegue mais avaliar todos os seus efeitos. Já o computador é capaz de tomar conta de uma centena de variáveis — e calcular seus efeitos — de maneira muito fácil.

Assim estamos falando em descongelar o lado direito (ou criativo) do cérebro do designer, já que ele não precisa se preocupar com as variáveis dependentes do seu projeto. E esta é a verdadeira revolução que o Design Generativo está trazendo para o mercado, ou seja, ele vai considerar opções que o designer nunca iria considerar. Isso porque o computador não possui idéias pré-concebidas (a não ser aquelas passadas pelo designer) o que permite que o mesmo explore novas idéias.

Mas voltando ao exemplo acima, se o designer não deixar claro que ele quer algo que mantenha a câmera numa certa altura fixa no topo de uma coluna, o computador não vai se preocupar com isso e desenhar um produto onde a câmera fique localizado na base, pendurado por um fio ou pairando no ar por meio de levitação magnética.

Com isso, o designer tem um ganho imenso de possibilidades, já que em vez de poder avaliar umas quatro ou cinco idéias para um novo produto, com o Design Generativo, ele terá centenas, conclui o executivo.

Outra grande funcionalidade que o Design Generativo também engloba é o que Mark chama de manufacturability (ou design for manufacturing = DFM) que é a capacidade de desenhar um produto da maneira mais fácil dela ser fabricada.

Nos dias de hoje, o processo de criação de um produto segue um fluxo que passa primeiro pelo designer industrial, depois pelo designer mecânico e finalmente pelo um engenheiro de produção que vai determinar em que fábricas ele será produzido, baseado no seu processo de fabricação, custo, cadeia logística etc. — sendo que tudo isso também pode ser passado para o sistema de Design Generativo.

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Por exemplo, se você disser que você só quer usar um display colorido no seu produto, o sistema já irá apresentar todos os modelos que podem ser usados no mesmo e quem são seus fornecedores.

Assim, com essa capacidade de levar em consideração o processo de fabricação durante o processo de design, é possivel avaliar coisas meio complicadas como o custo final do produto — em especial na hora de propor uma mudança — que vai ter que passar pela avaliação do designer mecânico que, por sua vez vai ter que falar com o pessoal da engenharia de produção que — nos dias de hoje — tem todas as cartas na mão, já que ele conhece as fábricas, conhece os materiais, conhece os fornecedores, sabe o que acontece no chão da fábrica, etc.

De fato, são eles que até determinam de que material e como um produto será feito já que o designer pode até dizer que deseja que seu produto seja feito com este belo plástico reluzente, mas o pessoal da produção vai simplesmente dizer “bom… mas ele vai ser feito com ESTE plástico!”

Já com o Dreamcatcher, o designer pode pegar as limitações de fabricação e levá-los em consideração durante a fase do design conceitual, de modo que se eu disser que só quero ver produtos que possam ser feitos em máquinas de CNC, o sistema irá explorar todas as possibilidades, mas só irá apresentar aquelas feitas em CNC, ignorando outros processos como a impressão em 3D, de vacuum forming, plástico injetado e assim por diante.

Caso contrário ele vai te mostrar tudo. E se perguntar quais deles são feitos com vacuum forming — puf! — aqui estão eles.

No passado, nunca foi possível incluir o processo de fabricação durante a fase conceitual do projeto de um produto, mas agora é — e isso é algo realmente novo e muito legal — conclui o executivo.

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Quando perguntado qual seria a interface ideal para um designer descrever seu “produto dos sonhos” para o Dreamcatcher — desenhar, falar, preencher um formulário na tela, etc. — Mark respondeu que esses métodos ainda estão muito associadas ao atual modelo de desenhar no CAD empurrando o mouse, sendo que no sistema de Design Generativo, o profissional irá passar mais tempo pensando no problema que depois terá que ser descrito para o computador de algum jeito. E enquanto isso não acontecer ele não irá ajudar muito.

Assim, um dos objetivos dessa pesquisa é de baixar o nível de complexidade para facilitar ao máximo a descrição correta do problema para o Dreamcatcher.

Mark disse que seu grupo está experimentando várias idéias, como por exemplo mostrar um rascunho para o computador e o mesmo se encarrega de descobrir do que se trata — algo como “ah, isso é um carro e não uma carroça!”

Outra abordagem bem promissora é a busca por imagens, cuja mecânica é muito parecida com o que já fazemos hoje no Google Image Search, ou seja, você diz que quer fazer uma coisa (como um drone) e o sistema irá lhe apresentar uma centena de imagens de drones na tela…

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… sendo que ai você informa qual modelo se parece mais com sua idéia e o Dreamcatcher irá automaticamente extrair os atributos dessa imagem e criar algo mais próximo do que foi pedido.

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Mark ressalta que essa é a metáfora que gostaríamos de usar no nosso projeto, ou seja, procurar por tudo aquilo que sabemos sobre o produto e se o designer fornecer dados adicionais como uma imagem, rascunho ou mesmo um modelo em CAD melhor ainda, já que computador irá pegar tudo isso, analisar sua geometria e iniciar o seu trabalho com apenas um toque no botão verde!

Com relação as interfaces mais futuristas como interface de voz com linguagem natural, Mark disse que essa parte é a mais simples. O problema é que, pela sua experiência, os designers preferem se expressar de uma maneira a mais artística na forma de imagens e desenhos.

Não estamos focando nisso neste momento, mas acreditamos que a interface de voz será mais importante em outros tipo de aplicações como realidade virtual onde a experiência de imersão pode ser melhor ainda com o uso de comandos de voz.

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Seria algo parecido com filme do Homem de Ferro? — Mark disse que hesita usar esse exemplo, já que tal solução deve cansar e muito! — Imagine passar horas em pé movendo os braços esticados só para manipular algo, indaga o executivo.

Ele acha que Hollywood valoriza demais uso das mãos em interfaces holográficas, mas conclui dizendo que os comandos de voz serão uma ferramenta poderosa para certas aplicações, como por exemplo, chamar aquelas opções que ficam muito enterradas abaixo de vários níveis na interface do usuário como aquela complexa paleta de cores que você não tem a mínima idéia onde onde ela está escondida.

Uma terceira área em que o Design Generativo tem um papel relevante é na abertura de novas possibilidades de uso do processo de fabricação aditivo. Isso porque, na sua opinião, ainda não existem boas ferramentas de design capazes de tirar o máximo proveito dessa técnica principalmente no que se refere a como desenhar o interior de uma peça, chegando ao menor nível de detalhamento, ou mais exatamente a menor quantidade de material que pode ser depositado com o processo aditivo.

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Sob o seu ponto de vista, o processo aditivo pode se beneficiar muito do uso de ferramentas de desenho não convencionais. Isso porque como o objeto é feito em camadas, é preciso levar em consideração novos fatores, como por exemplo se você vai imprimir um objeto em metal, como ele vai ficar de pé ou como vai se comportar quando exposto ao calor durante a fabricação.

Para ilustrar esse assunto, Mark aproveitou a deixa para mostrar alguns exemplos de objetos impressos em metal produzidos por meio de diferentes técnicas.

Por exemplo, esta é uma prótese artificial impressa em titânio que pode substituir a ponta do fêmur que encaixa no osso da bacia.

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Mark explica que a grande sacada dessa peça é que com a tecnologia de Design Generativo foi possível criar essas caóticas microestruturas de 20 mícrons de espessura que “enganam” o organismo que acha que isso é um pedaço de “osso enfraquecido” o que faz com que o mesmo crie uma camada óssea sobre a ela num processo que os médicos chamam de osteointegração:

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Este outro exemplo ilustra bem a fusão do Design Generativo com as novas técnicas de fabricação aditiva, já que o objetivo neste caso era de criar uma engrenagem que atendesse as mesmas especificações de um modelo de linha, porém utilizando a menor quantidade de material possível sem comprometer a sua durabilidade e resistência.

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A solução encontrada foi essa grade estrutural montada internamente na peça:

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Já este objeto é um mini-pedal como aqueles usados em carros, sendo o seu principal atributo a combinação de leveza e resistência estrutural que não de compara com qualquer coisa produzida por meios convencionais. Fora isso, também chama a atenção o visual das suas linhas —  quase orgânicas — que parecem ter saído de um filme de Alien.

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Quando questionado como esse formato foi obtido, Mark disse que os atributos da peça, como posição dos furos de encaixe, a posição da superfície plana e a cargas que ela teria que suportar foram passadas por um designer mas o formato pouco usual foi criado inicialmente pelo computador, mas foi refinado (ou ressaltado) pelo designer usado o processo de seleção e interações sucessivas.

Com isso, ele quer mostrar que, no processo generativo, o designer assume mais o papel de um curador de opções e escolhas do que um desenhista de CAD propriamente dito.

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Esta outra peça chama a atenção porque ela não foi impressa em 3D e sim produzida utilizando métodos tradicionais de fundição em metal.

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Como assim? Neste caso, o modelo original (ou macho) foi impresso em plástico e foi usado para criar o molde usado na fundição das peças.

Mark comenta que este é um um interessante exemplo de aplicação de tecnologias muito novas em um processo de fabricação muito antigo, sendo que a grande vantagem desse método é a redução de custos, já que ele estima que para imprimir essa peça de metal em 3D, cada uma sairia por aproximadamente US$ 1.000~1.500. Já a fundida sai por apenas US$ 40 cada!

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Quando perguntado quais são seus grandes desafios no Design Generativo, Mark cita duas.

A primeira delas é que nenhum designer deseja ser ignorado no processo criativo ou seja, de algum modo eles desejam fazer parte do processo, da arte, do seu ofício. De fato ele já ouviu pedidos de clientes com décadas de experiência no uso de ferramentas de desenho para não tirar-lhes toda a sua parte artística, não deixar que o computador diga tudo o que tem que ser feito — que deixem nós participarmos.

Já o segundo desafio é garantir que as pessoas possam fazer coisas belas. Isso porque muitas pessoas podem ver isso e dizer “bom… é legal, mas não é bonito!”

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Então eis aqui um exemplo de belo, de acordo com o executivo:

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Este cooler resfriado a ar é um componente de alto desempenho, sendo que esta bela estrutura é o suporte do mesmo — ou seja — em vez de linhas retas e monótonas, eis aqui um exemplo onde arte pode ser aplicada sem comprometer sua utilidade estrutural:

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Quando perguntado qual o estado atual dessa pesquisa e quando esperar a chegada do Dreamcatcher ao mercado, é claro que Mark não pode falar de datas, mas ele já adiantou que já existe um protótipo em estágio bem avançado e funcional, mas que ainda não está pronto para o mercado já que algumas partes como o software generativo está bem avançado enquanto que outras ligadas a parte de manufacturability ainda tem muita coisa a ser feita.

Porém, ele ressalta que a estratégia da sua empresa não vai ser de esperar tudo ficar pronto para colocá-lo à venda.

Isso porque a idéia é de pegar partes dessa pesquisa que já funcionam bem e colocá-las no mercado na forma de ferramentas mais especializadas, como o Autodesk Within, Within Medical  ou o Autodesk Nastram.

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Como dissemos no início deste post, como Mark trabalha no desenvolvimento daquelas ferramentas que os designers e engenheiros irão utilizar daqui a uns três até dez anos, até que ele não está atrasado, né?

Disclaimer: Mario Nagano visitou o The Landmark @ One Market a convite da Autodesk, mas as opiniões e fotos bacanas são dele.

Desde o século passado Mario Nagano analisa produtos e já escreveu sobre hardware e tecnologia para veículos como PC Magazine, IDGNow!, Veja e PC World. Em 2007 ele fundou o Zumo junto com o Henrique assumindo o cargo de Segundo em Comando, Editor de Testes e Consigliere.