MechStyle: l’IA del MIT che unisce design generativo e resistenza meccanica

Se hai mai provato a stampare un modello 3D generato dall’intelligenza artificiale, sai che l’esperienza può presentare diversi ostacoli: il modello può avere “protuberanze IA” indesiderate (piccole imperfezioni o sporgenze irregolari), dettagli impossibili da realizzare per la tua stampante 3D e, cosa fondamentale, lacune nella stabilità meccanica.

C’è stato molto fermento intorno alla creazione di modelli generati dall’IA che siano effettivamente stampabili. Ad esempio, Backflip, un generatore di modelli IA dei creatori di Markforged, promette una generazione di modelli 3D pensata appositamente per la stampa. Più recentemente, MeshyAI ha annunciato il lancio di Creative Lab, una piattaforma per la generazione di modelli stampabili in 3D. Ora, i ricercatori del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del Massachusetts Institute of Technology (MIT), insieme a ricercatori di Google, Stability AI e della Northeastern University, hanno sviluppato il sistema “MechStyle”. Lo scopo di questo sistema è realizzare oggetti del mondo reale con l’IA, creando articoli funzionali che presentino al contempo l’aspetto e la consistenza desiderati dall’utente.

Come funziona MechStyle?

Funziona in modo leggermente diverso rispetto ad altri generatori di modelli 3D IA. Invece di iniziare con un prompt testuale, un’immagine o un video, il processo di MechStyle comincia con un modello 3D, caricato dall’utente o scelto tra asset predefiniti come vasi e ganci. Successivamente, l’utente può fornire al software istruzioni tramite testo o immagini per creare una versione personalizzata. La geometria verrà quindi modificata da un modello di IA generativa, mentre MechStyle simula l’impatto di tali cambiamenti su parti specifiche. In questo modo, MechStyle garantisce che le aree vulnerabili rimangano strutturalmente solide. In sostanza, crea un progetto ottimizzato dall’IA che gli utenti possono stampare in 3D e utilizzare nel mondo reale.

In un articolo su MechStyle pubblicato dal MIT, è stato fatto l’esempio della stampa 3D di un gancio da parete. Un utente potrebbe caricare il modello 3D di un gancio, indicare il materiale di stampa e chiedere al sistema di crearne una versione personalizzata con istruzioni come: “genera un gancio a forma di cactus”. Il modello IA lavorerà in tandem con il modulo di simulazione per generare un modello 3D simile a un cactus, mantenendo però le proprietà strutturali di un gancio. Si tratta quindi di due componenti che collaborano: il processo di stilizzazione (basato sulla comprensione del prompt testuale) e il feedback ricevuto dal modulo di simulazione.

“Vogliamo usare l’IA per creare modelli che si possano effettivamente fabbricare e usare nel mondo reale“, ha dichiarato Faraz Faruqi, dottorando del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica (EECS) del MIT e ingegnere del CSAIL. “MechStyle simula l’impatto che i cambiamenti basati sulla GenAI avranno su una struttura. Il nostro sistema permette di personalizzare l’esperienza tattile del tuo oggetto, incorporandovi il tuo stile personale e garantendo al contempo che l’oggetto possa resistere all’uso quotidiano“.

Forza attraverso la fisica: l’analisi agli elementi finiti

Un componente vitale del progetto MechStyle è l’uso dell’analisi agli elementi finiti (FEA). Si tratta di un metodo di simulazione fisica che crea una sorta di mappa termica, indicando quali regioni sono strutturalmente valide sotto un carico realistico e quali no. Successivamente, mentre l’IA affina il modello, la simulazione identifica le parti che si stanno indebolendo e impedisce ulteriori modifiche dannose.

Tuttavia, eseguire simulazioni FEA costanti rallenta drasticamente il processo dell’IA, perciò MechStyle è progettato per sapere quando e dove effettuare analisi strutturali aggiuntive. “La strategia di pianificazione adattiva di MechStyle tiene traccia dei cambiamenti che avvengono in punti specifici del modello“, ha aggiunto Faruqi. “Quando il sistema di IA generativa apporta modifiche che mettono in pericolo certe regioni del modello, il nostro approccio simula nuovamente la fisica del design. MechStyle apporterà modifiche successive per assicurarsi che il modello non si rompa dopo la fabbricazione“.

Attraverso la FEA e la pianificazione adattiva, MechStyle è riuscito a generare oggetti strutturalmente validi fino al 100%. Il team ha testato 30 modelli con stili simili a mattoni, pietre e cactus, scoprendo che il modo più efficiente per creare oggetti solidi era identificare dinamicamente le regioni deboli e regolare il processo di IA generativa per mitigare gli effetti negativi. I ricercatori hanno capito di poter interrompere completamente la stilizzazione al raggiungimento di una determinata soglia di stress, o di poter apportare perfezionamenti graduali per evitare che le aree a rischio raggiungessero quel punto.

MechStyle: come può essere migliorato?

I ricercatori del CSAIL hanno spiegato che, sebbene il sistema MechStyle possa garantire che il modello di un utente rimanga strutturalmente solido, non è ancora in grado di migliorare modelli 3D che non erano validi in partenza. Se qualcuno carica un modello non strutturalmente idoneo su MechStyle, riceverà un messaggio di errore. In futuro, il team punta a far sì che MechStyle possa migliorare la durata anche di questi modelli difettosi.

Ricordate che MechStyle inizia sempre da un modello 3D caricato dall’utente o da un asset predefinito? Anche questo è un aspetto che i ricercatori sperano di evolvere. L’obiettivo è che la piattaforma utilizzi l’IA generativa per creare i modelli 3D da zero, invece di affidarsi a design preesistenti. Per saperne di più su MechStyle e vedere cinque esempi di applicazione, potete trovare l’articolo scientifico pubblicato sul progetto QUI.

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*Cover Image Credit: MIT News