TED日本語 - マイケル・ハンスマイヤー: 想像できない形を造る


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TED日本語 - マイケル・ハンスマイヤー: 想像できない形を造る

TED Talks


Building unimaginable shapes


Michael Hansmeyer






As an architect, I often ask myself, what is the origin of the forms that we design? What kind of forms could we design if we wouldn't work with references anymore? If we had no bias, if we had no preconceptions, what kind of forms could we design if we could free ourselves from our experience? If we could free ourselves from our education? What would these unseen forms look like? Would they surprise us? Would they intrigue us? Would they delight us? If so, then how can we go about creating something that is truly new?

I propose we look to nature. Nature has been called the greatest architect of forms. And I'm not saying that we should copy nature, I'm not saying we should mimic biology, instead I propose that we can borrow nature's processes. We can abstract them and to create something that is new. Nature's main process of creation, morphogenesis, is the splitting of one cell into two cells. And these cells can either be identical, or they can be distinct from each other through asymmetric cell division.

If we abstract this process, and simplify it as much as possible, then we could start with a single sheet of paper,one surface, and we could make a fold and divide the surface into two surfaces. We're free to choose where we make the fold. And by doing so, we can differentiate the surfaces. Through this very simple process, we can create an astounding variety of forms.

Now, we can take this form and use the same process to generate three-dimensional structures, but rather than folding things by hand, we'll bring the structure into the computer, and code it as an algorithm. And in doing so, we can suddenly fold anything. We can fold a million times faster, we can fold in hundreds and hundreds of variations.

And as we're seeking to make something three-dimensional, we start not with a single surface, but with a volume. A simple volume, the cube. If we take its surfaces and fold them again and again and again and again, then after 16 iterations,16 steps, we end up with 400,000 surfaces and a shape that looks, for instance, like this. And if we change where we make the folds, if we change the folding ratio, then this cube turns into this one. We can change the folding ratio again to produce this shape, or this shape.

So we exert control over the form by specifying the position of where we're making the fold, but essentially you're looking at a folded cube. And we can play with this. We can apply different folding ratios to different parts of the form to create local conditions. We can begin to sculpt the form.

And because we're doing the folding on the computer, we are completely free of any physical constraints. So that means that surfaces can intersect themselves, they can become impossibly small. We can make folds that we otherwise could not make. Surfaces can become porous. They can stretch. They can tear. And all of this expounds the scope of forms that we can produce.

But in each case, I didn't design the form. I designed the process that generated the form. In general, if we make a small change to the folding ratio, which is what you're seeing here, then the form changes correspondingly.

But that's only half of the story -- 99.9 percent of the folding ratios produce not this, but this, the geometric equivalent of noise. The forms that I showed before were made actually through very long trial and error. A far more effective way to create forms, I have found, is to use information that is already contained in forms. A very simple form such as this one actually contains a lot of information that may not be visible to the human eye. So, for instance, we can plot the length of the edges. White surfaces have long edges, black ones have short ones. We can plot the planarity of the surfaces, their curvature, how radial they are -- all information that may not be instantly visible to you, but that we can bring out, that we can articulate, and that we can use to control the folding.

So now I'm not specifying a single ratio anymore to fold it, but instead I'm establishing a rule, I'm establishing a link between a property of a surface and how that surface is folded. And because I've designed the process and not the form, I can run the process again and again and again to produce a whole family of forms.

These forms look elaborate, but the process is a very minimal one. There is a simple input, it's always a cube that I start with, and it's a very simple operation -- it's making a fold, and doing this over and over again.

So let's bring this process to architecture. How? And at what scale? I chose to design a column. Columns are architectural archetypes. They've been used throughout history to express ideals about beauty, about technology. A challenge to me was how we could express this new algorithmic order in a column. I started using four cylinders. Through a lot of experimentation, these cylinders eventually evolved into this.

And these columns, they have information at very many scales. We can begin to zoom into them. The closer one gets, the more new features one discovers. Some formations are almost at the threshold of human visibility. And unlike traditional architecture, it's a single process that creates both the overall form and the microscopic surface detail. These forms are undrawable. An architect who's drawing them with a pen and a paper would probably take months, or it would take even a year to draw all the sections, all of the elevations, you can only create something like this through an algorithm.

The more interesting question, perhaps, is, are these forms imaginable? Usually, an architect can somehow envision the end state of what he is designing. In this case, the process is deterministic. There's no randomness involved at all, but it's not entirely predictable. There's too many surfaces, there's too much detail, one can't see the end state.

So this leads to a new role for the architect. One needs a new method to explore all of the possibilities that are out there. For one thing, one can design many variants of a form, in parallel, and one can cultivate them. And to go back to the analogy with nature, one can begin to think in terms of populations, one can talk about permutations, about generations, about crossing and breeding to come up with a design. And the architect is really, he moves into the position of being an orchestrator of all of these processes.

But enough of the theory. At one point I simply wanted to jump inside this image, so to say, I bought these red and blue 3D glasses, got up very close to the screen, but still that wasn't the same as being able to walk around and touch things. So there was only one possibility -- to bring the column out of the computer.

There's been a lot of talk now about 3D printing. For me, or for my purpose at this moment, there's still too much of an unfavorable tradeoff between scale, on the one hand, and resolution and speed, on the other. So instead, we decided to take the column, and we decided to build it as a layered model, made out of very many slices, thinly stacked over each other.

What you're looking at here is an X-ray of the column that you just saw, viewed from the top. Unbeknownst to me at the time, because we had only seen the outside, the surfaces were continuing to fold themselves, to grow on the inside of the column, which was quite a surprising discovery. From this shape, we calculated a cutting line, and then we gave this cutting line to a laser cutter to produce -- and you're seeing a segment of it here -- very many thin slices, individually cut, on top of each other.

And this is a photo now, it's not a rendering, and the column that we ended up with after a lot of work, ended up looking remarkably like the one that we had designed in the computer. Almost all of the details, almost all of the surface intricacies were preserved.

But it was very labor intensive. There's a huge disconnect at the moment still between the virtual and the physical. It took me several months to design the column, but ultimately it takes the computer about 30 seconds to calculate all of the 16 million faces. The physical model, on the other hand, is 2,700 layers,one millimeter thick, it weighs 700 kilos, it's made of sheet that can cover this entire auditorium. And the cutting path that the laser followed goes from here to the airport and back again.

But it is increasingly possible. Machines are getting faster, it's getting less expensive, and there's some promising technological developments just on the horizon. These are images from the Gwangju Biennale. And in this case, I used ABS plastic to produce the columns, we used the bigger, faster machine, and they have a steel core inside, so they're structural, they can bear loads for once. Each column is effectively a hybrid of two columns. You can see a different column in the mirror, if there's a mirror behind the column that creates a sort of an optical illusion.

So where does this leave us? I think this project gives us a glimpse of the unseen objects that await us if we as architects begin to think about designing not the object, but a process to generate objects. I've shown one simple process that was inspired by nature; there's countless other ones. In short, we have no constraints. Instead, we have processes in our hands right now that allow us to create structures at all scales that we couldn't even have dreamt up. And, if I may add, at one point we will build them.

Thank you. (Applause)

建築家の私は しばしば自問します 我々が設計する形の 起源は何だろう 過去の建築を 参照しないとしたら どんな設計ができるだろう 偏見も先入観も なかったとしたら どんな形を 作りだせるだろう 今までの経験を 全く考慮しないとしたら? 今まで受けてきた教育に 囚われないとしたら? 見たこともない形が 造り出されるだろうか びっくりするような形? 魅力的な形? 見て嬉しくなるような形? どうやったら全く新しいものを 創れるでしょうか

自然に注目してみましょう 自然は最も偉大な建築家である と言われています 自然をそのままコピーしたり 生物そのものを模倣せよと 言っているわけではありません 過程を借りたらどうかと 提案しているのです 自然のプロセスにならい 新しいものを創るのです 自然の主な創造過程である 形態形成とは 一つの細胞が 2つに分裂することを指しますが 同じ形に分裂したり 非対称な細胞分裂なら 違う形になったりします

この過程を採用し 出来るだけ単純化してみるなら ― 1枚の紙を用意し 半分に折り 2つの面に分けます どこで折ってもかまいません こうやって面を区別します このように ごく単純な過程から 驚くほど多様な形を 創る事ができます

同じ過程を使って この形から 立体構造を造ることができます でも手で折るのではなく コンピューターに取り入れ アルゴリズムとして コード化します そうする事で 今や 何でも折ることができます 百万倍も早く ものすごい種類の形を 折ることができます

立体的な物を造るために 面からではなく 立体から始めます 単純な立方体です この面を折っていくと ― 何度も何度も 16回繰り返して折ると 40万の面を持った形になります こんな感じです 折り目を変えて 面の比率を変えると このような形になります 面の比率の変化により こんな形にも こんな形にもなるのです

折り目を変えることで 形をコントロールできるのですが 基本的には折った立方体です これでちょっと 遊んでみましょう 異なる部分を 異なる面比率で折ると 部分的に 紙の状態を変えられます 形の微調整ができるわけです

コンピューターで折っているので 物理的に何の制限もありません つまり 紙を交差させて ありえないほど 面を小さくできるのです その方法でしかできない 折り目が作れます 表面は穴だらけになります 伸縮可能だし 裂くこともできます 以上の方法で 幅広い形を造れるようになります

でも 私はどの形も設計していません 形を造る過程を設計したのです 通常は 面比率を少し変えると ご覧のように それに応じて形が変わります

でも実を言うと ― 99.9%の場合 このような ちゃんとした形にはなりません こうなってしまいます 「ノイズ」つまり失敗作です お見せした形はすべて 試行錯誤の結果 やっとできたものです 形を創る もっとずっと 効率的な方法は 形に既に含まれた情報を 使うことだとわかったのです この画像のような とても単純な形でも 実際は 目には見えない沢山の 情報を含んでいます 例えば辺の長さを 決められます 白い面には長い辺 黒い面には短い辺 また 面の平面度や 湾曲率や半径など ― 即座には目に見えないような これらの情報を この方法で引き出して イメージ化し 折り方を決めることが できるのです

ここでは 折り目ひとつひとつの 比率ではなく 折る規則を定義します ある面の設定と その面の折り方を 関連付けます 形ではなく 過程を設計するので 何度も何度も その過程を繰り返して 形の集合を 生み出すことができます

これらの形は精巧に見えますが 過程は最小限です 私はいつも 単純な立方体から始めます とても単純な動作です 一回折って そして何回も何回も 同じことを繰り返すだけです

この過程を建築に適用しましょう どうやって?どんな規模で? 円柱の設計にしました 円柱は建築術の原型です 歴史上 美や技術の理想を 表すために使われてきました さて どうすれば この新しいアルゴリズムで 円柱が造れるでしょうか 四つの円筒から始めます たくさん実験した結果 これらの円筒は このように進化しました

これらの円柱には 非常に 多種多様な情報が含まれます ズームしてみましょう 近づけば近づくほど 新しい特徴が見つかります 人の目に見えるか限界に 近い形もあります 伝統的な建築方法と違って たった1つの過程で 全体の形と 顕微鏡サイズの細部の 両方が創れます ペンで描くことはできません 建築家が ペンと紙で描こうとすれば 細部を含め 全体を描くのに 何か月 いや 1年かかるかもしれない 結局アルゴリズムでしか このようなものは創れません

もっと面白い質問をするなら ― これらの形は 想像可能でしょうか? 建築家は 普通 造っているものの 最終状態を思い描けますが 私のやり方の場合 過程で結果が決まります 無作為な部分は存在しませんが 完全に予測することもできません 面が多すぎますし 細部があまりにも多くて 出来上がった状態が見えません

ここで建築家に 新しい役割が生まれます 全ての可能性を探るために 新しい方法が必要です 1つの形から様々な バリエーションが創れますし 同時に 発展させることもできます 最初にお話しした 自然に例えれば 関連する形の群や バリエーション 系列などを考慮し かけあわせて 形を生み出すのです こうなると 建築家はもう オーケストラの指揮者的な 位置づけになります

理論を話すのはやめましょう このイメージに入り込みたくて 赤と青の3Dメガネを 買ったこともありました スクリーンに触れるほど 接近しましたが 中で歩き回ったり 手で触ったり 出来るわけではありません 残された可能性は ― コンピューターから 円柱を取り出すことです

3Dプリントなんかが 今話題ですね でも 現時点で 私の目的にとっては イマイチでした 妥協を強いられるからです 小さいが細かく速く作れるか 大きくて遅いかのどちらかなので 代わりに 薄い層を何層も重ね 積み上げて 円柱を造り上げました

これは先ほどの 円柱を上から見ている X線の写真です この時点まで 外からしか見ていなかったのですが 中側がどんどん折られて 無数の細かい構造が できていました これが分かったときは かなり驚きました この形から切断面を計算し レーザーで切り取ります 一部お見せしますと 個別に切れた 沢山の薄い層が 重なりあっていますね

これは実際の写真です CGではありません 多くの手間をかけて 完成した実際の円柱と コンピューターで デザインした円柱は 驚くほど似ていました 細かく入り組んだ 表面のディテールの ほとんどが そのまま実現しました

大変な労力がいりました 現状では バーチャルと現実の差は まだまだ大きいです 円柱作りには 数ヶ月かかりましたが コンピューターで 1600万の面を 計算するのは30秒です その一方 実際作ったモデルには 1ミリの層が2700枚重なり 重さは700キロ この会場いっぱい覆えるほど 大きな一枚の シートからできています それを レーザーで切った長さは ここから空港までの往復の 距離と同じくらいでしたが

作りやすく なってきた方です 機械はより速く より安く 技術発展の面でも この先期待できそうな 開発が行われています グワンジュ ビエナル展での 写真です 円柱を造るのに ABSプラスチックを使い より大きくて速い 機械を使いました 中には鋼鉄の核があり 柱の重量を支えています 柱はそれぞれ 二本の円柱でできていて 円柱の後ろに鏡があると 錯覚を起こしたように 違う円柱が見えます

さて ここから何が言えるでしょうか? 建築家が 皆 ものを設計するのではなく ものを生み出す過程の設計に 注目し始めれば 誰も見たことのないものを 創り出せるということです 自然がヒントになった 簡単な過程をお見せしましたが 他にも数えきれないほどの 過程が存在します 制限するものは何もありません それどころか 想像もしなかったような構造を 大小あらゆる規模で設計できる そんなプロセスを 私たちは 今もうすでに 手にしているのです そして そんな建築が きっといつか実現するでしょう

ありがとうございました (拍手)

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