Wetenschap

Laat de computer maar schuiven

De computer als ontwerper is een droom uit de jaren zestig. Promovendus ir. Michael Bittermann (Bouwkunde) stofte het idee af en ontwikkelde een programma dat gegarandeerd de beste oplossingen vindt.

Op de laptop van Michael Bittermann schuiven elementen van een luchthavenhal heen en weer alsof er een schaakspel gaande is. De computer is bezig de optimale inrichting van de hal te ontwerpen door de plaats te bepalen van trappen, liftschachten, kolommen en een verdieping. Bittermann noemt het verrassend dat de mezzanine (een halve open verdieping) niet aan de raamkant komt, terwijl hij heeft opgegeven dat het er licht moet zijn. Kennelijk geeft de nabijheid van voorzieningen aan de andere kant van de hal de doorslag.
De eerste pogingen om computers te laten ontwerpen, strandden doordat de regels te star waren. Een computer rekent – net als sommige programmeurs – graag met ja of nee, nul of één. Maar bij ontwerpen gaat het juist vaak om combinaties van tegenstrijdige belangen. Hier biedt de fuzzy logic een uitkomst. De door prof. Lofti Zadeh (Berkeley, 1966) bedachte ‘vage logica’ maakt het mogelijk om numerieke grootheden te vertalen in taalkundige begrippen. Zo is op een schaal van nul tot 2000 vierkante meter een oppervlakte van 1100 vierkante meter ‘tamelijk ruim’. Sterker nog, er is een numerieke waarde, een tevredenheidmaat, die aangeeft hoe ‘ruimtelijk’ een inrichting is. Vereisten mogen dan best tegenstrijdig zijn, het is de totaalscore die bepaalt hoe goed een oplossing voldoet.
Verder kwantificeert Bittermann de visuele waarneming. Want hoewel het zicht bepalend is voor de beleving van een omgeving, ontbrak het tot nu toe aan een objectieve maat. Bittermann presenteert een theorie van de visuele waarneming gebaseerd op waarschijnlijkheid, en legt zo een link tussen omgeving en beleving. Kleur, grootte, nabijheid en positie van objecten spelen daarbij een rol. Illustratief is Bittermans analyse van een loopje door Ikea waar eerst de gele tassen opvallen, dan de infobalie en pas aan het einde van de gang de trappen.
In de computerontwerpen staat steevast een mannetje, een avatar, te kijken. Zijn gezichtsveld bepaalt de ruimtelijke beleving. Maakt de hal een ruimtelijke indruk? Zijn de trappen goed vindbaar? Dat soort vragen krijgt in het model een numeriek antwoord.

Ook de manier waarop de computer verschillende oplossingen bedenkt – volgens kunstmatige evolutie – is nieuw. Bij de luchthavenhal begint het model met toevallige oplossingen, die overigens wel aan gestelde randvoorwaarden moeten voldoen. Zo moeten de trappen aansluiten op de halve verdieping. De computer verzint om te beginnen tachtig verschillende oplossingen die op vijftien criteria worden beoordeeld, zoals ruimtelijkheid, daglicht op de mezzanine, grootte van de mezzanine, zichtbaarheid van de trappen en plaatsing van de kolommen.
Een systeem van weegfactoren (een zogeheten neuraal netwerk) beoordeelt alle deelaspecten en voegt die samen tot een totaalscore op functionaliteit en esthetiek. Daarna worden de oplossingen ‘gekruist’, waarbij de succesvolle oplossingen meer kans krijgen dan de zwakkere broeders. De manier waarop hierbij bits worden uitgewisseld, is gebaseerd op de uitwisseling tussen chromosomen in de natuur.
De tweede generatie scoort vaak al op alle fronten beter dan de eerste. De ervaring leert ook dat oplossingen na twintig generaties nauwelijks te verbeteren zijn. “Ze zijn niet allemaal hetzelfde”, benadrukt Bittermann. “Maar je kunt er zeker van zijn dat bij een bepaalde gekozen variant, alle overige aspecten optimaal zijn.”
Hij hoopt dat ontwerpers zijn systeem zullen gebruiken om tot betere beslissingen te komen. “Dat kan hiermee beter dan alleen op gevoel”, stelt hij. “Gevoel kan moeilijk onderscheid maken tussen alternatieven die veel op elkaar lijken. Met mijn model kan de ontwerper zich concentreren op de samenhang, zonder dat de deelaspecten in de knel raken”.
Dat klinkt handig. Maar de ambities liggen veel hoger. Nobelprijswinnaar Herbert Simon (Economie, 1978) voorspelde in 1986 dat creatieve ontwerpsystemen ook de beste financiële strategieën zouden kunnen bepalen. Dat wordt tijd, zou je denken.

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.