fig.1Questa ricerca ha uno scopo ambizioso, perché si propone di riprodurre il processo creativo proprio della mente umana attraverso l'utilizzo di un software opportunamente progettato. L'audacia consiste nel mostrare che anche una macchina inanimata può essere in grado di svolgere quelle complesse operazioni che fino a non molto tempo fa si pensava potesse compiere soltanto il cervello umano. Gli studi che riguardano questo settore fanno riferimento alla cosiddetta "Intelligenza Artificiale ", ovvero alle ricerche nel campo del software, che consentono di ottenere "sistemi esperti", le cosiddette "macchine pensanti". Un Sistema Esperto è un programma per computer in grado di compiere, internamente ad un sistema dato, le stesse valutazioni che sarebbe in grado di effettuare un operatore "esperto", cioè specificamente preparato per essere in grado di prendere decisioni in particolari ambiti disciplinari.
Il concetto di Intelligenza Artificiale può essere definito in differneti modi, riportiamo alcune definizioni date da diversi studiosi, organizzandole secondo quatttro categorie:
1) Sistemi che pensano come gli esseri umani:
"Il nuovo sforzo entusiasmante di far pensare i computer...macchine con la mente, in senso completo e letterale" (Haugeland,1985)
"L'automazione di attività che associamo al pensare umano, attività come prendere decisioni, risolvere problemi, apprendere...) (Bellman, 1978)
2) Sistemi che operano come gli esseri umani:
"L'arte di creare macchine che eseguono funzioni che richiedono intelligenza se vengono eseguite da persone" (KKurzweil, 1990)
"Lo studio di come far fare ai computer delle cose che, attualmente, le persone fanno meglio" (Rich e Knight,1991)
3)Sistemi che pensano razionalmente:
"Lo studio di facoltà mentali attraverso l'uso di modelli computazionali" (Charniak e McDermott, 1985)
"Lo studio delle computazioni che rendono possibile percepire, ragionare e agire" (Winston, 1992)
4) Sistemi che agiscono razionalmente:
"Un campo di studio che cerca di spiegare ed emulare un comportamento intelligente in termini di processi computazionali" (Schalkoff, 1990)
"Il ramo dell'informatica che si occupa di automatizzare un comportamento intelligente" (Luger e Stubblefield), 1993)
Le ultime due categorie fanno riferimento ad un concetto ideale di intelligenza che chiamiamo "razionalità". Un sistema si dice razionale solo se è in grado di fare la cosa giusta. L'approccio all'Intelligenza Artificiale basato sull'uomo deve costituire una scienza empirica, che comporta ipotesi e conferme sperimentali. Invece l'approccio razionalista comporta la combinazione di matematica e ingegneria.
I primi studi nel campo dell' Intelligenza
Artificiale risalgono agli anni '50, ed uno dei primi ricercatori
in questo settore è Alan Turing, che diede una fondamentale
definizione di Intelligenza artificiale attraverso il cosiddetto
test di Turing, formulato nel 1950. Il test consisteva nell'interrogare
attraverso una tastiera due intrlocutori posti in stanze
differenti. In una stanza era posto un computer e nell'altra un
uomo. Il calcolatore avrebbe potuto definirsi intelligente, se l'interrogatore
non fosse riuscito a distinguere l'interlocutore umano da quello
artificiale. Uno dei primi linguaggi di programmazione utilizzato
per le ricerche in questo campo è il LISP, acronimo di List
Processing, ovvero "elaboratore di liste", sviluppato
da John McCarthy. Tale linguaggio ha la peculiarità di
consentire l'elaborazione di dati non numerici, consente di
compire delle operazioni sui simboli anzichè sui numeri, per
questo è particolarmente adatto per lo sviluppo di programmi di
intelligenza artificiale.
fig.1
La casa produttrice di software Autodesk ha
utilizzato questo linguaggio implementandolo per il programma
Autocad, che è attulmente uno dei programmi più diffusi
utilizzati per la progettazione architettonica.
Ho utilizzato questo sofware per produrre gli scenari in modo da
consentire a chiunque una facile manipolazione dei risultati
ottenuti.
Cad è acronimo di Computer Aided Design, ovvero progettazione
con l'ausilio del computer. Un Cad è un programma che consente
di aiutare il progettista nelle operazioni di disegno, ovvero di
rappresentazione della propria architettura, oppure, se
opportunatamente collegato ad altri software, di aiutarlo nelle
operazioni di computo e di calcolo strutturale. Tuttavia un Cad
ha il difetto di non aiutare il progettista nel processo creativo,
per questo occorrono altri tipi di software, non ancora presenti
sul mercato, probabilmente perchè il mercato non li richiede,
essendo il processo creativo un fatto personale, soggettivo.
Lo stato dell'arte
Allo stato attuale la progettazione generativa si sta sviluppando in tutto il mondo attraverso filoni di ricerca che vanno dalle applicazioni nel campo dell'architettura, a quelle del disegno industriale, fino al campo dell'arte figurativa. Il Politecnico di Milano è all'avanguardia in questo settore grazie al lavoro del prof. Soddu e del suo Laboratorio di Progettazione Generativa. Soddu, a partire dal 1987 con la realizzazione del software Progetto di Morfogenesi ha condotto una sperimentazione volta a ricercare il DNA dell'artificiale, cioè il codice genetico dell'ambiente costruito, emulando le procedure di incremento di complessità che esistono in natura, e sperimentando l'applicabilità di tale codice attraverso la realizzaione di un programma per computer in grado di generare una serie infinita di scenari a sviluppo non prevedibile. La ricerca dell'autore è proseguita nel 1988 con la realizzazione del metaprogetto operativo Città Aleatorie, che si occupa dell'ambiente urbano medievale di cui identifica il codice evolutivo , controllandone la complessità e l'incremento progressivo di identità attraverso algoritmi che utilizzano la matematica dei frattali. Nel 1992 con il progetto del software chiamato Basilica ottiene un programma che, come egli stesso descrive: è " ...capace di generare modelli tridimensionali di architetture complesse, e di controllarne le dimensioni, i materiali, le tecnologie e la struttura delle funzioni." (C.Soddu, Generative Art, Editrice Librerie Dedalo, 1998). Tale software ha una struttura non basata su un database di elementi da assemblare, o su sequenze deduttive di richiesta-risposta, e produce scenari che sono sempre diversi, ma tutti riconoscibili come appartenenti alla stessa specie. La ricerca del professor Soddu è poi proseguita nel campo del disegno industriale, con il progetto Argenia, realizzando un software in grado di progettare oggetti di design (sedie) che hanno la caratteristica di essere tutti differenziati, pur essendo ottenuti con metodi industriali, riportando in questo modo nell'industria le caratteristiche di unicità che fanno parte dell'artigianato. Soddu si è occupato inoltre della sperimentazione di un software generativo nel campo dell'arte figurativa, già dal 1986 con il programma Tracce, che partendo dalla bidimensionalità, genera immagini tridimensionali rappresentanti le molteplici interpretazioni delle immagini bidimensionali iniziali. L'ultimo progetto di elaborazione dell software Tracce è del 1997 e parte dall'utilizzo delle immagini bidimensionali dei ritratti femminili di Picasso generando una serie infinita di modelli tridimensionali di "Donne di Picasso". Recentemente Soddu, insieme alla professoressa Enrica Colabella, e ad altri collaboratori si è occupato di progetti generativi che avessero un immediata applicabilità a casi reali. Sono nati così i progetti Borghetto Flaminio di Roma e Museo del Prado di Madrid, che hanno la peculiarità di ottenere infiniti scenari in grado di soddisfare pienamente le richieste funzionali espresse dai committenti.
Un altro ricercatore che si sta occupando di progettazione generativa è J.H.Frazer, dell'Hong Kong Polytecnic University, che compie le sue ricerche in questo settore già dallla fine degli anno '60, coniando, attraverso la sua dissertazione di laurea, il termine "autotettonico" per distingurelo da architettonico, escludendone la radice "arch" perché connotata da implicazioni di potere. Mentre il termine "auto" lascia maggiore spazio alle connotazioni di autonomia delle scelte alle quali il suo progetto voleva ispirarsi. Frazer nel 1978 sviluppa il progetto Generator, che consisteva in una serie di elementi come recinzioni, passaggi e schermature da collocare in un bosco della Florida, ed organizzati progettualmente tramite l'utilizzo di un software che generava la possibiltà di riconfigurazioni diversificate e tutte funzionalmente accettabili. Generator aveva la caratteristica di essere un programma in grado di registrare la propria ripetitività e di fornire suggerimenti per la propria riorganizzazione, collocandosi quindi nel campo dei software di autoapprendimento. Un esperimento successivo compiuto da Frazer è stato un progetto, che coinvolgeva l'Università dell'Ulster e l'Architectural Association di Londra, chiamato modello "co-evolutivo". Tale modello era organizzato usando un approccio gerarchico multiplo e una struttura di dati che periodicamente ritornava al punto iniziale, ed era costituito da una serie infinita di data-punti costituenti un data-spazio. Ogni punto ha delle caratteristiche di autoconsapevolezza delle relazioni spaziali con i punti vicini ed è quindi considerabile come "intelligente". Il programma si basa su un algoritmo genetico che utilizza le leggi della simmetria e della sua rottura per controllarne l'evoluzione, e consente di ottenere lo sviluppo di una famiglia di strutture cellulari che portano con sè le loro informazioni genetiche ereditate dagli antenati. Nel 1995 Frazer organizza una mostra di Architettura Evolutiva presso l'Architectural Association Gallery di Londra, in cui l'elemento centrale era costituito dal cosiddetto "Interattivatore", che era un ambiente in evoluzione pianificato per interagire con i fruitori della mostra e con l'ambiente dello spazio espositivo. Tale modello utilizzava la registrazione tramite sensori di dati come la temperatura, l'umidità, il rumore, ed il fumo. L'elaborazione di questi dati aveva effetto sull'evoluzione del modello. Tali concetti furono estesi anche in Internet per permettere agli utenti virtuali di immettere informazioni genetiche come gli utenti reali. Inoltre il programma del modello poteva essere scaricato da Internet in modo da consentirne una possibile replicazione in siti differenti, creando nuove linee evolutive. Un'altra sperimentazione condotta nel 1996 da Frazer fu quella per la città di Groningen, nei Paesi Bassi, con la produzione di un modello generativo in grado di mediare spazio e tempo sia a livello di scala tra il contesto urbano e le tipologie abitative, sia a livello spaziale tra l'intero centro fabbricato di Groningen e le singole unità abitative, ma anche a livello temporale confrontandosi con lo stile di vita medievale e quello dei futuri desideri dei cittadini. Il modello evolutivo utilizzato permetteva di valutare possibili futuri scenari nel caso in cui si fossero fatte determinate scelte. Tale modello simulava dinamicamente lo sviluppo storico di Groningen considerandone tipologie abitative, organizzazione del sito e influenze ambientali. Venne così a delinearsi un "abitante virtuale" in grado di interagire con gli abitanti reali, il cui cuore era il cosiddetto "Evolver", ovvero un modello genetico in evoluzione, controllato da algoritmi genetici, che utilizzava come interfaccia con i cittadini l'Enabler, un programma connesso con mappe interattive.
Un altro studioso che si sta occupando dei problemi legati all'arte generativa è Michael Pontecorvo di San Francisco, attraverso il cosiddetto "Emergetn Design", che considera la progettazione come una naturale estensione del sistema biologico "L'atto progettuale è un comportamento emergente che cresce in risposta allo stimolo della sopravvivenza umana" (in C.Soddu, Generative Art, Editrice Librerie Dedalo, 1998).Una prima sperimentazione in questo senso è stata condotta da Pontecorvo nel 1997 attraverso lo studio dell'ambiente urbano con la realizzazione di un software in grado di generare modelli di città basate su una griglia modulare ortogonale tipica delle città americane. La genereazione avviene attraverso algoritmi che simulano l'evoluzione biologica delle cellule. Vengono considerate cellule ad esempio, i "distretti di banche", le "stade piene di auto" oppure anche soltanto il singolo edificio che moltiplica le proprie risposte simbioticamente. Il progetto è trattato come una specie di meta-organismo per consentirne la comprensione delle analogie con i processi biologici. La vitalità di tali sitemi è la caratteristica di "emergenza" intesa come tendenza che il sistema deve avere per incrementare la propria complessità e costruire nuove strutture. L'emergenza fa sorgere sistemi complessi da semplici componenti, che possono essere costituiti da regole o relazioni, generando nuovi fenomeni non prevedibili. Nel campo della progettazione il concetto di emergenza viene applicato alla generazione delle forme. Da un insieme di forme primitive organizzate secondo determinate regole si giunge ad un sistema complesso. Applicando questi concetti Pontecorvo ha inoltre realizzato nel 1998 strumenti generativi nel campo del design con i software di GDS (Generative Design System) ottenendo la generazione di sedie. Questi software si pongono come strumenti che possono assistere il progettista nella creazione di sistemi generativi consentendogli di individuare di volta in volta nei modelli l'"emergenza". Gli algoritmi utilizzati sono di tipo genetico. Particolare riguardo è stato dato all'interfaccia fra il programma e l'utente fornendo uno strumento che ha la facoltà di moltiplicare le azioni dell'utente, consentendogli di concentrarsi su uno degli aspetti della progettazione come la rappresntazione dei dettagli, o la formazione del campo di progettazione, o il contesto.
Ulteriori lavori nel campo dell'arte generativa sono stati condotti da John Gero dell' Università di Sydney, che si occupa di Intelligenza Artificiale e dei problemi legati alla progettazione assistita dal calcolatore fin dal 1985, le cui ricerche sono sfociate in una numerosa serie di pubblicazioni. Le sue ricerche nel campo del software lo hanno portato a realizzare nel 1990 il programma Genesis, che utilizza algoritmi di tipo genetico per formalizzare possibili configurazioni di piante di edifici residenziali basandosi su una griglia modulare, e combinando fra loro i singoli ambienti attraverso regole di composizione che utilizzano una procedura randomizzata. Tale programma utilizza un database di elementi singoli rappresentati dagli ambienti di cui è composta la zona giorno e la zona notte di un appartamento: ingresso, cucina, soggiorno, camera da pranzo, bagno, camera da letto, schematizzati da una griglia di quadrati (fig. 2) ,
fig.2
e combinandoli fra di loro tramite algoritmi genetici utilizzando un punto di riferimento all'interno di ogni singolo ambiente (figg.3-4)
fig.3
fig.4
Ripetendo le combinazioni si può arrivare a configurazioni come quelle di fig.5 .
fig.5
Quest'ultimo lavoro di Gero è quello da cui ho voluto far partire la mia ricerca nel campo della progettazione generativa, che si pone come un approccio per la risoluzione informatizzata del tema progettuale "casa unifamiliare", come meglio descriverò nelle pagine seguenti.