AI 設計的東西不再一捏就碎！MIT 新系統讓 3D 列印物品既美觀又堅固
生成式 AI 已經徹底改變了數位圖像與影片的創作方式，然而，AI 於「實體世界」的應用卻始終難以普及。舉例來說，在日常生活之中，我們依然很少見到由 AI 所主導，涉及工業設計所打造出來的實體物品，比方說手機殼、花盆、掛勾等等。
麻省理工學院電腦科學與人工智慧實驗室（MIT CSAIL）的研究人員認為，原因在於目前的 AI 模型，依然無法充分理解實體物品的「結構」與「強度」，也就是 AI 雖然可以在電腦上生成 3D 模型，但它卻無法明白物理定律，導致創造出來的實體產品容易損壞。
為了解決上述問題，MIT 博士生 Faraz Faruqi 主導開發出一套新系統，既能夠應用 AI 客製化物品外觀設計，還可以同時確保產品的功能與耐用度，甚至是調整出使用者想要的表面觸感。
透過 AI 打造「既美觀又堅固」的物品
這套結合生成式 AI 與物理模擬的系統被稱為「MechStyle」，由 Faraz Faruqi 及 MIT、Google、Stability AI、美國東北大學共同研究開發，目標是要讓使用者輕鬆創造出「既美觀又堅固」的實體物品。
MechStyle 的運作方式非常簡單。首先，使用者需要上傳一組 3D 模型，例如掛鉤或者從預設素材庫中選擇物品。
接著，使用者需要再向 AI 輸入文字提示，比方說「產生一個擁有仙人掌外觀形狀的掛鉤」，然後 MechStyle 就會開始修改模型的幾何形狀，並且同步進行物理模擬，確保修改後的造型足以承受重量。
最後，MechStyle 會輸出符合使用者外觀設計需求，同時又兼顧結構強度的物品藍圖，讓用戶可以直接進行 3D 列印，把設計帶到現實世界。
動態分析結構弱點，阻止 AI 改過頭
根據 CSAIL 研究人員的說法，過去透過 AI 對實體物品的設計，進行各種客製化、風格化時，經常會帶來意料之外的副作用，大約僅有 26% 的 AI 模型，有能力在兼顧結構強度的情況下，對物品外觀進行大幅修改。
換句話說，由於 AI 根本不懂自己正在修改的物體，是否能夠承受物理壓力，因此研究團隊為 MechStyle 加入了「有限元素分析（FEA）」的模擬技術。
研究團隊解釋，MechStyle 會藉由判讀 3D 模型結構強度的熱點圖（Heat map），從而阻止 AI 於改變物品外觀時，對結構弱點進行過度修改。
採用前述作業方式的理由，在於研究團隊測試了 30 種風格各異的 3D 模型，最終發現維持物品結構強度最有效的方式，就是動態識別弱點區域，再連動調整生成式 AI 的風格設計流程，從而減輕造型改變對物理結構帶來的影響。
此外，為了避免每次修改物品結構，皆要從頭進行一次強度模擬，MechStyle 也具備自適應排程（Adaptive Scheduling）功能，系統只會在 AI 修改了危及結構安全的部分時，才介入並進行物理分析與修正。
研究團隊指出，結合有限元素分析與自適應排程後，MechStyle 可以動態識別物品的結構弱點並微調設計，且當物品的結構壓力達到閾值時，完全停止設計上的修改，或逐步微調以防止高風險區域逼近臨界點，最終輸出強度完整性達 100% 的 3D 模型。
日常商品、醫療領域應用廣泛
雖然 MechStyle 所帶來的技術突破，相較於 AI 或 3D 列印本身，並不算是翻天覆地的技術突破，但這項科技的應用潛力卻極為廣泛。
消費者未來不只能夠借助 MechStyle，打造出專屬於自己、獨一無二的隨身物品，例如眼鏡、藥盒等，還可以進一步擴展到更大型的物件，比方說家居與辦公室裝飾品。
MechStyle 強調結構強度的特性，亦可以設計出符合使用者需求的醫療輔助產品，例如支撐手指損傷的指夾板，以及幫助運動功能障礙者的餐具握柄等。
另一方面，這套工具未來也能幫助設計師與商家，快速製作某些產品的原型或概念設計，而非耗費體力、心力進行手工組裝或客製化作業，使創意發想跟測試變得更有效率。
雙模式加速，設計、驗證一條龍
目前 MechStyle 提供兩種不同的模式選擇，第一種「自由風格」可以讓使用者快速預覽不同風格設計，在同一物品上的具體呈現效果。
至於第二種模式則被直接稱為「MechStyle」，它會仔細分析外觀調整為物品結構所帶來的影響；藉由兩種模式的相輔相成，使用者將可以快速探索、驗證不同的設計想法。
只不過，雖然 MechStyle 能夠防止 AI 於修改物品外觀時，破壞實體物件的結構強度，但假若使用者一開始所上傳的 3D 模型，其結構本身就不夠穩定或者過於脆弱，那麼 AI 也無法透過自動化方式將其修復。
目標讓 AI 從零開始，人人客製化
未參與 MechStyle 項目的 Google 研究科學家 Fabian Manhardt 強調，由於缺少足夠的訓練資料，要讓 AI 模型針對 3D 實體物品進行設計風格轉換，技術上遠比 2D 內容來得更加困難，因為幾何形狀的改變很容易破壞物理結構。
然而，Fabian Manhardt 說，透過結合物理模擬技術，MechStyle 確實成功解決了最大難題，使 AI 結合 3D 列印真正具備了實用價值，甚至是賦予使用者創造力，使其能夠利用量身打造的物品，更加精準的表現自我風格。
研究團隊表示，他們的最終目標是讓生成式 AI 能夠「從零開始」，嚴格遵守使用者的指令，從頭打造出立即可用、強度足夠的 3D 模型，而不僅僅是修改現有設計，並使完全不懂 3D 建模的一般大眾，也能借助 AI 憑空創造出獨特且實用的日常物品。
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＊本文開放合作夥伴轉載，參考資料：MIT News、ACM，首圖來源：YouTube
（責任編輯：鄒家彥）