Počítačové origami ve službách lidstva

Prastaré umění skládání papíru nachází průmyslové využití v návrzích automobilů i v medicíně. Robert Lang j...


Prastaré umění skládání papíru nachází průmyslové využití v návrzích automobilů
i v medicíně.
Robert Lang je fyzik zabývající se problematikou laserů. A po více než 30 let
je také umělcem, který se věnuje origami, umění skládání papíru. V poslední
době je dle vlastních slov stále častěji překvapován potenciálními možnostmi
využití tohoto staletí starého umění a jeho souvislostí se světem techniky,
medicíny i IT.
"Člověk by si myslel, že na origami jakožto formě umění lze jen stěží najít
něco dosud neznámého," říká Lang. Umělci, kteří se zabývají origami, podle jeho
názoru stále předvádějí nové struktury a přinášejí nové úrovně krásy. Toto
tvrzení může dobře potvrdit vlastními zobrazeními takových objektů, jako jsou
krávy, ryby, volavky nebo sovy. Nejde však jen o krásu.
Pro Langa bylo origami čistě jen koníčkem, a to až do chvíle, kdy se rozhodl na
skládání papíru aplikovat obdobný typ matematického modelování, jaký využívá v
laserové fyzice. Nyní sám sebe považuje za umělce na plný úvazek. Vysvětluje,
že počítačové origami mu pomohlo zautomatizovat proces, s jehož pomocí
zjišťoval, jak přesně papír ohýbat tak, aby mohl složit hmyz s mnoha
končetinami včetně tykadel.
Poté si Lang jednoho dne uvědomil, že tato teorie a rovnice, které vytvořil
kvůli vytváření lepších origami, by mohly být stejně tak aplikovány v oblasti
inženýrství, kde je třeba velké plochy složit takovým způsobem, aby se vešly do
plochého prostoru bez řezání.
Dnes se Lang koncentruje na své umění, ale kromě toho pracuje také jako
konzultant, který využívá své odborné znalosti z výpočtů origami k návrhu celé
řady produktů včetně spotřební elektroniky a lékařských zařízení.

Od ptáků k airbagům
Zástupci německé firmy EASi Engineering požádali Langa, aby jim poradil, jak
vtěsnat velmi velký předmět automobilový airbag do maličkého prostoru uvnitř
volantu. Lang již dříve vytvořil algoritmus na zploštění souboru mnohoúhelníků,
a tento model aplikoval při počítačové simulaci zploštění trojrozměrného
mnohostěnu nafouknutého airbagu. "Takový proces znamenal úsporu času a
odstranil nutnost drahých crash testů skutečných aut, které by jinak byly
nezbytné ke zjištění toho, zda návrh airbagu skutečně funguje," vysvětluje Lang.
Při návrhu airbagu byl použit algoritmus, který Lang nazývá "univerzální
molekulou". Tento algoritmus zplošťuje řadu polygonů takovým způsobem, aby
jejich okraje zůstaly vzájemně srovnané.
Pro počítačové origami Lang vidí využití v oblasti konstrukcí a návrhářské
práce, nicméně připouští, že se jedná o poměrně ezoterickou záležitost, která
vyžaduje vedle výpočetních, matematických a inženýrských schopností také
umělecký talent. "Nejdřív musíte umět skládat papír, až pak se můžete pustit do
počítačových origami," říká.
Langem vytvořený software s názvem TreeMaker běží na počítačích Apple Macintosh
a pomáhá při automatizaci návrhu origami. Program, který podle jeho tvrzení
zvládne student střední školy, svým uživatelům pomáhá zjistit, jakým způsobem
lze skládat čtverec do celé řady tvarů. Uživatel na obrazovce nakreslí siluetu,
a software určí počet ohybů, které jsou nutné k vytvoření daného tvaru.
Pokud uživatelé chtějí vytvářet pokročilé návrhy (jako například již zmíněný
airbag), pak si mohou stáhnout další algoritmy z webových stránek Treemakeru
(na adrese origami.kvi.nl/programs/ treemaker/).
Podle Langa si dosud aplikaci stáhlo pouhých cca 100 lidí a jen 5-10 z nich ji
využívá, což dokazuje, že je odvětví počítačových origami stále v ranných
fázích.

Špatné ohyby
Erik Demaine, 22letý profesor elektroinženýrství a počítačových věd na MIT,
začal s ohýbáním papíru ve svých šesti letech a svůj koníček rozvinul do studie
matematiky skládaných tvarů.
Demaine nyní studuje ohyby v bílkovinách, základních stavebních kostkách
života. Věří, že s pomocí počítačových origami bude možné porazit choroby,
které jsou v současné době nevyléčitelné, jako je například BSE, což je nemoc
způsobená proteiny, které podle Demaina mají "špatné ohyby". Demaine se stal v
roce 2003 vítězem stipendia MacArthurovy nadace, které je často označováno jako
grant pro geniální talenty.
Ohýbání proteinů označuje za hlavní oblast svého zájmu a říká, že hodlá využít
své znalosti z ohýbání papíru ke zjištění, proč se některé z bílkovin skládají
do užitečného tvaru a jiné nikoliv. Tento výzkum by jednou mohl vést k návrhu
vlastních proteinů, které pomohou bojovat s nemocí. Tyto na zakázku vytvořené
bílkoviny by mohly být využity ke zničení "zlých" proteinů.
Ajay Royyuru, manažer výpočetního centra IBM Research, souhlasí, že zjištění
způsobu, jakým se nejrůznější bílkoviny kroutí a ohýbají, by mohlo poskytnout
lék na nemoci typu Alzheimerovy choroby nebo cystické fibrózy.
"S využitím počítačových origami by mohli vědci rozluštit některá základní
tajemství struktury a sekvencí proteinů," říká Royyuru. "Tato technologie by
mohla pomoci vědcům zjistit, proč se určitý protein formuje do daného tvaru "a
proč právě do tohoto tvaru a žádného jiného," vysvětluje. Velmi rychlé počítače
lze podle něj využít k vytvoření softwaru pro studování ohybů a k simulaci
vzorců těchto ohybů.

Vyšší výkon
Ale zjistit, které ohyby jsou "správné" a které "nesprávné", je velmi náročný
úkol, který vyžaduje počítače dvakrát až třikrát výkonnější, než jsou současné
nejsilnější supercomputery.
Takového výkonu lze dosáhnout pouze pomocí počítače, který je schopen
zrealizovat kvadrilion (1015) operací za sekundu (1 petaflop neboli 1 000
teraflopů). IBM takový počítač vyvíjí jakožto součást projektu Blue Gene. Její
představitelé tvrdí, že do roku 2005 budou mít k dispozici stroj schopný výkonu
360 teraflopů, nicméně Royyuru upozorňuje, že pokrok směrem k petaflopovým
počítačům je přece jen velkým skokem a není jasné, kdy takový počítač bude
dostupný.
"I poté ještě může trvat celá desetiletí, než budou záhady ohybů bílkovin
odhaleny," dodává. Snad při tomto úsilí pomůže i věda, která věnuje pozornost
technikám používaným při skládání elegantních papírových ptáků.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.