Socha z dílny pěti mistrů a umělé inteligence

Tvorba uměleckých děl z kovu není dnes žádnou novinkou. Mnohým z nás se okamžitě vybaví socha Svobody či Eiffelova věž, znalci moderního umění si vzpomenou na Picassovu sochu v Chicagu nebo na Anděla severu od sira Anthonyho Gormleye. Dokážete si ale představit, že by s pomocí umělé inteligence (AI) byl z korozivzdorné oceli vytvořen moderní mistrovský kus nového druhu, který je kombinaci hned několika slavných uměleckých děl? Když specialisté společnosti Sandvik Coromant Henrik Loikkanen a Jakob Pettersson dostali za úkol vytvořit z korozivzdorné oceli syntézu několika známých uměleckých děl minulosti navrženou umělou inteligencí, bylo jim jasné, že je čeká opravdu náročný test jejich znalostí problematiky obrábění kovů.

Ve spolupráci se Sandvik Group vytvořila firma Sandvik Coromant sochu, která se zapíše do historie. Socha, pro kterou firma využila modelování s pomocí umělé inteligence i špičková výrobní řešení, v sobě spojuje Michelangelovy dynamické pózy, dokonalé anatomické zpracování Augusta Rodina, melancholické podání Käthe Kollwitz, japonské vlivy Takamury Kotara a inspirativní vzdor Augusty Savage. Výsledkem je dílo, v němž jako by se setkali slavní umělci navzdory 500 let široké propasti času.

Neuvěřitelná socha váží 500 kilogramů a je 150 cm vysoká. Veřejnosti se oficiálně představila v Tekniska Museet neboli švédském Národním muzeu vědy a techniky v dubnu 2023. Ještě nikdy v historii žádná socha takovým způsobem nevznikla. Jak tedy Loikkanen, Pettersson a jejich tým dokázali vytvořit tuhle kombinaci umění a vědy, minulosti a budoucnosti?

Umělá inteligence (AI) existuje již nějakou dobu. Úkolem inteligentních zařízení je vykonávat činnosti, které za běžných okolností vyžadují lidskou inteligenci – patří mezi ně zrakové vnímání, rozpoznávání řeči, rozhodování, překládání mezi různými jazyky nebo řešení problémů. Koncept umělé inteligence má své počátky před desítkami let, kdy první program tohoto druhu napsal v roce 1951 Christopher Strachey (pozdější vedoucí výzkumného programátorského týmu Oxfordské univerzity). Nové možnosti využití této technologie se otevřely po vzniku konverzační umělé inteligence a programů, jako jsou Bard od Google nebo ChatGPT.

V současnosti se možnosti AI jeví jako téměř neomezeně - zvládá dokonce i uměleckou tvorbu. Nejdříve vznikl 2D návrh, který propojil styly pěti výše jmenovaných umělců, a poté jej společnost Sandvik začala převádět do konečné 3D podoby. K sestavení 3D modelu a převedení návrhu do reality společnost Sandvik využila nástroje schopné odhadnout prostorovou hloubku plastiky a formovat tělo na základě známých póz. Ke slovu přišly i videoherní algoritmy pro generování realistické kompozice a specializovaná umělá inteligence pro obnovu drobných detailů, které se v předchozích krocích ztratily. Model sochy s více než 6 miliony povrchů a složitými detaily byl vytvořen s pomocí softwaru Mastercam.

Během práce na modelu čelili autoři několika dosud nevídaným výzvám.

„K výrobě sochy jsme potřebovali dokonale přesnou digitální simulaci,“ vysvětluje Henrik Loikkanen, manažer pro oblast výrobních technologií ze společnosti Sandvik Coromant a dodává: „Digitální výroba nám umožňuje nejprve provést podrobnou analýzu a kontrolu celého složitého obráběcího procesu. Stroje tím pádem přicházejí ke slovu až při samotné výrobě. Další výhodou je, že během celého projektu jsme tak nezaznamenali jediný vadný díl.“

Po dokončení návrhu sochy s pomocí AI a po virtuální simulaci optimálního způsobu její výroby s využitím technologie digitálních dvojčat bylo možné začít s obráběním.

„Při výrobě sochy jsme postupovali podobně, jako při obrábění vysoce specifických, složitých součástí, s jakými se setkáváme například v leteckém průmyslu,“ vysvětluje Loikkanen. „Další výzvou pro nás byl zvolený materiál, tedy korozivzdorná ocel značky Alleima. Jak každý ví, materiály ISO M jsou jen velmi obtížně obrobitelné. Pro tuto skupinu materiálů je typický vysoký stupeň mechanického zpevnění a špatné dělení a utváření třísek při obrábění. Proto je zapotřebí věnovat velkou pozornost zvoleným obráběcím nástrojům.“

Pro výrobu každé jednotlivé části sochy si společnost Sandvik Coromant vybrala několik nástrojů. Ke spojení paží a hlavy s trupem sochy posloužilo rozhraní Coromant Capto, o obrobení všech ploch a tvarových prvků sochy na čisto se postaraly slinované rotační nástroje řady CoroMill Plura a Dura, a pro odebrání velkých objemů korozivzdorné oceli z obrobku posloužila fréza CoroMill MH20 pro vysoké rychlosti posuvu, která byla uvedena na trh v roce 2021.

„V katalogu máme více než 10 000 standardních produktů pro vrtání, frézování, vystružování a výrobu závitů,“ vysvětluje Jakob Pettersson, specialista na obrábění a CAM výrobu ze společnosti Sandvik Coromant. „Pro výrobu Nemožné sochy jsme ovšem museli pečlivě vybírat. Tak složité výrobní úlohy zdaleka nezvládnou všechny nástroje, proto jsme při jejich volbě museli být do detailu přesní. Abychom omezili počet použitých nástrojů a předešli tak plýtvání, museli jsme pečlivě promyslet každou použitou metodu a výběr nástrojového vybavení. O hrubovací obrábění se postarala kombinace monolitních karbidových stopkových fréz řady CoroMill Plura a Dura. Pro hrubovací tvarové obrábění výsledného tvaru byly zapotřebí relativně dlouhé nástroje. K tomuto účelu výborně posloužila kombinace fréz MH20 pro vysoké rychlosti posuvu upnutých do stopky z těžkého kovu. Celý proces výrazně zrychlilo, a tím i snížilo spotřebu energie, využití čelních stopkových fréz z naší nabídky slinovaných rotačních nástrojů.“

Díky svým předpokladům pro obrábění s dlouhým vyložením nástroje je fréza CoroMill MH20 obzvláště vhodná pro použití v oblasti leteckého průmyslu. Už při jejím návrhu konstruktéři počítali s tím, že bude sloužit k obrábění obtížně obrobitelných dílů. Na rozdíl od konvenčních čtyřbřitých koncepcí využívá fréza MH20 břitové destičky se dvěma řeznými hranami. To má skutečně značný přínos, jelikož nejchoulostivější část břitové destičky je díky tomu daleko od hlavní oblasti řezu, což přináší vyšší spolehlivost a lepší ochranu proti opotřebení. To také znamená, že obrábění do rohu nebo podél stěn nemá vliv na další řeznou hranu nebo roh mezi hlavním a vedlejším břitem, což je zárukou stejné výkonnosti u všech řezných hran.

První volbou pro náročné aplikace při obrábění ocelí a korozivzdorných ocelí, která umožňuje bezpečné a efektivní frézování monolitními karbidovými stopkovými frézami, je v nabídce společnosti Sandvik Coromant koncepce CoroMill Plura HD. Tyto nástroje nyní nabízejí další přidanou hodnotu, kterou je povlaková vrstva Zertivo™ 2.0 z dílny výzkumného a vývojového týmu společnosti Sandvik Coromant. Tento povlak přispívá k ještě vyšší bezpečnosti a produktivitě obráběcího procesu. Koncepce CoroMill Dura byla navržena jako vysoce univerzální nástrojové řešení s širokými možnostmi uplatnění. Stopkové čelní frézy lze využít pro všechny typy procesů, které jsou zapotřebí při výrobě dílů, např. pro hrubování, dokončování, polodokončování a postupné zahlubování.

Obrábění Nemožného se samozřejmě neobešlo bez problémů a tým v několika případech musel upravit svou strategii obrábění.

„Původně jsme použili jiný typ 3D modelu, s nímž ale nemohou pracovat CAD/CAM systémy“ říká Loikkanen. „Museli jsme jej převést z 3D síťového modelu, který běžně používají 3D animační studia a v podstatě se jedná o z polygonů složenou povrchovou vrstvu, na reálný 3D model s danou hustotou detailů. To bylo opravdu náročné. Po dokončení jsme model rozdělili na 17 dílů. Všechna rozhraní mezi nimi jsme museli naprosto přesně vymodelovat, aby styčné body a linie plynule navazovaly a nebyly po složení dílů patrné. Nějakou dobu nám trvalo, než jsme to dotáhli k dokonalosti.“

„Kromě toho jsme na jisté problémy narazili i při hrubování, což souviselo s velikostí dílů v porovnání se stroji,“ doplňuje jej Pettersson. „To jsme vyřešili simulací NC-kódu, nalezením všech míst, kde bychom přesáhli hranice pracovního prostoru stroje, a změnou sekvence v CAM systému.“

A tak se nakonec podařilo vytvořit sochu, která přirozeným způsobem kombinuje díla pěti různých umělců. Vytvoření dosud nevídané sochy však nebylo jediným úspěchem, který společnost Sandvik Coromant zaznamenala.

„V průběhu této práce jsme do svých procesů postupně začlenili technologie a metody, které bude možné využít v projektech digitálního obrábění i v budoucnu,“ vysvětlil Loikkanen. „Vzhledem k množství programátorské práce bychom tu sochu nikdy nepostavili bez jejího digitálního dvojčete. Veškeré testování probíhalo digitálně, čímž jsme ušetřili obrovské množství času, který by jinak padl na testování metodou pokus-omyl. To určitě můžeme uplatnit i v budoucích projektech a ušetřit tak čas a snížit počet zmetků.“

„Procesy programování i simulace se u dalších dílů neustále zrychlovaly,“ dodal Pettersson. „Obrábění přitom trvalo zhruba stejnou dobu, protože řezná data a nástroje se příliš neměnily. Z toho vyplývá jasný závěr: Naše rozsáhlá produktová data a doporučení jsou přesná a lze je snadno získat z mnoha zdrojů, k nimž patří naše webové stránky, aplikace Tool guide, či knihovna nástrojů Tool Library. Lze je i integrovat přímo do samotných CAM systémů. Pro naše zákazníky to nepochybně má velkou hodnotu a řeší se tím i jeden z nejnáročnějších úkolů úzce souvisejících s digitálními cykly využívanými při programování CAM systémů.“

Nemožnou sochu mohou nyní obdivovat milovníci umění i moderních technologií. Slouží jako důkaz, že digitální i fyzické výrobní nástroje zvládají i velmi kreativní práci.

„Jsem nesmírně hrdý, že jsme to dokázali,“ uzavírá Loikkanen. „Věříme, že návštěvníci Tekniska Museet a všichni lidé, kteří sochu na vlastní oči spatří, ocení, že jde o zcela jedinečné umělecké dílo.“

„Použité techniky a metody svědčí o tom, jaké jsou skutečné schopnosti společnosti Sandvik Coromant,“ doplňuje jej Pettersson. „I když se máme vypořádat s výzvou, před jakou doposud nikdo nestál, zvládneme to – obrábění kovů opravdu rozumíme.“

Další informace o Nemožné soše a video zachycující průběh její výroby naleznete na webových stránkách home.sandvik.

__________________________________________________________________________________________________

Zdroj: Tisková zpráva Sandvik Coromant. Zpracováno redakcí.