Digitální soubory a 3D tisk - v renesanci?

3D tiskárny a služby digitálního mapování drasticky usnadňují vytváření nekonečných identických kopií všeho, pro lepší nebo horší, pro humanitární nebo destruktivní účely. K digitální mapě může přistupovat kdokoli s chytrým telefonem nebo počítačem a replika Michelangelova Davida může být vyrobena doma stejně snadno jako útočná puška. Zatímco relativně nová technologie 3D tisku se u designérů, výrobců a široké veřejnosti osvědčuje, dosud nedosáhla všudypřítomnosti domácí tiskárny. Zdá se však, že je jen otázkou času, než bude výroba stolních počítačů stejně běžná jako publikování stolních počítačů. Tato technologie je každým rokem levnější a efektivnější, a přestože 3D tisk byl zaveden jen stěží, inženýři již pracují na 4D tisku (čtvrtá dimenze je čas!). Jedna ambiciózní společnost nedávno způsobila senzaci na Kickstarteru svým prototypem pro 3D tiskové pero.

Tyto nejnovější technologie kreslení a modelování jsou fascinující, ale kdy vznikla myšlenka na 3D tisk? Jaké jsou některé z prvních strojů na kreslení a výrobu? Abychom našli odpověď, vracíme se do dnů před kopírkami nebo dokonce karbonovým papírem, zpět do renesance, k člověku, který vynalezl digitální reprodukci v původním slova smyslu.

Leon Battista Alberti byl italský filozof, vědec, architekt a všude kolem polymath, který žil v 15. století. V podstatě to byl váš prototypní renesanční muž. Alberti je možná jednou z nejdůležitějších a nejvlivnějších tvůrčích osobností, které vycházejí z renesance, i když je jednou z méně známých. Věřil, že umění a věda byly sjednoceny základními principy matematiky, a mezi jeho mnoha úspěchy Alberti definoval principy geometrické konstrukce známé dnes jako centrální perspektivu a vynalezl techniky pro výrobu identických kopií obrazů, soch a dokonce i budov bez pomoci mechanická zařízení, jako je tiskařský lis. Tato touha po metodě vytváření identických kopií vycházela z Albertiho frustrace z nedostatků a nevyhnutelných chyb, které vyplývají z technik ruční reprodukce. Ve své vynikající knize The Alphabet and the Algorithm (kterou v současné době užívám a již jsem zmínil o designu Decoded), architektonický teoretik a historik Mario Carpo popisuje tyto techniky jako „digitální“ reprodukce.

„Alberti se pokusil čelit selháním analogových obrazů jejich digitalizací v etymologickém slova smyslu: nahrazení obrázků seznamem čísel a sadou výpočtových instrukcí nebo algoritmů, jejichž cílem je převést vizuální obraz do digitálního souboru a poté znovu vytvořit v případě potřeby kopie původního obrázku. “

Zmenšením obrázků na pečlivě vypočtené souřadnice a dokumentováním způsobu, kterým byl originál vytvořen, Alberti zajistil, že kdokoli mohl produkovat kopie, které byly přesně totožné s jeho původním dílem. Numerické rukopisy, které se daly snadno kopírovat bez chyb, představovaly typ renesančního přenosu souborů.

Kresba Albrechta Dürera „Navrhovatel kreslení ležící ženy“ (1525), zobrazující perspektivní stroj podobný tomu, který popsal Alberti ve svém pojednání De Pictura (Wikimedia Commons)

Albertiho nejznámější vynález zabývající se reprodukcí je perspektivní stroj, který umělci dodnes používají. Nastavení, které navrhl pro přepis obrázků z reality, vypadá jako moderní herní plán Battleship. Mřížkovaná dřevěná obrazovka odděluje umělce, jehož oko je drženo v pevném bodě ve středu obrazovky, od předmětu. Z pohledu umělců je objekt, který má být reprezentován, mapován na zarámovanou mřížku; Tímto způsobem může umělec přesně znovu vytvořit obrázek na papíře, který byl rozdělen do odpovídající mřížky. Vzdálenost mezi těmito čarami mřížky určuje „rozlišení“ obrazu, vypůjčit si termín z digitální technologie a v omezené míře přesnost reprodukce. Pokud bychom chtěli extrapolovat trochu více, abychom dále porovnali současnou digitální technologii, mohli bychom dokonce nazvat tyto pixely dělení mřížky. Albertiho perspektivní stroj představoval důležitý krok v jeho snaze eliminovat variabilitu z reprodukce, ale protože se stále spoléhal na ruku umělce, neodstranil úplně lidské chyby. Alberti pokračoval ve vývoji matematických technik reprodukce.

Rekreace Albertiho mapy Říma pomocí souřadnic stanovených v Descriptio Urbis Romae („Architektonické záměry od Vitruviuse po renesanci“, McGill University)

Jedním z nejpřesvědčivějších děl skutečné „digitalizace“ je Albertiho kniha obsahující mapu Říma, Descriptio Urbis Romae, vytvořenou kolem 40. let 20. století. Kniha však neobsahuje skutečnou tištěnou kopii mapy. Poté, co Alberti pečlivě změřil a nakreslil římské ulice, chrámy a krajinu, chtěl distribuovat svou mapu, ale nevěřil, že ručně vyrobené kopie dokážou přesně reprodukovat jeho originál. Zatímco technologie pro mechanickou reprodukci byla ve svých počátečních stádiích, její použití nebylo rozšířené a její potenciál zůstal nerealizovaný. Albertiho řešení? Svou pečlivě vytvořenou mapu přepsal do řady polárních souřadnic měřených od vrcholu kopce Capitoline. Tyto souřadnice se shromažďují v Descriptio namísto ručně nakreslené mapy. Jeho nápad spočíval v tom, že čtenáři mohli přepisovat identickou verzi své mapy sami pomocí Albertiho poznámek a astrolabe podobného zařízení, které sestávalo z rotujícího pravítka připojeného ke středu disku rozděleného do stupňů. Koordináty a pokyny Alberti jsou, jak poznamenal Carpo, primitivní typ algoritmu - stejný proces, který řídí dnešní počítačově navrženou architekturu a software řídící digitální stroje na výrobu.

Kresba Albertiho finitoria, jak je popsáno v jeho pojednání De Statua (Public Domain)

Ale možná nejpůsobivější Albertiho vynálezy je jeho technika pro reprodukci sochy. Ve svém pojednání o figurální sochařství De statua Alberti popsal metodu reprodukce identických kopií soch pomocí tradičních nástrojů a základního výpočtu. Za prvé, umělec / kopírka provádí přesná měření výšky, šířky a různých průměrů sochy pomocí správných nástrojů - t-čtverců, úhlů atd. Hlavní součásti sochy jsou měřeny a dokumentovány číselně - „naskenovány“, v podstatě - ve vztahu k sobě navzájem a k celé délce sochy. Pro přesnější měření detailů sochy je na vrcholu sochy instalováno zařízení Albertiho vynálezu známé jako definátor nebo finitorium . Podobně jako zařízení používané k vytvoření mapy Říma, finitorium je plochý disk s vyznačenými stupni spojenými s pohyblivým ramenem, také s vyznačenými rozměry; od konce visí vážená čára. Otočením paže a zvednutím nebo snížením olovnice je technicky možné, i když urážlivě pomalé, zmapovat každý bod na soše v trojrozměrném prostoru vzhledem k jeho centrální ose. Tato data by pak mohla být zaslána řemeslníkovi, který by je použil k vytvoření identické kopie původní sochy.

To nás přivádí zpět k 3D tisku. Existuje mnoho různých druhů 3D tiskáren, které vytvářejí modely z různých typů plastů, ale všechny v podstatě fungují stejně. Tiskárna zpracovává digitální plány - souřadnice umístěné ve virtuálním prostoru - objektu vytvořeného pomocí modelovacího softwaru a digitálně „krájí“ model na kousky natolik malé, aby byly vytvořeny strojem. Tyto komponenty jsou na sobě navrstveny a téměř hladce spojeny, čímž se vytvoří stejná fyzická reprodukce původního digitálního modelu. 3D skenování a tisk je zjevně mnohem, mnohem rychlejší než metoda Albertiho, ale funguje podobně jako u automatizované dokumentace tvaru objektu a robotické konstrukce pomocí syntetických materiálů. Alberti se dokonce chlubil, že jeho metody by mohly být použity k opětovnému vytvoření různých částí sochy v různých časech nebo na různých místech a že jeho metoda byla tak přesná, že tyto jednotlivé komponenty mohly být bez problémů sestaveny, aby vytvořily přesnou repliku originálu - proces, který zní hodně jako moderní výroba.

Michelangelova Davida byla skenována v projektu Digital Michelangelo Project (The Digital Michelangelo Project)

Se starými i novými technologiemi lze jakoukoli sochu - opravdu cokoli - teoreticky znovu vytvořit v jakékoli velikosti kdekoli. Vezměte si například Michelangelova Davida . V roce 2000 vytvořily Stanfordovy laboratoře téměř dokonalou digitální 3D repliku Davida, kterou uživatelé mohou otáčet a manipulovat s prohlídkou sochy v mnohem bližších detailech, než by bylo možné, kdyby měli navštívit originál ve Florencii. Digitalizovaná replika mistrovského díla Michelangela, od šesti tun po třicet dva gigabajty, může být nyní rekonstruována ve studiu kohokoli s vysokorychlostním internetovým připojením, dostatkem místa na pevném disku a automatickým výrobním zařízením. Flexibilita, kterou poskytuje digitální model, vytváří pro lidi zcela nové způsoby, jak tuto sochu prožít. Například obrovská zlatá reprodukce formálně známá jako David (inspirovaná Michelangelem) byla vytvořena v roce 2005 konceptuálním umělcem Serkanem Ozkayou a v současné době je instalována v muzeu 21c v Louisville v Kentucky.

3D tiskárny a další formy digitální výroby možná změní způsob, jakým v budoucnu žijeme. Myšlenky za těmito stroji na změnu paradigmatu však existují již dlouho a sen o sdílení a vytváření identických kopií sahá až do 15. století. Vědci, umělci a filozofové, jako je Alberti, postrádali technologickou sofistikovanost, aby své nápady zrealizovali, a v některých případech jim chyběla představivost, aby si dokonce uvědomili možnosti toho, co navrhovali. Ale to už není problém. Máme technologii. Návrháři zítřka realizují sny o renesanci.