วิศวกรสร้าง “รางลูกแก้ว ใยแมงมุม” Marble Fountain ด้วยอัลกอริทึมสร้างแบบอัตโนมัติ
ผลงานชื่อ “Marble Fountain” นี้ดูเผิน ๆ เหมือนก้อนเส้นลวดพันกันยุ่งเหยิง แต่พอเปิดสวิตช์ ลูกเหล็กกลม ๆ จะไหลออกมา แล้วไหลไปตามรางทั้งแปดเส้นที่ซับซ้อนคดเคี้ยวลงสู่ฐาน ก่อนถูกระบบสกรูส่งกลับขึ้นไปด้านบนอีกครั้ง วนซ้ำเป็นวงจรที่ทั้งน่าทึ่งและชวนมองไม่เบื่อ
เราอาจคุ้นเคยกับของเล่น “รางลูกแก้ว (Marble Run)” อยู่แล้ว แต่ส่วนใหญ่จะเป็นของทำมือที่มีเพียงไม่กี่รางเท่านั้น ทว่า Will Morrison วิศวกรเมคคาทรอนิกส์ กลับอยากยกระดับขึ้นไปอีกขั้น เขาจึงเขียนอัลกอริทึมขึ้นมาเพื่อ “สร้างรางแบบอัตโนมัติ” ด้วยเทคนิค Procedural Generation ที่ช่วยวาดเส้นทางโค้ง (Spline) ของรางทั้งแปดเส้นโดยคอมพิวเตอร์
โครงสร้างสูงที่บิดเป็นเกลียวนี้ถูกพิมพ์ขึ้นทั้งหมดด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และสวยงามระดับจัดแสดงในแกลเลอรีศิลปะได้จริง ๆ ซึ่งเมื่อเขาส่งผลงานไปยัง New Alliance Gallery ในเมือง Somerville รัฐแมสซาชูเซตส์ ภัณฑารักษ์ก็รีบตอบรับทันที
Morrison ยอมรับว่าส่วนหนึ่งที่ทำให้โปรเจ็กต์นี้บานปลาย คือสถานที่ทำงานของเขาเอง — เขาเพิ่งเริ่มงานในตำแหน่งวิศวกรระบบที่บริษัท Formlabs เมื่อเดือนกันยายน 2023 ซึ่งที่นั่นมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติคุณภาพสูงระดับอุตสาหกรรมให้ใช้งานเต็มที่
เป้าหมายของเขาคือ สร้างรางที่ใช้พื้นที่พิมพ์ให้คุ้มค่ามากที่สุด เขาเริ่มจากให้สคริปต์สุ่มจุดต่าง ๆ ในพื้นที่พิมพ์เสมือน แล้วเชื่อมจุดเหล่านั้นด้วยเส้นโค้ง (Spline) ในโปรแกรม OpenSCAD โดยให้ทุกเส้นลาดลงในมุมที่คงที่ เพื่อให้ลูกเหล็กกลิ้งได้ต่อเนื่องจากบนลงล่าง
ผลลัพธ์แรกออกมาทำงานได้ แต่ดูเรียบเกินไป เขาจึงเขียน “ตัวแก้สมการ (Solver)” เพิ่ม เพื่อสร้างหลายเส้นทางที่เติมเต็มพื้นที่ทั้งหมดโดยไม่ชนกันและยังใช้งานได้จริง
- อัลกอริทึมนี้ต้องปฏิบัติตามกฎเข้มงวด เช่น
- รางต้องอยู่ในขอบเขตพื้นที่พิมพ์
- ต้องเว้นระยะเท่า ๆ กัน
- รักษารัศมีการโค้งต่ำสุดและสูงสุด
- คงมุมลาดให้ลูกเหล็กไหลได้สม่ำเสมอ
แต่ละส่วนของรางจะ “ผลักกัน” เพื่อไม่ให้ชน ปรับความชันอย่างนุ่มนวล และแก้ไขตัวเองตลอดเวลาให้ลูกเหล็กเคลื่อนต่อไปได้ ผลที่ได้คือความโกลาหลที่มีระเบียบ — เส้นทางที่ซับซ้อนแต่ดูเป็นธรรมชาติราวกับสิ่งมีชีวิต
อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ยากที่สุดกลับไม่ใช่การสร้างราง แต่คือการทำให้ลูกเหล็กไหลได้ลื่นจริง ๆ เพราะรางตรงเกินไปจะทำให้ลูกเหล็กเร็วเกิน ส่วนโค้งมากไปก็ทำให้ช้าเกิน ทางแก้ของ Morrison คือการออกแบบให้ราง “คดเคี้ยวตลอดทาง” พร้อมเอียงแรง ๆ เพื่อควบคุมความเร็วให้พอดี
หลังจากลองออกแบบกว่า 65 เวอร์ชัน เขายอมรับว่าล้าไปพักใหญ่ แต่ก็ยังมีแผนจะกลับมาแก้อัลกอริทึมนี้อีกในอนาคต
tags :http://techspot
