Smil stråler og vægge rødmer:Arkitektur møder AI hos Microsoft

Jenny Sabin sidder højt på en sakselift, hendes hoved stikker gennem en åbning af den porøse stofstruktur, som hun kæmper for at strække ud på eksoskeletet af sit installationsstykke, som er ophængt i det luftige atrium i bygning 99 på Microsofts Redmond, Washington, universitetsområde.

kortvarigt besejret, hun holder pause og kigger op.

"Det bliver flot, " hun siger.

"Det" er en glødende, gennemskinnelig og æterisk pavillon, som Sabin og hendes Microsoft-samarbejdspartnere beskriver som både et forskningsværktøj og et indblik i en fremtid, hvor arkitektur og kunstig intelligens smelter sammen.

"Mig bekendt, denne installation er den første arkitektoniske struktur, der er drevet af kunstig intelligens i realtid, sagde Sabin, hoveddesigner hos Jenny Sabin Studio i Ithaca, New York, der har designet og bygget pavillonen som en del af Microsofts Artist in Residence-program.

Den to-etagers struktur, lavet af 3-D printede noder, glasfiberstænger og stof digitalt strikket med fotoluminescerende garn, bruger kunstig intelligens til at oversætte anonymiserede data om ansigtsudtryk, støj, stemmetoner og sprog til en koreograferet dans af farver og lys.

Ved at bruge kunst og arkitektur til at visualisere information indsamlet af mikrofoner og kameraer placeret forskellige steder i bygningen, Microsofts designere og forskere håber at stimulere til at tænke på AI i vores liv gennem interaktiv arkitektur.

"Kunstneri, kreativitet og menneskelighed spiller en vigtig rolle i teknisk innovation, " sagde Eric Horvitz, direktør for Microsofts forskningsorganisation og formand for virksomhedens Aether-komité, som fokuserer på ansvarlig udvikling og implementering af AI-teknologier, herunder problemer omkring følsom brug af kunstig intelligens, skævheder og retfærdighed i AI-systemer, og menneske-AI-interaktion og samarbejde.

Artist in Residence-programmet, forklarede han, blev oprettet for at invitere kunstnere til at udforske ideer i krydsfeltet mellem kunst og datalogi med Microsofts forskere og ingeniører og, mere generelt, "for at stimulere glædelig skabelse og out-of-the-box-tænkning på tværs af vores organisation."

"Jennys skabelse, " han tilføjede, "er en legemliggørelse af muligheder, forventninger og bekymringer om de stigende påvirkninger af maskinlæring og mønstergenkendelsesteknologier, der gennemsyrer verden i interessante, smukke – og på samme tid potentielt invasive og bekymrende – måder."

'En levende ting'

Projektet, kaldet Ada, vejer omkring 1, 800 pund. Eksoskelettet indeholder 895 unikke og brugerdefinerede 3-D printede noder, der forbinder 1, 274 glasfiberstænger til et væv af sekskanter, der danner det stive, ellipsoideformet pavillon.

"Der er mange dele af det her, "Sabin stivnede sent en aften over en tallerken thailandsk mad i løbet af projektets uger, omhyggelig manuel installation.

Fotoluminescerende tekstiler digitalt strikket ind i et porøst lysende netværk af celler og kegler er boltet på eksoskelettet og strækker sig indad for at skabe en blød indvendig væg, giver Ada en honeycomb-fornemmelse.

En en-etagers høj tensegrity-kegle pakket ind i nylonnet spændt med stribede fiberoptiske kabler hænger gennem Adas kerne og giver kompressionskræfter til at holde hele strukturen i koordineret spænding.

Kameraer og mikrofoner på forskellige steder i bygning 99 indsamler anonymiserede data, som AI-algoritmer omsætter til skiftende intensiteter af farve og lys, der vises gennem adresserbare LED'er, der er vævet ind i Adas tekstiler og gennem scenelys, der omgiver installationen.

"Det er en levevej, vejrtrækning ting, og det er i hjertet af bygningen. Hvordan ændrer det folks psykologi om det rum, de bor i, og hvordan de påvirker det rum, og omvendt?" sagde Asta Roseway, en hovedforskningsdesigner i byinnovationsinitiativet i Microsofts forskningslaboratorium i Redmond, som driver Artist in Residence-programmet.

Inspiration og disruption

Roseway, som var med til at lancere Artist in Residence-programmet i 2015, hyggede sig i en sofa tidligere på året i den luftige krog af bygningen 99's atrium, som Ada til sidst ville fylde, og forklarede med et øre-til-øre-grin, at når folk smiler til Ada, Ada vil metaforisk smile tilbage til dem.

Installationen af ​​Ada kommer, mens den næste bølge af kunstig intelligens – indlejret intelligens – bevæger sig fra forskningslaboratorier til produkter og tjenester, som folk møder hver dag. At, på tur, rejser spørgsmål og bekymringer om integrationen af ​​AI i vores liv.

"Hvor går det her hen? Hvad fører det ellers til? Hvordan kan det ellers udvikle sig? Ville det her fungere for noget som et hospital, hvor folk har brug for at føle sig rolige og bedre?" sagde Roseway.

Tidligere projekter i Artist in Residence-programmet har tilskyndet til refleksioner over fremtiden for mad på et tidspunkt, hvor forbedrede sansningsevner gør det muligt for mennesker og planter at kommunikere, udforskning af teknologier, der åbner billedkunst for mennesker med begrænset udsyn, og tøj, der reagerer på personlige hydreringsniveauer.

"Programmet er virkelig beregnet til at inspirere og forstyrre os selv, at få os ud af vores boble og den måde, vi tænker på et bestemt stykke teknologi, " sagde Mira Lane, en Microsoft-partnerdirektør med fokus på AI-etik og samfund, som begyndte at samarbejde med Roseway efter at have skrevet en hvidbog om kunstneres værdi for virksomhedsmiljøet.

For eksempel, hun sagde, designere og ingeniører skaber ofte en teknologi med en specifik business use case i tankerne. Når kunstnere bringes ind i udviklingscyklussen, de er tilbøjelige til at udnytte teknologien, bryde det op og omkabel det på nye måder, der kan åbne øjnene for potentielle påvirkninger, risici og muligheder for yderligere udforskning.

Lane og Roseway mødte Sabin ved en fundraising-begivenhed for University of Washingtons kunstskole i foråret 2017. Sabin, som voksede op i Seattle-området og dimitterede fra University of Washington, blev inviteret til at holde en keynote talk om hendes arbejde med at innovere nye materialer og former inspireret af naturen, der tager arkitektonisk design væk fra hårde 90-graders vinkler.

"Der var noget så iboende forfriskende ved den vision, " sagde Roseway. "Ville det ikke være fantastisk at skubbe en fortælling ud, hvor nogle af vores fremtidige boliger kunne være meget mere synkroniserede med verdens naturlige former og have intelligens indlejret i dem?"

En 18-måneders samtale fulgte om, hvordan et fælles projekt med Microsoft-forskere kunne se ud, sagde Sabin. Tidlige diskussioner fokuserede på at skabe et menneske-centreret projekt, der ville afsløre data på nye måder, afdækning af de typer spørgsmål omkring bias og privatliv, som Lanes gruppe om etik og samfund udforsker.

"Der er mange immaterielle strukturer og rumlige aspekter af data, som vi ikke rigtig kan se eller føle eller forstå, uden at de møder en anden type materialegrænseflade, " sagde Sabin. "Det, der er super spændende for mig, er, at selve projektet kan facilitere, på et grundlæggende niveau, forskning."

At lære computere at forstå mennesker bedre

Microsoft-forsker Daniel McDuff forsker i teknologier, der giver maskiner mulighed for præcist at fornemme folks følelser. Det kunne give en intelligent assistent mulighed for at gøre ting som at genkende, når en patient sprang over medicin og advare en plejer.

Computere, der fornemmer følelser, kan også transformere spil, tilgængelighed og arkitektur, bemærkede han.

Hans platform, som driver Ada, opfanger signaler, der er korreleret med følelser. Algoritmer omdanner derefter dataene til tal, der repræsenterer følelsesgradienter fra negativ til positiv og mild til intens. Ada, på tur, præsenterer dataene gennem farve og lys.

McDuff og hans kolleger vil gemme de afidentificerede numeriske data – strippet for al video, lyd og tekst for at overholde Microsofts krav til beskyttelse af personlige oplysninger – indsamlet fra Ada i tre år. De vil bruge det til at studere forskningsspørgsmål, såsom hvordan vejrmønstre og aktuelle begivenheder påvirker vores ansigtsudtryk, stemmetoner og sprog og for at udforske, hvordan adfærdsmønstre ændrer sig i løbet af dagen.

"Jeg har set på mine egne data, " bemærkede McDuff. "I gennemsnit, Jeg smiler omtrent dobbelt så ofte om morgenen end om aftenen. Det vidste jeg ikke. Det virker af meget. Forhåbentlig vil dette projekt gøre os opmærksomme på nogle af den slags mønstre."

Deltagelse i projektet er valgfri, og Microsofts privatlivsteam blev konsulteret for at sikre passende offentliggørelse og beskyttelse via anonymisering. McDufff sagde, at medarbejdere kan undgå at engagere sig i sensorerne ved at komme ind i bygningen gennem specifikke døre og bruge de rigelige køkkener, fællesrum og mødelokaler løsrevet fra projektet.

Efterhånden som folk tilmelder sig projektet – medarbejdere i bygning 99 kan også installere systemet på deres lokale computere og vælge, hvornår det skal tændes og slukkes – begynder vi bedre at forstå, hvordan vi påvirker hinanden, McDuff bemærkede.

"Tilsammen vi beslutter, hvordan vi ønsker, at bygningen skal føles den dag, " sagde han. "Vi har hver især kontrol over os selv, og vi har kontrol over den måde, vi behandler og interagerer med andre på. Hvis jeg er venlig over for alle omkring mig, og jeg opfordrer dem til at smile, Jeg vil have en større indflydelse på den visualisering end mig selv alene, fordi jeg vil få hver af deres sensorer til at opfange et smil."

At genkende folks udtryk ligner andet arbejde inden for kunstig intelligens, der sigter mod bedre at forstå mennesker, herunder bestræbelser på at forstå folks mål og hensigter. For eksempel, den intelligente assistent Cortana genkender, når folk giver løfter til andre i e-mail og minder folk om deres forpligtelser, når de ellers ville glemme dem.

For at disse AI-systemer skal fungere godt, de skal forstå mennesker bedre. Dataene indsamlet fra Ada vil hjælpe McDuff med at forbedre sit system og, han håber, skabe en dialog om den korrekte brug af disse teknologier.

"Hvis jeg prøver at placere mig selv i en outsiders rum, det føles ofte som om teknologivirksomheder forsøger at skjule de data, de måler om dig, " sagde McDuff. "Denne installation udsender med vilje disse data, og det vil rejse spørgsmål, som folk ikke altid stiller."

Arbejde på tværs af faggrænser

Nysgerrigskab vejer tungt hos Sabin, som udover at drive en privat praksis i centrum af Ithaca er professor i arkitektur ved Cornell University, hvor hun opfordrer sine elever til at tage en anden tilgang til arkitektonisk design.

"Vi tænker ofte på arkitekten som tegner servietskitsen, det vi kalder partidiagrammet, og det bliver den store idé for projektet. Mens jeg siger, lad os vende det på hovedet og tænke på, hvordan den endelige form opstår fra en række forhold, " sagde hun, mens hun gav en rundvisning i sit laboratorium i kælderen på Cornells arkitektskole.

Hylderne i Sabins laboratorium er foret med prototyper fra hendes unikke tilgang, såsom en progression af luftig, porøse 3-D-printede klodser oplyst af hendes samarbejder med biologer og ingeniører, der fører til en genskabelse af vægge. Et ensomt nylonærme strikket med fotoluminescerende garn hænger fra en åbning og antyder hendes forskning om samspillet mellem lys og perception, der er manifesteret i Ada.

Assorterede 3-D printere, en laserskærer, ovn og en robotarm, der er mere kendt for en automatisk samlelinje, afslører Sabins dybe dyk i banebrydende fremstillingsteknikker, der kan transformere, hvordan arkitektoniske designs tager form i verden. Adas celler og kegler, for eksempel, er skabt med en proces kaldet 3-D digital strikning.

Ud over at bruge værktøjer fra andre discipliner, Sabin lærer sine elever at udnytte og anvende ideer og metoder fra andre videnskabelige områder. Hun har brugt 14 år på at arbejde med cellebiologer, materialeforskere og maskiningeniører til at innovere materialer og arkitektoniske designs, der er adaptive, fordybende og lydhør over for miljøet og de mennesker, de huser.

"Hvordan personaliserer vi vores rum? Hvordan begynder vi at tænke på arkitektur som mere grundlæggende menneskelig og personlig såvel som bæredygtig, funktionel og performativ?" sagde Sabin.

Ada's fremkomst

Scenen i Jenny Sabin Studio på tværs af byen er mere cerebral, mindre maker plads. Designere klikker på digitale modeller af Ada, der vises på computerskærme. Glas reolhylder er tunge med erindringsstatuer og -plader. En indrammet avisartikel om Lumen, en udendørs installation på MoMA PS1 i Queens, New York, som informerede designet af Ada, hænger bag Sabins ryddelige skrivebord.

Sabin og hendes team udfører designarbejdet til bestillingsprojekter og udstillingsgenstande i studiet.

"Jeg er grundlæggende interesseret i, hvordan forskningen påvirker arkitekturen, ikke kun undervisningen og tænkningen, men hvordan det påvirker levende arkitektur, " hun sagde.

På en kold martsdag tidligere i år, næsten endelige digitale gengivelser af Ada viste, hvordan strukturen ville fylde den luftige krog i atriet i bygning 99 og omsætte data til farve og lys.

Sabin opkaldte installationen efter Ada Lovelace, en 19 ^th århundredes polymat. I 1843, Lovelace foreslog at bruge hulkort til at løse matematiske ligninger på opfinderen Charles Babbages Analytical Engine, en aldrig bygget forløber for den digitale computer. På det tidspunkt, hulkort blev brugt til at programmere Joseph Jacquards mekaniserede væv til at væve komplekse tekstiler såsom gobeliner.

"Ada bliver ofte krediteret for at være den første computerprogrammør, " sagde Sabin. At navngive installationen til hendes ære er særligt passende, Sabin tilføjede, fordi projektet bringer fremstillingsteknologier såsom 3-D digital strikning til visualisering af data, der driver AI.

Arkitektur møder AI

I mere end tre uger denne sommer i bygning 99, Sabin, Roseway og deres team af forskere, designere og ingeniører koblede noder og stænger ind i eksoskeletet, strakt stoffet på plads, spændte LED'er, monterede scenelys og hængte tensegrity-keglen op.

I mellemtiden McDuff's sensorer begyndte at indsamle data i offentlige rum i hele bygningen - atriet, kontorkøkkener og fællesarealer.

Hver sensor er på størrelse med en nøgleboks og består af et webkamera og en mikrofon, der er tilsluttet en sort boks på størrelse med et kabelmodem, der sender data via Wi-Fi til en sikker Azure-database.

"Hvis jeg klager over noget, og jeg er vred, og alt går galt, så vil den forhåbentlig opdage det som negativt, og hvis jeg er glad og det er solskin udenfor og positivt, så vil den opdage det, " forklarede McDuff.

Horvitz, direktøren for Microsofts forskningsorganisation, bemærkede, at hans hold allerede har udforsket værdien af ​​at udnytte AI-teknologier som en del af bygningsdriften. For eksempel, i 2012, hans AI-team udviklede og integrerede i bygning 99 et system, der anvender maskinlæring og sensing til proaktivt at bestille elevatorer baseret på observationer af mønstrene hos mennesker, der bevæger sig gennem bygningen. Systemet er fortsat en del af dagligdagen i bygningen.

Separat, Schneider Electric, en global virksomhed, der arbejder på digitalt at transformere energistyring i hjemmet, bygninger og industri, arbejder sammen med Microsoft-forskere for at teste, om kunstig intelligens kan hjælpe med at reducere CO2-fodaftrykket fra HVAC-systemer, der bruges til at opvarme og afkøle store bygninger.

Ud over anvendelser af realtidsregistrering og handling, AI er også begyndt at spille en mere fundamental rolle inden for design og ingeniørarbejde, herunder metoder, der hjælper arkitekter med at udforske out-of-the-box designmuligheder under den virkelige verdens begrænsninger af form, styrke og nytte, bemærkede Horvitz.

"Man kan forestille sig andre anvendelser, " tilføjede han. "Som, hvordan kan miljøer i fremtiden ændre sig for at gøre sig selv mere befordrende for samarbejde baseret på deltagerne, og deres mål og behov?"

Adas algoritmer er designet til at konvertere enhver datakilde til farve og lys. For eksempel, forskerne forestiller sig, at det smarte lærred også kan bruges til at visualisere musik, bygningsvibrationer, antallet af mennesker i et givet rum og andre scenarier, der endnu ikke er blevet forestillet.

"Enhver herinde, " sagde Roseway med en armbevægelse, der fejede hen over bygning 99, "kan tilslutte en mod og få stykket til at reagere."

For nu, McDuffs sensorplatform styrer Adas responsive lysnetværk. Hans sidste sensor er fastgjort til bunden af ​​tensegrity-keglen, lader folk i pavillonen køre Ada. Står der, ser sig omkring i ærefrygt, smil kommer nemt. Målet er, at Ada skal reagere i naturalier.