/ Research di: Davide Mariani

Deleuze e gli algoritmi genetici in architettura – Manuel De Landa

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Manuel De Landa con questo celebre intervento del quale propongo la traduzione, pone le basi per la trattazione del tema degli algoritmi genetici nei processi creativi, servendosi delle teorie di Deleuze sulla morfogenesi. Deleuze, per primo, legò tre concetti filosofici: quello di “genetica della popolazione”, quello di “grandezza intensiva” e quello di “processo topologico”.

La simulazione digitale dei processi evolutivi è una tecnica da tempo affermata nel campo della biologia. Si inseriscono all’interno di un ambiente digitale una miriade specie viventi e si osservano i percorsi di sviluppo e cambiamento che, con l’accoppiamento tra gli individui, derivano dal passaggio del patrimonio genetico ai discendenti. La maggiore difficoltà consiste nel definire le relazioni tra i geni e le caratteristiche fisiche virtuali che vengono riscontrate; tutto il resto – tenendo sotto controllo quale individuo si accoppia con un altro, assegnando valori fisici ad ogni nuova forma, determinando come un gene si diffonde all’interno di una popolazione attraverso le varie generazioni – è un compito eseguito automaticamente da infallibili processi digitali, conosciuti comunemente come algoritmi genetici.
Da quando gli artisti sono in grado di usare software per la generazione di nuove forme, senza doverle disegnare direttamente, le simulazioni evolutive hanno preso il posto del progetto […] Come supporto alla progettazione, queste tecniche non sarebbero affatto utili se il designer potesse facilmente prevedere quali forme generare. La simulazione virtuale può essere usata per esplorare un campo di evoluzioni talmente ampio da rendere impossibile la previsione da parte del designer. Solo in questo caso gli algoritmi genetici possono essere considerati un utile strumento.
Per poter applicare gli algoritmi genetici, una determinata forma d’arte ha bisogno innanzitutto di risolvere il problema del come rappresentare il prodotto finale (un disegno, una canzone, un edificio) alla fine del processo che l’ha generato, e, in seguito, il modo in cui rappresentare il processo stesso, come sequenza di operazioni. E’ proprio questa sequenza, o meglio, è lo script che lo stabilisce, che diventa il  patrimonio genetico del disegno, della canzone, o dell’edificio in questione. Nel caso degli architetti che adottano la progettazione assistita (CAD) questo problema viene enormemente semplificato, poichè un modello CAD di una struttura architettonica è già generato da una serie di operazioni. Una colonna a base circolare, ad esempio, è prodotta da una serie simile alla seguente:
1- disegna una linea che definisca il profilo della colonna
2- ruota questa linea per creare una superficie di rivoluzione
3- esegui una piccola “sottrazione Booleana” per ricavare le scanalature
Alcuni software memorizzano questa sequenza e potrebbero anche contenere un codice digitale corrispondente, in modo che tale codice diventi il “DNA virtuale” della colonna (Una procedura simile viene seguita per creare ciascuno degli altri elementi strutturali e ornamentali di un edificio)”

La teoria della genetica della popolazione, nata negli anni ’30 dall’unione delle teorie di Mendel e Darwin, costituisce una sintetizzazione della teoria dell’evoluzione e si potrebbe riassumere nella frase “non pensare ad Adamo ed Eva, ma ad una comunità che si riproduce”: anche se è un singolo organismo a generare ogni volta una forma evoluta, non è l’individuo ma la popolazione a fare da matrice per la generazione della forma evoluta stessa.
Una data architettura animale o vegetale, quindi, evolve con velocità e tempi differenti (come i geni che si propagano in una popolazione), in modo che la nuova forma venga lentamente sintetizzata all’interno della “comunità che si riproduce”.

“In sostanza, il concetto fondamentale per la progettazione digitale è il seguente: una volta svelate le relazioni tra geni e tratti formali virtuali di un edificio CAD, è necessario immettere come informazioni all’interno del calcolatore non una singola coppia, ma un’intera popolazione di questi edifici.
L’architetto deve aggiungere alla sequenza di operazioni CAD dei punti che consentano mutazioni spontanee (nell’esempio della colonna: le proporzioni relative della linea iniziale, il centro di rotazione, la forma con la quale viene effettuata la sottrazione Booleana); inoltre deve lasciare che queste istruzioni di mutazione si propaghino e interagiscano in una collettività attraverso varie generazioni”

A questo punto, viene introdotto il concetto di pensiero intensivo, che nella sua forma attuale deriva dalla termodinamica ma trova le sue radici nella tarda filosofia medievale.
Per definire una “quantità intensiva”, è necessario considerare il suo opposto: la “quantità estensiva”. Quest’ultima si riferisce alle grandezze con le quali gli architetti hanno maggiore familiarità, come lunghezza, area, volume. Al contrario il termine “intensivo” si riferisce a quantità come la temperatura, la pressione o la velocità, che non possono essere suddivise: se si prova a dividere in due parti uguali un volume d’acqua alla temperatura di 90 gradi, non si ottengono due metà a 45 gradi, ma due metà che mantengono la temperatura originaria di 90.

“[…] Deleuze insiste su un’altra caratteristica delle quantità intensive: una differenza di intensità, spontaneamente, tende a scomparire, portando però all’interno del processo flussi di materia ed energia (Entropia) [aggiunta al testo originale]. In altre parole, le differenze di intensità sono utili nel momento in cui guidano processi di cambiamento delle forme attuali.
Per esempio, il processo di embriogenesi, che produce un corpo umano da un ovulo fecondato, è un processo guidato da differenze di intensità (differenze di concentrazioni chimiche, di densità, di tensione superficiale). Questo per l’architetto significa che, escludendo il caso in cui vengano portati in un modello CAD gli elementi intensivi di ingegneria strutturale (cioè la  distribuzione delle tensioni), un edificio virtuale potrebbe non evolvere con i requisiti che dovrebbe avere per essere considerato tale. In altre parole, se la già menzionata colonna non è collegata al resto della costruzione come elemento portante, dalla terza o quarta generazione potrebbe ritrovarsi posizionata in modo tale da impedirne la sua funzione. L’unico modo per essere certi che ogni elemento strutturale non perda il suo ruolo e l’intero edificio non perda la sua stabilità, è quello di inserire in qualche modo la distribuzione delle tensioni all’interno della simulazone […] Nel caso degli organismi reali, se un embrione in via di sviluppo diventa strutturalmente instabile, non arriva all’eta della riproduzione a seguito della selezione naturale e viene scartato prima. Un simile processo potrebbe essere simulato al computer per avere la certezza che i risultati dell’evoluzione virtuale siano considerati stabili da un punto di vista ingegneristico, prima che questi siano selezionati dai designer sulla base delle sole caratteristiche estetiche.”

Manuel De Landa evidenzia, poi, un problema fondamentale: in tutto questo, qual è il ruolo del progettista, dell’artista, del designer? Qual è il momento di creazione veramente fondamentale in un processo apparentemente del tutto governato dalla macchina e dal “cervello digitale”? Egli risponde immaginando che un “architetto-hacker” sia riuscito ad unire con uno script l’informazione legata all’ingegneria strutturale e quella legata, invece, alla modellazione CAD, ed evidenzia quanto sia avvilente e degradante per un creativo finire a fare l’allevatore di cavalli (per usare una metafora dello stesso De Landa), che sceglie il migliore esemplare tra quelli a disposizione. Utilizzare le sole tecniche di simulazione evolutiva non può essere considerato uno stile artistico personale.

“Nonostante oggigiorno siano molto diffusi gli slogan a favore della “morte dell’autore” e gli atteggiamenti avversi alla “visione romantica del genio”, io credo che questa sia solo una moda e che le domande sullo stile personale ritorneranno al centro dell’attenzione. Questi artisti del futuro saranno soddisfatti con il loro ruolo di “allevatori e selezionatori di forme virtuali”? Non voglio dire che il processo sia banale in ogni suo aspetto. Dopo tutto, il modello CAD originale deve essere dotato di punti di mutazione nelle posizioni giuste (e questo comporta decisioni da parte del designer) e ci sarà bisogno di molta creatività per collegare elementi ornamentali e strutturali nel modo giusto.
Ma questa è tutta un’altra cosa rispetto a un processo creativo nel quale qualcuno possa sviluppare uno stile unico”.

C’è una parte del processo dove le questioni stilistiche sono ancora di importanza cruciale, anche se in modo diverso rispetto alla progettazione tradizionale. E’ proprio per spiegare questo concetto che viene introdotto il terzo concetto della trattazione di Deleuze: il processo topologico.

“Quando qualcuno osserva i risultati artistici contemporanei il fatto che colpisce maggiormente è che, una volta che qualche forma interessante è stata generata, il processo di evoluzione sembra aver esaurito le soluzioni possibili. Nuove forme continuano a venir fuori, ma appaiono troppo simili all’originale, come se lo spazio delle possibili soluzioni di design esplorate dal processo fosse esaurito.
Questo è in forte contrasto con l’incredibile produzione combinatoria delle forme naturali, come ad esempio le migliaia di architetture mostrate dai vertebrati o dal corpo degli insetti. Anche se i biologi non hanno una spiegazione completa a riguardo, un possibile approccio alla questione avviene attraverso il concetto di “progetto del corpo”.
Come vertebrati, l’architettura del nostro corpo (che combina ossa che sopportano carichi in compressione e muscoli che reggono le tensioni) fa si che la nostra specie venga classificata all’interno del “phylum chordata”.
Il termine “phylum” si riferisce a un ramo dell’albero dell’evoluzione (la prima biforcazione dopo regno animale e vegetale), ma porta in sé anche il concetto di un “progetto del corpo condiviso”, una sorta di “vertebrato astratto” che, se piegato e modellato in una certa sequenza durante l’embriogenesi, genera un elefante, se attorcigliato e allungato in un altro modo genera una giraffa, e ancora in altre sequenze produce serpenti, aquile, squali e umani”

Ci sarebbe quindi una “astrazione di vertebrato” che, a seconda delle operazioni in fase di embriogenesi, si concretizza nelle varie forme di vita, ricombinando tra loro gli elementi del progetto. Perchè le varie parti siano sempre compatibili tra loro, però, concetti come lunghezza, area,..sono completamente inadeguati. Per questo motivo Deleuze introdusse il termine Diagramma astratto o Molteplicità virtuale.

“Quali riferimenti teorici abbiamo bisogno di considerare per questi diagrammi astratti? In matematica i tipi di spazio nei quali termini come “lunghezza” o “area” sono nozioni fondamentali, sono chiamati “spazi metrici”, e la comune geometria Euclidea è un esempio di questa classe. (Anche le geometrie non-euclidee, che usano spazi curvi al posto di spazi piani, sono spazi metrici).
D’altra parte, ci sono geometrie nelle quali queste nozioni non sono basilari, poichè tali geometrie possono subire operazioni che non conservano i valori di lunghezza o area.
Gli architetti hanno familiarità con almeno una di queste geometrie, quella proiettiva. In questo caso l’operazione di “proiettare” può aumentare o ridurre la lunghezza e l’area, quindi queste non possono essere nozioni base. A volte, queste proprietà che rimangono fisse nella proiezione potrebbero non esserlo più nelle altre forme di geometria, come quella differenziale o topologica.
Le operazioni permesse in quest’ultima, come allungare senza strappare e piegare senza incollare, mantengono solo una serie di proprietà invarianti assolutamente astratte.
Queste invarianti topologiche (come la dimensionalità di uno spazio, o la sua connettività) sono precisamente gli elementi di cui abbiamo bisogno per pensare al progetto del corpo (o più generalmente ai diagrammi astratti).
E’ chiaro che il tipo di struttura spaziale che definisce un corpo non può essere metrico, poichè le operazioni embriologiche possono produrre una grande varietà di corpi finiti, ognuno con una differente struttura metrica. Perciò i progetti del corpo devono essere topologici.”
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De Landa  conclude con una riflessione sulle enormi potenzialità dell’approccio algoritmico e computazionale nei processi creativi, affermando sia l’estrema riduttività del concepire tali processi esclusivamente come “abilità nella programmazione” sia l’assoluto bisogno di un cambiamento di pensiero da parte dei designer.

“E’ ancora troppo presto per dire quale metodologia progettuale sarà necessaria quando non si potranno usare lunghezze o proporzioni prefissate come elementi estetici ma si dipenderà dalla pura interconnettività (e da altre invarianti topologiche). Ciò che è chiaro, comunque, è che, senza questo modo di pensare, lo spazio delle possibilità cercate ostinatamente dall’evoluzione virtuale sarà impoverito al punto da essere considerato inutile. Gli architetti che desiderano utilizzare questo nuovo strumento, quindi, non devono solo diventare degli hacker (in modo da poter creare i codici necessari per unire aspetti estensivi ed intensivi) ma devono essere capaci di “aprirsi un varco” attraverso la biologia, la termodinamica, la matematica, e altre branche della scienza per accedere alle risorse necessarie.
L’idea di generare famiglie di edifici al computer può essere appassionante, ma è chiaro che la mera tecnologia digitale da sola non sarà mai abbastanza.”

E’ possibile leggere il testo originale integrale a questo link .
Questo, invece, è il video della lecture “Deleuze and the use of genetic algorithms in architecture” alla Columbia University.