String art is een techniek voor het maken van visuele kunstwerken waarbij afbeeldingen tevoorschijn komen uit een reeks snaren die tussen pinnen zijn gespannen. Nutsvoorzieningen, aan de TU Wenen kan dit werk worden gedelegeerd aan een robot - een voorbeeld van een complexe taak die digitale fabricage kan oplossen.

Het basisidee van snaarkunst is eenvoudig:haken die op een frame zijn verdeeld, worden door touwtjes heen en weer verbonden totdat ze samensmelten tot een waarneembaar beeld. Op die manier, zeer interessante geometrische patronen kunnen worden gemaakt - inderdaad, echte experts slagen er zelfs in om portretten te maken. traditioneel, kunstenaars maken dergelijke afbeeldingen handmatig in een zeer geavanceerd en vervelend ontwerpproces dat ervaring en een vaste hand vereist.

Aan de TU Wenen, dit soort creatie van artistieke afbeeldingen is nu geautomatiseerd:de computer berekent het optimale draadpad uit een willekeurig gegeven beeld en een industriële robot neemt vervolgens de taak van het rangschikken van de draad over.

Ontelbare mogelijkheden

"Vanuit wetenschappelijk oogpunt dit is een zeer interessant probleem omdat het bijzonder moeilijk op te lossen is, " zegt Przemyslaw Musialski van het Instituut voor Discrete Wiskunde en Meetkunde aan de TU Wenen. In het algemeen geldt een afbeelding kan op deze manier niet exact worden gereproduceerd - per slot van rekening de draadmethode kan niet worden gebruikt om individuele pixels in te stellen, maar alleen om doorlopende lijnen te tekenen. Het is daarom noodzakelijk om de best mogelijke benadering te vinden.

Dit is een uitdaging:het aantal verschillende manieren om een ​​draad tussen een groter aantal haken te overspannen is astronomisch. Het is totaal onmogelijk om alle denkbare varianten te proberen. "Deze taak behoort tot de zogenaamde NP-harde problemen, ", zegt Musialski. "Dit is de klasse van computerproblemen die niet binnen een redelijke tijd nauwkeurig door computers kunnen worden opgelost."

Om de afbeelding te maken, er wordt een cirkelvormig frame met 256 haken gebruikt. "Onze berekeningen hebben aangetoond dat het verhogen van het aantal haken het eindresultaat slechts marginaal verbetert, " zegt Przemyslaw Musialski. De draad kan worden uitgerekt van de rechter- of linkerkant van elke haak naar de rechter- of linkerkant van een andere haak. Op deze manier, zelfs met slechts ongeveer 30 draadlijnen, er zijn meer mogelijke varianten dan atomen in het waarneembare heelal - en om een ​​herkenbaar beeld te reproduceren, er is een veel groter aantal nodig. Daarom, het was een grote uitdaging om een ​​algoritme te vinden om een ​​pad voor de thread te berekenen om een ​​bepaalde afbeelding zo nauwkeurig mogelijk te reproduceren.

De robotdraadkunstenaar

Echter, de wiskundige oplossing van het probleem was niet genoeg voor het onderzoeksteam. Het doel was om op een volledig geautomatiseerde manier echte "snaarkunst" te produceren. Een zeer nauwkeurige industriële robot werd gebruikt om een ​​enkele lange draad over 256 haken te spannen om cirkelvormige koordafbeeldingen met een diameter van 63 cm te creëren. Zelfs de industriële robot kan deze taak niet in een handomdraai voltooien:afhankelijk van het beeld, de productie duurt 2-5 uur en vereist tussen de 2 en 6 kilometer draad.

Het onderzoeksteam maakt deel uit van het Center for Geometry and Computational Design van de TU Wenen en werd ondersteund door de onderzoeksgroep van Peter Wonka aan de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië. "Ook al maakt onze robot mooie plaatjes, ons werk is natuurlijk geen kunstproject, " zegt Przemyslaw Musialski. "Uiteindelijk, we willen laten zien hoe bijzonder moeilijke technische problemen kunnen worden opgelost. In het string art-project, we werken met methoden die in de toekomst een belangrijke rol zullen spelen bij digitale fabricage."