Pri zasnovi izdelkov nas bo omejevala samo še domišljija

V prvem valu informacijske revolucije sta industrijsko proizvodnjo nasledila obdelava in prenos podatkov. Atome so zamenjali biti in bajti. V drugem valu bodo biti in bajti znova postali atomi – s trirazsežnim tiskom, ki omogoča izdelovanje predmetov, izdelkov, umetnin in prototipov. Prvi patent v takšnem tisku pa je pred približno petdesetimi leti prijavil akademik, zaslužni profesor in izumitelj Igor Grabec.

Ko sva s fotografom prišla na naravoslovno-tehniško fakulteto, je najinega sogovornika, akademika Igorja Grabca, najprej pritegnil reporterski fotoaparat. Povedal nama je, kako je pred leti kupoval svojo prvo digitalno kamero, da bi z njo fotografiral svoje kipe. »Ko sem na računalniku odprl prvo datoteko, sem vedel, da se ne bom več mogel vrniti k stari fotografski tehniki,« je dejal in pokazal svojo knjigo Kipi in stihi, v kateri je uporabil posnetke.

Enako je razmišljal tudi pred petdesetimi leti, ko je pripravljal prvi patent: tridimenzionalni rekorder, namenjen za trirazsežno (3D) tiskanje, ki danes omogoča izdelovanje predmetov, izdelkov in kompleksnih prototipov.

»Predstavljal sem si prilagodljivo napravo, s katero bi lahko izdelal predmete zapletenih oblik: kipe, razne reliefe ali kar koli drugega v treh razsežnostih. Napravo, ki bi se znala učiti in postati ustvarjalna. Takšno orodje bi za vedno spremenilo industrijsko proizvodnjo, omogočilo uporabo novih materialov in izdelavo predmetov, ki jih po sedanjih postopkih ne znamo izdelati,« je pojasnil in takoj dodal, da revolucija izdelovalništva ne bo omejena samo na industrijsko področje. Velike spremembe čakajo tudi arhitekte, oblikovalce in umetnike.

Prepletanje umetnosti in tehnologije je za Igorja Grabca razumljivo samo po sebi. Njegov oče je bil slikar, brat je postal oblikovalec, njega je zamikala fizika in kasneje še strojništvo. V strojih pa ni nikoli videl le mehanskih naprav, ampak posnemanje in preoblikovanje rešitev, ki jih je v milijonih let razvila narava. Zato mora biti inženir vedno dovzeten za njene namige – opaziti graditeljsko genialnost čebel ali občudovati podobe morskih valov, ki jih je tako rad slikal japonski slikar Hokusaj.

Med pripravo na pogovor sem slišal veliko anekdot – kako ste študentom strojništva predavali tudi o slikarstvu in ste v akademskih debatah in na mednarodnih konferencah radi povezovali naravo, umetnost in tehnologijo. Zakaj vas tako privlači ta preplet različnih področij in disciplin?

Ker zame to sploh niso ločena področja in discipline. Še pred dobrimi dvesto leti sta bili znanost in umetnost združeni. Samo pomislite na Leonarda da Vincija, Michelangela in druge velike renesančne umetnike, ki so bili izjemno vsestranski, saj so v svoji umetnosti upoštevali znanstvena spoznanja ali pa so bili tudi sami tehnološki izumitelji. Na začetku 19. stoletja sta se začeli znanost in umetnost ločevati. Industrijska in znanstvena revolucija sta proizvedli veliko novih znanstvenih disciplin in od strokovnjakov zahtevali zelo ozko specializacijo. Zdaj se področja spet povezujejo, saj je znanost trčila ob verjetno največji izziv za prihodnje tisočletje: ustvarjalnost.

Ustvarjalnost?

V zadnjih dveh stoletjih smo razvili izjemno zmogljiva orodja in z njimi izdelali stroje, ki nas pri določenih opravilih že presegajo. Omogočili smo jim gibanje, opremili smo jih s tipali, jim dodajali raznovrstna orodja in vanje vgradili zmogljive računalnike, ki po zgledu bioloških možganov obdelujejo informacije in izvajajo ukaze iz računalniških programov. Iznašli smo matematične algoritme in nevronske mreže, ki jim omogočajo posnemanje in preprosto učenje. Vendar imajo ti stroji veliko pomanjkljivost: ne znajo samostojno ustvarjati, ampak samo sledijo ukazom. Če stroj programiramo za izdelavo kozarca, sam ne bo znal izdelati skodelice. Za skodelico potrebujemo nov program, saj še ne poznamo dovolj inteligentnega sistema, ki bi iz modela kozarca sam zasnoval drugačno posodo. Oziroma bi se znal preprogramirati.

Čeprav napredni računalniški programi že sami pišejo glasbo in novinarske članke, ki jih skoraj ni mogoče ločiti od človeških izdelkov?

Vzemimo, da hočemo z računalnikom napisati skladbo, kakršno bi ustvaril znani skladatelj Johann Sebastian Bach. Problema se lahko lotimo analitično: analiziramo avtorjev skladateljski opus in matematično opišemo vse njegove značilnosti, denimo ritem, tempo, harmonije in druge elemente glasbenega sloga. Lahko pa uporabimo umetne živčne mreže, ki poslušajo Bachove skladbe in se naučijo prehajati iz enega v drugo glasbeno stanje. Obe metodi omogočata zelo natančno posnemanje skladateljskega sloga ali celo ustvarjanje nove glasbe. Računalniškemu programu za generiranje glasbe je namreč mogoče dodati posebne algoritme, ki ustvarijo naključne variacije in poskrbijo, da računalniške skladbe niso enake Bachovim izvirnikom, čeprav še vedno zvenijo zelo podobno.

Bi z njimi lahko preslepili glasbenega kritika?

Nova glasba je lahko zelo prepričljiva – celo za poznavalce, a je ustvarjalni doseg računalniškega programa še vedno zelo omejen. Tak program lahko primerjamo s slikarskim vajencem, ki opazuje mojstra in se nauči z manjšimi odkloni posnemati njegov slikarski slog, ne razvije pa lastnega umetniškega izraza. Tudi računalnik lahko sprogramiramo, da ustvarja naključne vrednosti – generira naključna števila, izbira naključne tone ali barvne odtenke. A zato še ni umetnik.

Lahko pa postane zelo dober ponarejevalec?

Recimo (nasmešek).

Kdaj bi računalnik postal umetnik?

Računalniški programi so lahko izvrstni posnemovalci, vendar to še ni resnično ustvarjanje. Za napredek v umetnosti in znanosti so potrebni nove zamisli in preboji, ki ločujejo posnemovalce in obrtnike od umetnikov. Za razumevanje ustvarjalnega procesa moramo najprej spoznati umetniški proces, saj je zame umetnost vrhunec človeškega razuma, ki hkrati upošteva tudi čustva, česar računalniška tehnika še ne zmore. Na tej točki pa si lahko zastavimo nekaj zelo zanimivih vprašanj: Kaj človeka spodbudi, da postane ustvarjalen in predvsem inovativen? Je ustvarjalnost prirojena ali jo je mogoče načrtno spodbujati in usmerjati?

So prebojne zamisli podobne genetskim mutacijam? Naključnim spremembam v genskem zapisu, ki jih ni mogoče predvideti?

V naravi poznamo dva najpogostejša vira naključij: mutacije in nepričakovane spremembe v življenjskem okolju. Vzemimo, da ste vedno hodili po suhem, dokler vam ni spodrsnilo in ste padli v jezero. Pri večini bioloških sistemov se takrat sproži instinkt: začnete mahati in opazite, da vas takšno gibanje drži nad vodo. Ko instinktivno reakcijo ozavestite, začnete plavati, kar je za vas življenjsko pomembna inovacija. Za inovacije zato ni dovolj samo naključje, ampak se mora inteligenten sistem znajti v neznanih okoliščinah, zaznati uspešna dejanja in se iz njih učiti. Strojem je danes že mogoče vgraditi preprost algoritemski instinkt, s katerim se odzivajo na neznane okoliščine in se učijo. Prepričan sem, da bi bilo mogoče podobne mehanizme za učenje in spodbujanje inovacij vgraditi tudi v družbene sisteme: v šolo, podjetje ali javno upravo. Pri načrtovanju inteligentnih sistemov uporabljamo zelo podobne metode kot v šolah pedagogike ali menedžmenta, le da učimo stroje namesto ljudi.

Kakšni mehanizmi spodbujajo inovativnost v družbi? Niso ljudje nekoliko bolj zapleteni kot stroji?

Na to vprašanje vam morda najlaže odgovorim, če vam opišem zgodbo o mojem patentu za tridimenzionalni rekorder, zaradi katerega se verjetno sploh pogovarjava. Smem?

Seveda.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so v razvojnih oddelkih podjetij in inštitutov začeli uporabljati prve rekorderje x-y. To so naprave, ki upravljajo pisalo in na papir prenašajo elektromagnetne signale.

Kot risalniki, ki na trak narišejo potresne sunke ali srčni EKG?

Ali detektorji laži, risalniki v arhitekturnih birojih … Možnosti uporabe je veliko. No, pri delu s temi rekorderji sem se spomnil na svojo mladost. Z bratom sva od malega risala in oblikovala. On je zelo rad risal in iz stiropora izrezoval različne profile z žarečo nitko. Pri svojem patentu sem združil obe ideji. Pomislil sem, da bi lahko rekorder x-y namesto pisala uporabljal žarečo iglico, s katero bi bilo mogoče računalniško izrezovati in oblikovati različne predmete. Patent sem prijavil leta 1969, priznali so mi ga štiri leta kasneje. Takrat sem ga ponudil nekaterim velikim korporacijam, med drugim Honeywellu in Hewlett-Packardu, a tedanja tehnologija še ni bila dovolj zrela za takšen patent.

Kaj je manjkalo?

Predvsem zmogljivi osebni računalniki. Ni bilo dovolj procesorske moči, da bi lahko programirali, modelirali in upravljali izrezovanje predmetov. Na trirazsežne tiskalnike smo morali zato počakati še kar nekaj desetletij, a patent kljub temu ni bil zaman. Mojo zagnanost je opazil tedanji direktor Inštituta Jožefa Stefana profesor Milan Osredkar in me vprašal, kako bi tudi druge raziskovalce spodbudili, naj prijavljajo patente. Takrat je na inštitutu delalo kakih tristo ljudi, a niso dovolj intenzivno razmišljali o patentih. Približno na dve leti so prijavili po en patent, kar je zelo malo za raziskovalno ustanovo.

Kaj ste mu predlagali?

Zelo preprosto: vsak prijavljen patent nagradimo z eno dodatno plačo. Vodstvo je poskrbelo za finance in podporo projektu, jaz sem začel po inštitutu spodbujati sodelavce in jim pomagati s prijavami patentov.

Ste bili uspešni?

Sprva je šlo bolj počasi. Veliko sem obiskoval razne laboratorije, spoznal skoraj vse raziskovalce in večino delavcev, jih spodbujal in mnogo razpravljal, nato se je začelo premikati. Pri meni se je oglasil delavec iz mehanske delavnice in povedal, da je izdelal poseben ključ za pritrjevanje vodnih grelcev. Zanimalo ga je, ali je mogoče patentirati tudi takšno orodje, in napisal sem ustrezno prijavo. Njegovi sodelavci so se sprva norčevali, češ – ti da boš prijavil patent. Vendar le do trenutka, ko se jim je pohvalil z dodatnim plačnim listkom. Takrat je začel v moji pisarni zvoniti telefon in naenkrat ni več manjkalo predlogov o tem, kaj vse bi bilo mogoče patentirati. V prvem letu smo uspešno prijavili okoli petnajst patentov, danes pa jih na Inštitutu Jožefa Stefana prijavijo približno trideset na leto.

Ena dodatna plača je povzročila tako veliko razliko?

Prej ste vprašali, ali je mogoče načrtovanje inteligentnih računalniških sistemov uporabiti tudi v organizacijah. Naša izkušnja s patenti je pokazala, da je mogoče s premišljenim sistemom spodbud dejansko povečati število patentov, ki so pomemben pokazatelj raziskovalne inovativnosti. Dodatna plača je imela zelo pomembno sporočilo. Uspešna patentna prijava je pomenila, da je ideja izvirna in dobro predstavljena, ne samo naključna domislica ob jutranji kavi. Na koncu so bili vsi prijavitelji še finančno nagrajeni, kar je zaposlenim pokazalo, da njihova ustanova spodbuja in nagrajuje inovativnost.

Zaradi sistematične patentne strategije so kasneje ustanovili Center za prenos tehnologij in inovacij, v katerem pridobijo približno četrtino sredstev iz evropskih skladov. Brez inovativne dejavnosti bi mnogo raziskovalcev na IJS ne imelo svoje službe. Na žalost se vodilni politiki in direktorji v Sloveniji premalo zavedajo, kako pomembne so inovacije in v kakšnem okolju nastajajo. Prepričan sem, da je k slabim razmeram v naši industriji veliko pripomoglo ukinjanje raziskovalnih laboratorijev po osamosvojitvi Slovenije. Prav tako domnevam, da se vodilni ne zavedajo potenciala trirazsežnega tiskanja.

Če bi lahko danes izbiral raziskovalno področje, bi se odločil za trirazsežno tiskanje, je v pogovoru za Sobotno prilogo pred dobrimi tremi leti povedal izumitelj in inženir Franc Rode, ki je v podjetju Hewlett-Packard razvil prvi žepni kalkulator na svetu. Zakaj je tudi vas tako navdušila prav ta tehnologija?

Kje naj sploh začnem … (smeh)

Avtorja knjige o trirazsežnem tiskanju 3D-tisk (Pasadena, 2015) Tadeja Muck in Igor Križanovskij sta opisala številne primere uporabe v industriji, oblikovanju, protetiki in domačem ustvarjanju. Ameriški publicist in podjetnik Chris Anderson je v knjigi Izdelovalci (Umco, 2013) napovedal revolucijo izdelovalništva, ki jo bo omogočil trirazsežni tisk …

Tehnologije trirazsežnega tiska – teh je namreč več – imajo veliko praktičnih prednosti pred drugimi industrijskimi postopki. Z njimi je mogoče hitro izdelati zelo zahtevne, natančne ali kompleksne predmete, denimo delujoče prototipe ali proteze, ki se natančno prilegajo prav vašemu telesu. Hitra izdelava prototipov je zelo pomembna za razvojne oddelke, saj lahko izdelek takoj preizkusijo v praksi in postavijo v prostor, kar prej ni bilo mogoče. Pri zasnovi novih izdelkov nas bo dejansko kmalu omejevala samo še domišljija – naj govorimo o inženirjih, oblikovalcih ali umetnikih. Izdelali bomo lahko skoraj vse, kar bo za našo vrsto skoraj enako prelomno, kot je bil izum in uporaba noža. Še več. Lahko se bomo približali edini vrsti, ki nas presega po izdelovalniških veščinah. Lahko uganete, katera vrsta je to?

Med pripravami na intervju so mi namignili, da se zelo radi pogovarjate o čebelah. So one pravi odgovor?

Natanko tako (nasmešek). Čebelja družina je samoorganizirani makroorganizem, podobno kot človeška družba. Preživetje jim je omogočil izdelovalni mehanizem, podobno kot je nam pomagala gradnja hiš. Če opazujemo, kako gradijo satje, je njihova izdelovalniška tehnika zelo podobna trirazsežnemu tisku, ki so ga čebele iznašle pred približno tristo milijoni let. Tudi one z nanašanjem tankih slojev gradijo zelo kompleksne strukture, ki so optimalno prilagojene namenu. Če analizirate satje po gradbeniških merilih, boste ugotovili idealno razmerje med oblikovanjem, trdnostjo in količino materiala. S sestavljanjem šesterokotnikov v satasti strukturi so poskrbele za mehansko trdnost in toplotno izolacijo; poleg tega tvori satje fascinantno gradivo: vosek, prevlečen s propolisom. Pridelujejo ga same, mogoče ga je poljubno oblikovati in spajati, poleg tega je popolnoma biološko razgradljiv. Čebele ne izdelujejo odpadkov, kar za človeške proizvodne metode ne velja. Naravne vire uporabljamo izjemno potratno in z odpadki uničujemo okolje. Vse to je mogoče spremeniti z uporabo trirazsežnega tiska.

Kako?

Nova tehnologija nam bo omogočala izbiro katerega koli materiala in izdelavo optimalne oblike. Prepričan sem, da bo mogoče nekoč vse predmete izdelovati trajnostno – brez odpadkov in skoraj brez izgub. Vendar nam manjka še zelo veliko znanja in volje za povezovanje med različnimi področji. Nekatere najbolj inovativne družbe takšno sodelovanje že načrtno spodbujajo. Pred upokojitvijo sem skupaj z zavodom za gradbeništvo sodeloval pri zelo zanimivem projektu Roadidea, ki so ga pripravili v prometno-tehničnem inštitutu v Helsinkih. Finci so imeli pozimi velike težave, ko so načrtovali optimalno soljenje cest. Če solite preveč, premalo ali ob nepravem času, lahko povzročite veliko problemov v prometu in okolju, zato so potrebovali inteligenten sistem za napovedovanje stanja na cestah in ustreznega soljenja. Iskali so partnerske organizacije in ugotovili, da pri nas raziskujemo modeliranje naravnih pojavov z umetnimi živčnimi mrežami, kar omogoča načrtovanje učljivih sistemov. Začeli smo sodelovati in mi smo razvili sistem za napovedovanje prometnih tokov na celotni slovenski prometni mreži. Ta sistem je bil potem izhodišče za druge podobne sisteme, ki so jih uvedli na Finskem, Švedskem in v Italiji.

Ali njihove vzdrževalce cest po uvedbi takšnega sistema še vedno presenetijo vremenske in prometne razmere?

Še vedno, ampak ne prav pogosto. Inteligentni prometni sistemi so izjemno uporabni. Z našim modelom smo na primer lahko napovedali tudi prometne zastoje s 96-odstotno natančnostjo: kdaj in kje bodo nastali, kako dolgo bo trajal prometni zamašek in koliko časa se bomo vozili v službo.

Ali ni promet preveč kompleksen sistem za tako veliko natančnost?

Sprva je ta številka tudi nas presenetila. A če malo premislite, prometni tok na omrežju niti ni tako zelo nepredvidljiv. Celotna slovenska prometna mreža ima končno število kontrolnih točk, na katerih vsako leto zbirajo podatke o prometnem toku. Analiza teh podatkov omogoča precej dobro predvidevanje prometnih tokov. Za vsak dan vemo, kdaj sonce vzhaja in kdaj zaide. Ob sobotah se ljudje vozijo drugače kot v ponedeljek ali sredo. Ob treh popoldne je promet drugačen kot ob šestih zjutraj, v dežju ali snegu je počasnejši kot v jasnem vremenu. Če sistem povežemo še z vremensko napovedjo in mu povemo, kdaj gredo otroci v šolo, starši na delo in kdaj tovornjaki razvažajo blago, imamo dovolj podatkov za zelo zanesljiv izračun prometa. V Skandinaviji in Italiji so imeli s takšnim sistemom zelo dobre izkušnje, zato sem program pred tremi leti ponudil tudi slovenski družbi za avtoceste (Dars), ampak ...

Jih ni zanimalo?

Zanimalo jih je že, vendar programa doslej še niso učinkovito uporabili. Pred enim letom je bil na primorski avtocesti zelo dolg zastoj, ki ga je povzročila sprememba voznih pasov zaradi vzdrževalnih del. Zagnal sem naš program in ugotovil, da bo zastoj trajal kar šest ur. Najprej sem pomislil, da se je računalnik zmotil, a se je zastoj v resnici razredčil šele po predvidenem času. Čez nekaj dni so me poklicali z Darsa. Omenili so mi ta prometni zastoj in me vprašali, ali jim lahko pri reševanju tega problema pomagamo s programom za napovedovanje prometnih tokov. Saj sem vam že pred dvema letoma poslal prav takšen program, sem dejal.

Ampak so ga založili v kakem elektronskem predalu?

Načrtovalci pri obnovitvenih delih sploh niso vedeli za naš program. Tako imate na eni strani Inštitut Jožefa Stefana, ki je s preprosto spodbudo postal vodilna organizacija na področju patentov pri nas; na drugi strani pa veliko cestno podjetje, kjer ne uporabijo za njih razvitega računalniškega programa za napoved kritičnih razmer, ki nastanejo v prometu, če zožijo kak cestni odsek. Prvi inovacije spodbujajo, drugi pa jih zaradi neustrezne organiziranosti spravijo v predal. To na žalost ni bil edini takšen primer, ki sem ga doživel pri nas.

Razlika med Darsom in Inštitutom Jožefa Stefana je … Vodenje?

Vodenje, predvsem pa odnos vodilnih do inovacij in domačega znanja. Enaka razlika je tudi med Finsko in Slovenijo. Finska nima mogočnega gospodarstva. Njihovo podnebje ni najbolj prijazno, zimska noč je dolga in njihov najpomembnejši izvozni trg – Rusija – se je v devetdesetih letih sesul. Znašli so se na kritični točki in morali so ugotoviti, kako naprej. Vse so stavili na inovativnost – edino področje, kjer so lahko konkurenčne tudi manjše države z omejenim proračunom. Razvoja inovativnosti niso prepustili naključju. Ogromno so stavili na šolstvo, ustanovili so zelo vplivno razvojno agencijo Sitra, podpirali razvoj Nokie …

Po Finski se je marsikdo poskusil zgledovati, podobno kot po silicijevi dolini. Vendar je njihov model zelo specifičen. Znanje je vrednota, korupcije skoraj ne poznajo, Nokia je ustvarila skoraj četrtino BDP ...

Mi sicer nimamo Nokie, ampak imamo razmeroma dobro komunikacijsko infrastrukturo, vsi mladi ljudje pa imajo v žepu močne računalnike oziroma prenosne telefone. Trirazsežni tisk lahko uresniči skoraj vsako ustvarjalno zamisel in jo z računalniškega zaslona prenese v izdelek. Če jim te možnosti ne bomo ponudili doma, bodo pač odšli v okolja, kjer se zavedajo vrednosti inovativnega posameznika. Poleg tega v Sloveniji ne moremo sanjati o velikih podjetjih in množični proizvodnji. Take panoge bodo propadle ali jih bodo prevzele globalne proizvodne velesile. Mala gospodarstva bodo temeljila na izdelovalništvu – malih serijah, predvsem pa inovativnih, zahtevnih in globalno zanimivih izdelkih, ki jih bodo omogočile tehnologije trirazsežnega tiska. A kot sem že večkrat poudaril: inovacije ne smejo biti naključne, temveč jih je treba načrtno spodbujati in usmerjati. Začeti moramo v šoli, toda ne samo z znanostjo, tehniko in podjetništvom.

Ampak tudi umetnostjo?

Umetnost ostaja človeška dejavnost, ki je najbolj povezana z inovativnostjo. Pred tremi leti sem se v Izraelu udeležil prve mednarodne konference o združevanju umetnosti, znanosti in tehnologije. Izraelci so postali svetovna tehnološka velesila tudi zato, ker zelo dobro razumejo povezavo med omenjenimi področji. Enako Japonci. Znani japonski slikar Hokusaj je desetletja proučeval in slikal morske valove. Zelo podobne valove smo opazovali, ko smo v laboratoriju za sinergetiko na fakulteti za strojništvo modelirali razna turbulentna polja, kakor na primer v plazmi ali turbini. Kako daleč sta v resnici umetnost risanja valov in napovedovanje turbulentnega polja v turbini, sem mnogokrat pomislil. Ali slikar in strojnik ne rešujeta zelo podobnega problema? Ta zavest je v japonski kulturi zelo močna. Nujna pa bo tudi v vseh drugih kulturah, ki bodo hotele uresničiti možnosti trirazsežnega tiska.

Kmalu se bomo morali odločiti, kakšna družba hočemo postati. Takšna, ki že v otroštvu spodbuja inovativnost? Ali taka, ki bo inovacije pospravila v predal?