Student World

Robert Lang je fyzik zabývající se problematikou laserů. A po více než 30 let je také umělcem, který se věnuje origami, umění skládání papíru. V poslední době je dle vlastních slov stále častěji překvapován potenciálními možnostmi využití tohoto staletí starého umění — a jeho souvislostí se světem techniky, medicíny i IT.
„Člověk by si myslel, že na origami jakožto formě umění lze jen stěží najít něco dosud neznámého,“ říká Lang. Umělci, kteří se zabývají origami, podle jeho názoru stále předvádějí nové struktury a přinášejí nové úrovně krásy. Toto tvrzení může dobře potvrdit vlastními zobrazeními takových objektů, jako jsou krávy, ryby, volavky nebo sovy. Nejde však jen o krásu.
Pro Langa bylo origami čistě jen koníčkem, a to až do chvíle, kdy se rozhodl na skládání papíru aplikovat obdobný typ matematického modelování, jaký využívá v laserové fyzice. Nyní sám sebe považuje za umělce na plný úvazek. Vysvětluje, že počítačové origami mu pomohlo zautomatizovat proces, s jehož pomocí zjišťoval, jak přesně papír ohýbat tak, aby mohl složit hmyz s mnoha končetinami včetně tykadel.
Poté si Lang jednoho dne uvědomil, že tato teorie a rovnice, které vytvořil kvůli vytváření lepších origami, by mohly být stejně tak aplikovány v oblasti inženýrství, kde je třeba velké plochy složit takovým způsobem, aby se vešly do plochého prostoru bez řezání.
Dnes se Lang koncentruje na své umění, ale kromě toho pracuje také jako konzultant, který využívá své odborné znalosti z výpočtů origami k návrhu celé řady produktů včetně spotřební elektroniky a lékařských zařízení.

Od ptáků k airbagům

Zástupci německá firmy EASi Engineering požádali Langa, aby jim poradil, jak vtěsnat velmi velký předmět -– automobilový airbag -– do maličkého prostoru uvnitř volantu. Lang již dříve vytvořil algoritmus na zploštění souboru mnohoúhelníků, a tento model aplikoval při počítačové simulaci zploštění trojrozměrného mnohostěnu nafouknutého airgabu. „Takový proces znamenal úsporu času a odstranil nutnost drahých crash testů skutečných aut, které by jinak byly nezbytné ke zjištění toho, zda návrh airbagu skutečně funguje,“ vysvětluje Lang.
Při návrhu airbagu byl použit algoritmus, který Lang nazývá „univerzální molekulou“. Tento algoritmus zplošťuje řadu polygonů takovým způsobem, aby jejich okraje zůstaly vzájemně srovnané.
Pro počítačové origami Lang vidí využití v oblasti konstrukcí a návrhářské práce, nicméně připouští, že se jedná o poměrně ezoterickou záležitost, která vyžaduje vedle výpočetních, matematických a inženýrských schopností také umělecký talent. „Nejdřív musíte umět skládat papír, až pak se můžete pustit do počítačových origami,“ říká.
Langem vytvořený software s názvem TreeMaker běží na počítačích Apple Macintosh a pomáhá při automatizaci návrhu origami. Program, který podle jeho tvrzení zvládne student střední školy, svým uživatelům pomáhá zjistit, jakým způsobem lze skládat čtverec do celé řady tvarů. Uživatel na obrazovce nakreslí siluetu, a software určí počet ohybů, které jsou nutné k vytvoření daného tvaru.
Pokud uživatelé chtějí vytvářet pokročilé návrhy (jako například již zmíněný airbag), pak si mohou stáhnout další algoritmy z webových stránek Treemaker (na adrese origami.kvi.nl/programs/treemaker/).
Podle Langa si dosud aplikaci stáhlo pouhých cca 100 lidí a jen 5–10 z nich ji využívá, což dokazuje, že je odvětví počítačových origami stále v ranných fázích.

Špatné ohyby

Erik Demaine, 22letý profesor elektroinženýrství a počítačových věd na MIT, začal s ohýbáním papíru ve svých šesti letech a svůj koníček rozvinul do studie matematiky skládaných tvarů.
Demaine nyní studuje ohyby v bílkovinách, základních stavebních kostkách života. Věří, že s pomocí počítačových origami bude možné porazit choroby, které jsou v současné době nevyléčitelné, jako je například BSE, což je nemoc způsobená proteiny, které podle Demaina mají „špatné ohyby“. Demaine se stal v roce 2003 vítězem stipendia MacArthurovy nadace, které je často označováno jako grant pro geniální talenty.
Ohýbání proteinů označuje za hlavní oblast svého zájmu a říká, že hodlá využít své znalosti z ohýbání papíru ke zjištění, proč se některé z bílkovin skládají do užitečného tvaru a jiné nikoliv. Tento výzkum by jednou mohl vést k návrhu vlastních proteinů, které pomohou bojovat s nemocí. Tyto na zakázku vytvořené bílkoviny by mohly být využity ke zničení „zlých“ proteinů.
Ajay Royyuru, manažer výpočetního centra IBM Research, souhlasí, že zjištění způsobu, jakým se nejrůznější bílkoviny kroutí a ohýbají, by mohlo poskytnout lék na nemoci typu Alzheimerovy choroby nebo cystické fibrózy.
„S využitím počítačových origami by mohli vědci rozluštit některá základní tajemství struktury a sekvencí proteinů,“ říká Royyuru. „Tato technologie by mohla pomoci vědcům zjistit, proč se určitý protein formuje do daného tvaru „a proč právě do tohoto tvaru a žádného jiného,“ vysvětluje. Velmi rychlé počítače lze podle něj využít k vytvoření softwaru pro studování ohybů a k simulaci vzorců těchto ohybů.

Vyšší výkon

Ale zjistit, které ohyby jsou „správné“ a které „nesprávné“, je velmi náročný úkol, který vyžaduje počítače dvakrát až třikrát výkonnější, než jsou současné nejsilnější supercomputery.
Takového výkonu lze dosáhnout pouze pomocí počítače, který je schopen zrealizovat kvadrilion (10~15) operací za sekundu (1 petaflop neboli 1 000 teraflopů). IBM takový počítač vyvíjí jakožto součást projektu Blue Gene. Její představitelé tvrdí, že do roku 2005 budou mít k dispozici stroj schopný výkonu 360 teraflopů, nicméně Royyuru upozorňuje, že pokrok směrem k petaflopovým počítačům je velkým skokem a není jasné, kdy takový počítač bude dostupný.
„I poté ještě může trvat celá desetiletí, než budou záhady ohybů bílkovin odhaleny,“ dodává. Snad při tomto úsilí pomůže i věda, která věnuje pozornost technikám používaným při skládání elegantních papírových ptáků.

Tento článek je překladem z amerického Computerworldu. Česká verze textu vyšla v CW 28/2004.

autor Bob Brewin