제너레이티브 디자인 알고리즘 (Generative Design Algorithm)

한 줄 정의: 설계자가 목표와 제약조건만 입력하면 컴퓨터가 수많은 형상을 자동으로 탐색해 최적화된 설계안을 스스로 만들어내는 알고리즘입니다.

쉽게 풀면

전통적인 설계는 사람이 먼저 형태를 그리고 그 형태가 요구조건을 만족하는지 확인하는 순서로 진행됩니다. 반면 제너레이티브 디자인 알고리즘은 이 순서를 뒤집어, 설계자가 "이 부품은 이 정도 무게를 견뎌야 하고 무게는 최대한 가벼워야 한다"는 목표와 조건만 정해주면 컴퓨터가 스스로 수백, 수천 개의 형상을 시도해보며 조건을 만족하는 최적의 형태를 찾아냅니다. 그 결과물은 뼈나 나뭇가지처럼 사람이 직관적으로 떠올리기 어려운 유기적인 형태로 나오는 경우가 많습니다.

왜 중요한가

사람의 직관만으로는 찾기 어려운 가볍고 강한 형상을 자동으로 탐색할 수 있다는 점에서 항공우주, 자동차 등 경량화가 중요한 분야의 설계 연구에서 활발히 다뤄집니다. 3D프린팅 같은 적층제조 기술과 결합하면 복잡한 형상도 실제로 제작할 수 있어 두 기술이 함께 연구되는 경우도 많습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"A generative design algorithm was applied to minimize the weight of the bracket while satisfying the specified stiffness requirements."

지정된 강성 요구조건을 만족하면서 브래킷의 무게를 최소화하기 위해 제너레이티브 디자인 알고리즘을 적용했다는 뜻입니다.

"The generative design algorithm generated multiple candidate geometries, which were then evaluated for manufacturability using additive manufacturing."

제너레이티브 디자인 알고리즘이 여러 후보 형상을 생성한 뒤, 적층제조로 제작 가능한지를 평가했다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

대표적인 접근법으로는 재료가 필요한 곳과 불필요한 곳을 반복적으로 판별해 형상을 다듬어가는 위상최적화, 그리고 여러 형상을 조합하고 변형시키며 우수한 해를 찾아가는 유전 알고리즘 등이 활용됩니다. 최종적으로 얻어진 형상은 실제 제작 가능성을 고려해 다듬는 후처리 과정을 거치는 경우가 일반적입니다.

주의할 점

알고리즘이 만들어낸 형상은 종종 복잡한 곡면으로 이루어져 있어 전통적인 절삭가공으로는 제작이 어려운 경우가 많고, 이 때문에 3D프린팅 같은 제작 방식과 함께 고려되는 경우가 일반적입니다.