研究人员将物理学和机器学习相结合

机器可以被训练成像杰克逊·波洛克那样绘画吗?更具体地说，3D 打印能否利用 Pollock 独特的技术快速准确地打印复杂的形状?

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的 Lola England de Valpine 应用数学教授L. Mahadevan说：“我想知道，是否可以复制杰克逊·波洛克，并对他所做的事情进行逆向工程。” ，有机体和进化生物学教授，以及艺术与科学学院(FAS)物理学教授。

Mahadevan 和他的团队将物理学和机器学习结合起来，开发了一种新的 3D 打印技术，该技术可以利用波洛克在其作品中使用的相同的自然流体不稳定性，快速创建复杂的物理图案，包括复制波洛克画作的一部分。

该研究 发表 在《软物质》杂志上。

3D 和 4D 打印彻底改变了制造业，但这一过程仍然极其缓慢。

问题通常是物理问题。液体墨水受到流体动力学规则的约束，这意味着当它们从高处落下时，它们会变得不稳定，自行折叠和卷曲。您可以在家中通过在一片吐司上淋上蜂蜜来观察这一点。

二十多年前，马哈德万对这一过程提供了简单的物理 解释 ，后来 提出 波洛克如何直观地利用这些想法进行远距离绘画。

如今，大多数 3D 和 4D 打印技术将打印喷嘴放置在距表面几毫米的位置，几乎消除了液流的动态不稳定性。

但马哈德万有一句座右铭：利用物理学，而不是回避它。

“我们希望开发一种能够利用折叠和卷绕不稳定性的技术，而不是避免它们，”SEAS 前博士后研究员、该论文的第一作者 Gaurav Chaudhary 说。

波洛克将画布放在地板上，然后从上方将颜料淋在画布上，倾倒、滴落和泼洒，从而创作了他著名的滴画。对于未经训练的人来说，他的技术可能看起来很随意，但波洛克总是声称他可以完全控制颜料的流动。

波洛克被称为“动作绘画”，他在画布上方的空间中绘画——在空中创造形状，这些形状会落到下方的画布上。

“如果你观察传统的 3D 打印机，你会为它们提供一条从 A 点到 B 点的路径，喷嘴会沿着指定的路径沉积墨水，”Chaudhary 说。“但是波洛克从高处投掷油漆的方法意味着，即使他的手沿着特定的轨迹移动，由于重力产生的加速度，油漆也不会遵循该轨迹。一个小动作可能会导致大量油漆飞溅。使用这种技术，您可以打印比您可以移动的长度更大的长度，因为您获得了重力加速度。”

问题是，如何控制?

为了学习如何操纵喷嘴进行远距离打印并控制流体卷绕，Mahadevan 和 Chaudhary 以及合著者 Stephanie Christ(Mahadevan 软数学实验室的前学生)和 A. John Hart(麻省理工学院机械工程教授 ) ，将卷绕物理学与深度强化学习相结合，这是一种迭代提高性能的算法方法。Mahadevan 和他的团队使用了 SEAS 科学与工程计算教授 Petros Koumoutsakos、Herbert S. Winokur, Jr. 开发的技术。

“通过深度强化学习，模型可以从错误中学习，并在每次试验中变得越来越准确，”乔杜里说。

使用这种技术，研究人员打印了一系列复杂的形状，像波洛克一样绘画，甚至用巧克力糖浆装饰饼干。

研究人员在这项研究中使用了简单的流体，但该方法可以扩展到包括更复杂的流体，例如液体聚合物、糊剂和各种类型的食物。

“利用物理过程实现功能性结果既是智能行为的标志，也是工程设计的核心。这个小例子再次表明，了解第一个过程的演变可能有助于我们在第二个过程中做得更好，”马哈德万说。

随着研究的继续，目前还不清楚马哈德万接下来会去哪里寻找灵感。

“当你在 Maha 的实验室时，没有什么是不可能的，”Chaudhary 说。