Produzieren wie die Natur – mit 3D-Druckern und KI

Mit seiner Firma Hyperganic will Lin Kayser die Art und Weise revolutionieren, wie wir Gegenstände produzieren. Sie sollen nicht nur besser werden. Ihre Herstellung soll auch weniger Energie und Material verbrauchen. Die Technologie vereint 3D-Druck und Künstliche Intelligenz – und ist direkt von der Natur inspiriert.

Von Dominik Schott

Der Begriff des „Entrepreneurs“ wird dieser Tage so großzügig wie häufig als Synonym für Start-up-Gründer genutzt, obwohl das Wort eigentlich viel mehr meint: Optimist, Innovator, Visionär, Anpacker. Eigenschaften, die auf wenige Unternehmer wirklich zutreffen. @Lin Kayser ist definitiv einer von ihnen.

Seit 2015 arbeitet er gemeinsam mit 20 Mitarbeitern an der vordersten Front einer ganz neuen 3D-Drucktechnologie: Mithilfe lernfähiger KI konzipiert und produziert Kayser mit seinem Unternehmen Hyperganic alle möglichen Gegenstände vom Schuh bis zum Raketentriebwerk. Dabei stellt er die klassischen Produktionsprozesse völlig auf den Kopf. Seine Produkte sind effizienter und verbrauchen weniger Energie und Materialien als vergleichbare Konkurrenzprodukte. Und all das wird möglich durch einen kleinen, aber wesentlichen Kniff, für den sich Kayser direkt von der Natur inspirieren ließ – durch eine Idee, auf die vor ihm niemand in der Tech-Branche gekommen ist.

Die Keynote von Lin Kayser auf der 1E9-Konferenz am 11. Juli 2019:

Niemand produziert so effizient wie die Natur selbst

Im Interview mit 1E9 erinnert sich Kayser an das Jahr 2012 zurück, als alles begann: Gerade hatte er sein altes Unternehmen Iridas, das über zehn Jahre lang Hollywoods Filmproduktion modernisierte und 2002 für die Matrix-Filme das erste digitale Kino konzipierte, an Adobe verkauft. Eine neue Herausforderung musste her. Also stellte sich Kayser einen 3D-Drucker ins Arbeitszimmer.

Er war neugierig auf die damals noch neue Technologie und es dauerte tatsächlich nicht lang, bis er die nächste Geschäftsidee hatte: „Als ich mir meinen 3D-Drucker mal genauer ansah, fiel es mir wie Schuppen von den Augen. Ich dachte: Du kannst mit dieser Technologie Objekte herstellen, die so komplex sind wie die Natur selbst!“

Was Kayser damit meint, ist recht einfach erklärt: Er erkannte, dass die 3D-Drucker per se Objekte genauso herstellen, wie die Natur Leben schafft, nämlich in einem sogenannten additive Fertigungsverfahren. Oder mit Kaysers Worten: „Schau dir zum Beispiel eine Pflanze an: Die wächst additiv, das heißt die Natur packt die Atome dahin, wo sie hin sollen. Genau so arbeitet auch ein 3D-Drucker, dessen fundamentales Bauprinzip genau wie die Natur funktioniert.“

Im von EOS gebauten 3D-Drucker ensteht ein Raketentriebwerk, dessen Form sich von der bisher von Menschen konstruierter Varianten deutlich unterscheidet. Bild: Hyperganic

Im Gegensatz dazu steht das klassische Produktionsprinzip, dass die Menschheit seit ihren Anfängen verfolgt: „Bisher haben wir so lange auf einem Stein herumgeklopft, bis wir ein Faustkeil hatten. Und das haben wir dann an einen Stock gebunden, um ein Beil zu basteln.“ Statt also bestehende Materialien zu manipulieren, um sie in eine gewünschte Form zu bringen, baut ein 3D-Drucker Objekte ganz gezielt zusammen – das spart Energie und Material, wie Kayser im Interview weiter ausführt: „Du kannst mit additiver Fertigung hochkomplexe Dinge herstellen, ohne höhere Kosten zu haben, im Gegenteil: Etwas, das wenig Material verbraucht und komplexer ist, kostet weniger als etwas, das einfach ist, aber mehr Material verbraucht.“

Synthetische Evolution im 3D-Drucker

Hyperganic baut keine 3D-Drucker, sondern entwickelt Software, mit der Objekte ganz anders designet werden können, als das bisher üblich war. Deren Herstellung wird durch 3D-Druck nun möglich. Begriffe wie „synthetische Evolution“ oder „additive Fertigungsprinzip“ mögen kompliziert klingen, doch im Grunde ist das Verfahren, mit dem Hyperganic neue Produkte herstellt, simpel.

Kaysers Team gibt der Software einige Regeln vor, welche Funktion das gewünschte Produkt erfüllen soll. Die Summe dieser Regeln nennt Hyperganic die „evolutionäre Nische“, mit der die Drucker-KI nun experimentieren darf. Die Maschine errechnet tausende Konzepte und Prototypen, die von Kaysers Team gefiltert und bewertet werden – so lange, bis die KI bei einem Entwurf gelandet ist, der vielversprechend aussieht.

Dank ihrer Leistungsfähigkeit kann die Künstliche Intelligenz auf Basis der von Menschen vorgegebenen Regeln völlig neuartige Designs entwickeln. Kayser ist von dieser Technik auch nach Jahren noch immer fasziniert: „Klassischerweise wird alles visuell konstruiert: Man kann nur bauen, was man sich auch vorstellen kann, der Mensch ist das beschränkende Element. Die Drucker heben diese Prozesse aber jetzt auf eine KI-Basis, die sich komplett andere Dinge vorstellen kann. Da ordnet sich alles einer maximalen Funktionalität des Endprodukts unter.“

Je weniger Regeln, desto überraschender das Ergebnis.
Lin Kayser, Hyperganic

Die große Herausforderung besteht für Hyperganic bei diesem Prozess vor allem darin, der KI genau so viele Regeln vorzugeben, dass das Gerät eine grobe Vorstellung vom Endprodukt, aber gleichzeitig noch genug Freiraum für Experimente hat: „Je mehr Regeln du definierst, desto mehr nähert sich das finale Design an menschliche Standards an. Je weniger Regeln, desto überraschender das Ergebnis. Das muss man von Fall zu Fall abwägen.“

Normalerweise gehen Lin Kayser und seine Mitarbeiter so vor, dass sie zunächst relativ viele Regeln festsetzen und den Rahmen dann immer weiter auflockern – in der Hoffnung, dass die KI eine Art Intuition entwickelt, in welche Richtung sich das gewünschte Objekt entwickeln soll. Um effizient zu funktionieren und nicht monatelang wild zu experimentieren, braucht es trotz aller Automatismen aber weiterhin die groben Vorgaben und Regeln von Menschen, die den Produktionsprozess begleiten.

Hyperganic-Chef Lin Kayser auf der 1E9-Konferenz am 11. Juli 2019 in München. Bild: Dan Taylor für 1E9

Eine Technologie, die ethische Fragen aufwirft

Dass Kayser mit seiner Drucktechnologie ein mächtiges Instrument geschaffen hat, das einen verantwortungsvollen Umgang verlangt, weiß der Entrepreneur nur zu gut: „Die größte Gefahr für uns ist eine, die jeder komplexen Technologie innewohnt, wie beispielsweise der Gentechnik oder der Künstlichen Intelligenz insgesamt: nämlich die Gefahr des Missbrauchs. Wir haben jetzt eine Technologie, die Maschinen konstruiert. Was könnte da bloß schief gehen!“

Letztendlich könne man, wie Kayser ausführt, mit 3D-Druckern die „absolut verrücktesten Killerwaffen“ konstruieren oder andere Gerätschaften, die uns Menschen im Geiste der Maschinen überflüssig machen. Ethische Arbeitsrichtlinen oder ein Ethik-Kodex gibt es bei Hyperganic bisher aber noch nicht. Denn Lin Kayser geht bisher davon aus, dass jeder der 20 Mitarbeiter einen ausgeprägten moralischen Kompass hat, der verhindert, dass zwielichtige Aufträge überhaupt angenommen werden. Er schließe aber nicht, dass eine solche Richtlinie einmal festgeschrieben wird, wenn die Firma weiterwächst.

Für mich überwiegen die Vorteile.
Lin Kayser, Hyperganic

Von dieser ethischen Grundfrage abgesehen blickt Kayser durchweg positiv auf die Technologie: „Für mich überwiegen die Vorteile.“ Mehr noch: Für ihn stehen die 3D-Drucker von Hyperganic an vorderster Front im Kampf um die Zukunft der Menschheit, die sich zunehmend mit Ressourcenmangel und Klimaveränderungen konfrontiert sieht.

In solchen Zeiten sei eine Technologie, die sparsam und effizient alle möglichen Geräte und Objekte produzieren kann, extrem wertvoll: „Wir können hochkomplexe und hochspannende Teile herstellen, ganze Maschinen sogar, die gleichzeitig aber viel weniger Material und Energie verbrauchen. Das ist ein absolute Schlüsseltechnologie, um die Herausforderungen der Menschheit in den nächsten 20, 30, 40 Jahren zu bewältigen.“

Teaser-Bild: Das Raketentriebwerk von Hyperganic. Bild: Hyperganic

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Danke @Dom für den schönen Artikel! Finde es ja wirklich schade, dass additive Fertigung/3D-Druck nie so einen Hype bekommen hat wie Blockchain, KI oder E-Scooter… wäre wirklich angebracht.

Was mich noch interessieren würde, @Lin: Eure Technologie spart Ressourcen und Energie und führt zu effizienteren Produkten - aber sie ist natürlich auch ein Paradigmenwechsel, zumal im „Mutterland“ des Manufacturing. Wie wird euer Ansatz denn hierzulande angenommen? Erlebt ihr viel Skepsis oder sieht man es vielleicht sogar als Chance, weiter an der Spitzen zu bleiben?

Finde es übrigens spannend, dass Mio Loclair für die Kreativwirtschaft auf einen vergleichbaren Einsatz von KI setzt - und sie bei Design und Gestaltung auf Ideen kommen lässt, die Menschen gar nicht eingefallen wären.

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Ich war beim Vortrag von Lin Kayser dabei und fand seine Präsenz und Vision beeindruckend.
Nun habe ich weiter recherchiert und muss fragen: Wie unterscheidet sich die von Hyperganic entwickelte KI von Funktionen wie „Shape Optimization“ (in der kostenlosen Lizenz von Autodesk Fusion 360 enthalten) oder „Generative Design“ (ebenfalls Fusion 360, kostet allerdings einiges)?

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Kurzer Servicehinweis: Von @Lin kommt darauf bestimmt eine Antwort. Derzeit ist er aber noch im Ausland und nicht eingeloggt. Also nicht wundern :slight_smile:

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@schaefer Ist verwandt aber letztlich was ganz anderes. Was dort unter „Generativem Design“ verstanden wird, generiert letztlich nicht viel. Es wird vielmehr Material weggenommen, wo es nicht gebraucht wird. Etwas komplett Neues entsteht hier nicht. Ist eine schöne Funktion, die auch organische Ergebnisse produziert, wird aber sicherlich nicht ein komplett neues Funktionales Design durch Evolution entwickeln. Was wir machen ist letztlich ähnlich, wie die natürlichen Dinge um uns herum entstehen. Innerhalb eines Ökosystem (Simulation und Regeln) entstehen komplett neue Dinge, durch „ausprobieren“. Dabei können schon einmal Tausende Spezies generiert und verworfen werden. Wenn man es zuende denkt, dann kann so eine ganze Maschine entstehen.

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