Os modelos de inteligência artificial generativa causaram um impacto tão indelével na criação de conteúdo digital que está cada vez mais difícil lembrar como era a internet antes deles. Podemos usar essas ferramentas de IA para projetos inteligentes, como vídeos e fotos — mas seu talento criativo ainda não se estendeu ao mundo físico.

Então, por que ainda não vimos objetos personalizados com IA generativa, como capas de celular e vasos, em casas, escritórios e lojas? De acordo com pesquisadores do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT, uma questão fundamental é a integridade mecânica do modelo 3D.

Embora a IA possa ajudar a gerar modelos 3D personalizados que podem ser fabricados, esses sistemas geralmente não consideram as propriedades físicas do modelo 3D. Faraz Faruqi, estudante de doutorado do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) do MIT e engenheiro do CSAIL, explorou essa relação de compromisso, criando sistemas generativos baseados em IA que podem fazer alterações estéticas em projetos,  preservando a funcionalidade, e outro que modifica estruturas com as  propriedades táteis desejadas pelos usuários.

Em parceria com pesquisadores do Google, da Stability AI e da Northeastern University, Faruqi descobriu uma maneira de criar objetos do mundo real com IA, produzindo itens duráveis e com a aparência e textura desejadas pelo usuário. Com o sistema "MechStyle " , baseado em IA , os usuários simplesmente carregam um modelo 3D ou selecionam um modelo predefinido, como vasos e ganchos, e utilizam imagens ou texto para criar uma versão personalizada. Um modelo generativo de IA modifica a geometria 3D, enquanto o MechStyle simula como essas alterações afetarão partes específicas, garantindo que as áreas vulneráveis permaneçam estruturalmente íntegras. Quando o usuário estiver satisfeito com o projeto aprimorado por IA, ele pode ser impresso em 3D e utilizado no mundo real.

Você pode selecionar um modelo, digamos, de um gancho de parede, e o material que usará para imprimi-lo (por exemplo, plásticos como o ácido polilático). Em seguida, você pode instruir o sistema a criar uma versão personalizada, com instruções como "gerar um gancho em forma de cacto". O modelo de IA trabalhará em conjunto com o módulo de simulação e gerará um modelo 3D semelhante a um cacto, mas com as propriedades estruturais de um gancho. Esse acessório verde e com ranhuras pode então ser usado para pendurar canecas, casacos e mochilas. Essas criações são possíveis, em parte, graças a um processo de estilização, no qual o sistema altera a geometria de um modelo com base na sua compreensão da instrução de texto e no feedback recebido do módulo de simulação.

Segundo pesquisadores do CSAIL, a estilização 3D costumava ter consequências indesejadas. Seu estudo inicial revelou que apenas cerca de 26% dos modelos 3D permaneciam estruturalmente viáveis após serem modificados, o que significa que o sistema de IA não compreendia a física dos modelos que estava modificando.

“Queremos usar IA para criar modelos que possam ser fabricados e usados no mundo real”, diz Faruqi, um dos principais autores de um  artigo que apresenta o projeto. “Assim, o MechStyle simula como as mudanças baseadas em GenAI impactarão uma estrutura. Nosso sistema permite que você personalize a experiência tátil do seu item, incorporando seu estilo pessoal e garantindo que o objeto suporte o uso diário.”

Essa precisão computacional poderá, eventualmente, ajudar os usuários a personalizar seus pertences, criando, por exemplo, um par de óculos exclusivo com pontos azuis e bege que lembram escamas de peixe. O sistema também produziu um porta-comprimidos com textura rochosa e manchas rosa e azul-turquesa. O potencial do sistema se estende à criação de peças de decoração exclusivas para casa e escritório, como um abajur que lembra magma vermelho. Ele pode até mesmo projetar tecnologia assistiva sob medida para as necessidades dos usuários, como talas para dedos que auxiliam em lesões de destreza e dispositivos para facilitar o manuseio de utensílios que atendem a deficiências motoras.

No futuro, o MechStyle também poderá ser útil na criação de protótipos de acessórios e outros produtos portáteis que você poderia vender em uma loja de brinquedos, loja de ferragens ou loja de artesanato. O objetivo, segundo os pesquisadores do CSAIL, é que tanto designers experientes quanto iniciantes passem mais tempo pensando e testando diferentes designs em 3D, em vez de montar e personalizar itens manualmente.

Para garantir que as criações da MechStyle resistissem ao uso diário, os pesquisadores aprimoraram sua tecnologia de IA generativa com um tipo de simulação física chamada análise de elementos finitos (FEA). Imagine um modelo 3D de um item, como um par de óculos, com uma espécie de mapa de calor indicando quais regiões são estruturalmente viáveis sob uma quantidade realista de peso e quais não são. À medida que a IA refina esse modelo, as simulações físicas destacam quais partes do modelo estão ficando mais frágeis e impedem alterações adicionais.

Faruqi acrescenta que executar essas simulações a cada alteração reduz drasticamente a velocidade do processo de IA, por isso a MechStyle foi projetada para saber quando e onde realizar análises estruturais adicionais. “A estratégia de agendamento adaptativo da MechStyle monitora as mudanças que ocorrem em pontos específicos do modelo. Quando o sistema de IA generativa faz ajustes que colocam em risco certas regiões do modelo, nossa abordagem simula a física do projeto novamente. A MechStyle fará modificações subsequentes para garantir que o modelo não quebre após a fabricação.”

A combinação do processo de Análise de Elementos Finitos (FEA) com o agendamento adaptativo permitiu que o MechStyle gerasse objetos com até 100% de viabilidade estrutural. Testando 30 modelos 3D diferentes com estilos que lembravam tijolos, pedras e cactos, a equipe descobriu que a maneira mais eficiente de criar objetos estruturalmente viáveis era identificar dinamicamente regiões frágeis e ajustar o processo generativo de IA para mitigar seu efeito. Nesses cenários, os pesquisadores descobriram que podiam interromper completamente a estilização quando um determinado limite de tensão era atingido ou fazer ajustes graduais para evitar que áreas de risco se aproximassem desse limite.

O sistema também oferece dois modos diferentes: um recurso de estilo livre que permite à IA visualizar rapidamente diferentes estilos em seu modelo 3D e um modo MechStyle que analisa cuidadosamente os impactos estruturais de seus ajustes. Você pode explorar diferentes ideias e, em seguida, experimentar o modo MechStyle para ver como esses toques artísticos afetarão a durabilidade de regiões específicas do modelo.

Os pesquisadores do CSAIL acrescentam que, embora seu modelo possa garantir que seu modelo permaneça estruturalmente sólido antes da impressão 3D, ele ainda não é capaz de melhorar modelos 3D que já não eram viáveis desde o início. Se você enviar um arquivo desse tipo para o MechStyle, receberá uma mensagem de erro, mas Faruqi e seus colegas pretendem melhorar a durabilidade desses modelos defeituosos no futuro.

Além disso, a equipe espera usar IA generativa para criar modelos 3D para os usuários, em vez de estilizar modelos predefinidos e designs enviados pelos usuários. Isso tornaria o sistema ainda mais fácil de usar, permitindo que aqueles menos familiarizados com modelos 3D ou que não encontrem o design desejado online possam simplesmente gerá-lo do zero. Digamos que você queira fabricar um tipo único de tigela e esse modelo 3D não esteja disponível em um repositório; a IA poderia criá-lo para você.

"Embora a transferência de estilo para imagens 2D funcione incrivelmente bem, poucos trabalhos exploraram como essa transferência funciona para o 3D", afirma Fabian Manhardt, cientista de pesquisa do Google, que não participou do estudo. “Essencialmente, o 3D é uma tarefa muito mais difícil, pois os dados de treinamento são escassos e alterar a geometria do objeto pode danificar sua estrutura, tornando-o inutilizável no mundo real. O MechStyle ajuda a resolver esse problema, permitindo a estilização 3D sem comprometer a integridade estrutural do objeto por meio de simulação. Isso dá às pessoas o poder de serem criativas e se expressarem melhor por meio de produtos personalizados para elas.”

Farqui escreveu o artigo com a autora sênior Stefanie Mueller, professora associada do MIT e pesquisadora principal do CSAIL, e dois outros colegas do CSAIL: a pesquisadora Leandra Tejedor SM '24 e o pós-doutorando Jiaji Li. Seus coautores são Amira Abdel-Rahman PhD '25, agora professora assistente na Universidade Cornell, e Martin Nisser SM '19, PhD '24; o pesquisador do Google Vrushank Phadnis; o vice-presidente de pesquisa da Stability AI, Varun Jampani; o professor do MIT e diretor do Centro de Bits e Átomos, Neil Gershenfeld; e a professora assistente da Northeastern University, Megan Hofmann.

O trabalho deles foi financiado pelo Programa MIT-Google para Inovação em Computação e apresentado no Simpósio de Fabricação Computacional da Association for Computing Machinery, em novembro.