Conception générative : Toyota mise sur l’IA pour ses cadres de sièges

• Toyota redessine les cadres de siège de demain, en améliorant leur sécurité, leur confort et leur durabilité.
• Grâce à l'utilisation de la conception générative, il est possible d’obtenir des formes inimaginables par les concepteurs humains, tout en respectant les paramètres de conception tels que la taille et le poids.
• Les outils basés sur l'IA donnent vie au concept, en créant des produits simples et esthétiques, faciles à utiliser et répondant aux attentes des clients.

Trouver le juste équilibre entre design, sécurité et confort des automobiles est un art très complexe. Toyota répond à la demande du marché en créant des sièges plus fins et plus légers, pour libérer davantage d'espace dans l'habitacle.

“Il est difficile de rendre le cadre de siège plus fin, alors qu’il est conçu pour répondre aux exigences de résistance sur la base d’une fabrication fiable”, explique Shinsuke Omori, chef de projet au sein du département de design intérieur de la division “Vision Design” de Toyota Motor Corporation. "Les designers ne travaillent généralement pas sur le cadre du siège lui-même, mais ajoutent plutôt des matériaux, et c’est là toute notre contrainte en matière de conception.”

L’équipe de conception chapeautée par Shinsuke Omori peut cependant explorer les formes et les caractéristiques idéales des sièges sans se soucier de la forme actuelle des cadres de voitures d’expostition. "Cette fois-ci, nous voulions concevoir un nouveau châssis qui puisse avoir un impact sur les voitures commerciales et s'y connecter dans un avenir proche, même s'il s'agit encore d'un développement avancé", explique  Shinsuke Omori. "Si les concepteurs estiment qu’un projet n’est pas réalisable, il reste à cette étape de développement avancé. Nous devions donc le rendre réalisable dans une certaine mesure."

Le cadre de siège du futur

Les sièges des véhicules rapides doivent répondre à de nombreuses exigences, la première étant de garantir la sécurité et le confort des occupants. La réduction du poids et la durabilité rendent également la tâche plus complexe. "Ce sur quoi nous nous concentrons actuellement, c'est l'équilibre entre le confort, la durabilité, la réduction du poids et le design", explique Shinsuke Omori.

La conception générative, une technologie basée sur l'intelligence artificielle (IA) disponible dans Autodesk Fusion 360, s'avère être un bon choix pour cette recherche d'équilibre. "Quand j'ai réalisé que la conception générative était utilisée dans les suspensions de voitures de course, j’ai pensé que ça pouvait être intéressant", déclare Omori. "Notamment le fait qu'elle puisse proposer des formes auxquelles les concepteurs humains n'auraient jamais pensé, tout en respectant les exigences pour des voitures légères et solides. J'ai pensé que nous pourrions allier tradition et modernité en sélectionnant avec soin une structure que les concepteurs n'auraient pas dessinée, avec un arrière-plan solide et qui réponde à toutes les exigences nécessaires."

La conception du nouveau cadre de siège a débuté avec le développement d'un concept permettant de gagner de l'espace dans la cabine. Le cadre de siège habituel de forme rectangulaire présente une structure plate, mais les concepteurs ont testé l'idée d'optimiser le cadre en déplaçant la structure centrale. Pour les passagers assis à l'arrière, un siège épais en forme de mur devant eux donne l'impression que l'espace est plus restreint : c'est pourquoi l'équipe a essayé d'agrandir la zone exclue pour sécuriser un espace plus large devant leurs jambes.

La sécurité des sièges automobiles est essentielle et le cadre de siège doit présenter une excellente résistance et rigidité. En cas de collision, les occupants sont soumis à de grandes forces, les ceintures de sécurité se tendent et une pression importante s’exerce sur certaines zones depuis différentes directions. Dans certains cas, les passagers assis à l'arrière peuvent heurter le siège avant. 

Trouver le juste équilibre en matière de conception

Ces exigences intégrées, le résultat de la conception générative "est au départ souvent complètement inattendu", explique Omori. "Cependant, nous avons continué à travailler dessus, et nous avons apporté de légères modifications au fur et à mesure. Dans certains cas, les proportions et l'équilibre n’étaient à première vue pas très esthétiques, alors nous avons volontairement cherché à orienter la conception dans une direction donnée en apportant de légers ajustements aux zones exclues."

"Il y a toujours un compromis entre ce qu'un concepteur souhaite réaliser et la création proposée par la conception générative", explique-t-il. "Par exemple, manipuler le rapport ou l’équilibre entraînera des problèmes de dynamique ou une augmentation du poids.” La conception a nécessité trois à quatre mois pour être finalisée, et Omori a travaillé en étroite collaboration avec Satoshi Yanagisawa de Triple Bottom Line pour effectuer les calculs.

"Découvrir les différentes formes auxquelles les concepteurs n'auraient jamais pensé est absolument passionnant", déclare Omori. "Ça me fascine totalement. Il est surprenant et intéressant de constater comment de petites différences peuvent aboutir à des formes totalement différentes, et je pense que c'est là l'un des avantages de la conception générative." Cependant, pour créer des produits légers, il faut aussi connaître les domaines et les matériaux connexes. Avec l’ensemble de ces éléments, il est possible de réduire le poids d'une pièce spécifique. L'équipe collabore actuellement avec les ingénieurs internes pour développer un nouveau design en utilisant la conception générative.

Omori précise que l'équipe conçoit le cadre de siège en gardant à l'esprit la possibilité de l'installer dans un véhicule de série. La création de ce cadre de siège nécessite le recours à l'impression 3D, ce qui entraîne des coûts supplémentaires. Étant donné que les cadres de siège actuels sont fabriqués de manière efficace à l’aide de méthodes de fabrication établies, il est nécessaire d'étudier davantage les moyens de produire le cadre par emboutissage ou fabrication à la presse, tout en intégrant les concepts de la conception générative. "Avec les connaissances acquises grâce à ce projet, je pense qu'il est possible de concrétiser ces possibilités", conclut-il.

Avec l'IA, le concept est essentiel

Avec ce nouveau type de conception, il sera peut-être possible de conserver la colonne vertébrale du cadre pour des sièges de tailles différentes, puis d’ajuster le reste du châssis en fonction de la morphologie de l'utilisateur à l'aide d'une imprimante 3D, par exemple. Les sièges actuels sont fabriqués à partir de matériaux complètement différents, tels que des armatures métalliques, de l'uréthane et du cuir : Omori estime toutefois qu'il est envisageable de remettre en question les mono-matériaux grâce à la conception générative.

Réaliser ce type de design serait cela dit plus facile à réaliser s'il était d'abord utilisé à des fins limitées, explique-t-il : "Par exemple, nous pouvons réduire les exigences si nous le limitons à la mobilité à faible vitesse. Nous pourrions par exemple commencer par un environnement spécifique, où la vitesse est automatiquement contrôlée, puis l’étendre progressiveemnt aux véhicules ordinaires.”

Toyota expérimente activement des outils basés sur l'IA pour son processus de conception, dont le design génératif. "Nous avons une grande liberté pour expérimenter chez Toyota", explique M. Omori. "Au sein d'un même département, nous concevons et planifions des projets qui n'ont rien à voir avec les voitures. Il est important d'être stimulé par d'autres départements. Ces outils vont changer ce sur quoi nous nous concentrons à l'avenir, et le concept de base va devenir plus important. Les outils vont devenir de plus en plus puissants, mais nous devons nous concentrer davantage sur le type de forme que nous voulons créer et sur l'intention, la signification et la fonction qui se cachent derrière cette forme, afin de nous différencier."

"Il est important de créer des produits simples, esthétiques, faciles à utiliser et répondant aux attentes des clients", explique-t-il. "À cette fin, je pense qu'il est essentiel de décider d'abord de ce que l'on veut faire et ensuite de clarifier la direction et le concept que l'on veut adopter, plutôt que d'être utilisé par l'outil. Tant que l'outil correspond au concept que souhaite développer Toyota Design, j'utiliserai tous les moyens qu’il propose pour créer le meilleur produit possible."