黏菌是一种能够“思考”并“决策”的生物。虽然没有固定形态，却能够根据环境灵活调整自己的“身体”。它通过构建复杂的网络觅食、避障，仿佛是大自然精心编织的算法蓝图，为我们揭示了生物智能的一种形态。
黏菌在解决复杂路径优化、网络布局等问题上展现出的高效与精准，让人们看到了衍生式设计（生成式设计）在人工智能领域的广阔前景。
航空业是全球碳排放的重要来源之一，据统计，航空业二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放总量的约2%。并且飞机的重量与其碳排放量成正比。
当飞机重量增加时，为了维持飞行高度与速度，发动机需要消耗更多的燃油，直接导致了碳排放量的增加。据相关统计，每减少一吨飞行重量，飞机每一小时飞行时间可降低油耗27千克，对应减少碳排放85千克。
除了从乘客角度出发，自觉轻装出行，减少不必要的重量；从航空公司角度出发，合理化加油，避免不必要燃油浪费、加强发动机性能等措施之外，还有一个显著高效的措施——降低飞机自重。
空客公司、欧特克公司、The Living、欧特克工作室和APWorks合作，将黏菌应用到了飞机的机舱隔板设计中。
黏菌显然是制定结构的效率大师。黏菌虽然是单细胞生物，但随着它的生长，开始分支出一个密集的连接网络。然后，它根据找到的食物的位置，只保留那些最有效地连接食物来源的分支，并舍弃其余分支来优化网络。
因此，当将其这一特性转化到航空设计时，则能够在保持强度的同时减少不必要的材料用量。
寻找食物的黏菌
此外，人骨也是他们的设计参考对象。人骨等哺乳动物的骨组织结构在受力方面展现出显著的优势，这优势主要得益于其复杂的结构设计和成分组成。
表层的骨密质，排列规则紧密，具有极高的强度和硬度，能够帮助我们有效地抵抗外部压力和冲击。中心的骨松质则呈海绵样网状结构，其多孔性有助于分散应力，增强韧性，在承受外力时，能够产生一定的形变，吸收和分散冲击能量。同时多孔结构很大程度上降低了同等体积的重量，恰恰能够对应飞机结构减重的需求。
骨头疏密有致的结构
设计师运用黏菌和骨骼的逻辑进行算法设计与建模，并且将设计目标、材料偏好、空间要求、成本限制、气流等条件作为关键信息输入。
由黏菌与骨骼为底层逻辑设计的算法，能够快速计算数千个人类自己无法想出的设计优化，然后由专业人员对结果进行评估与微调，再由算法测试调整是否成功，继而才进行增材制造打印。大大节省了时间与实验材料成本。
生成的不同结果
由这样方法设计制造出的机舱隔板，比传统的空客设计要轻约45%，重量低至66磅（约30千克）；通过3D打印，则减少了95%的原材料，不但节省了资金、材料，还显著减少了碳排放。当这种新的设计概念在机舱隔板上得到应用验证后，还可以扩展应用于整个机身。
制造出的机舱隔板结构
黏菌的生长特性应用于设计层面，有两大用处：一个是可以用来识别必要和不必要的材料；另一个是保持结构的完整性。同样的价值也可以应用在汽车制造业。
汽车制造从蒸汽机车到油气机车，从氢燃料和电动汽车再到如今的无人驾驶，一直不断推陈出新。在设计与制造方式上，如何用更少的材料、更少的重量、更少的零件、更短的交货时间、更低的成本与能源来制造出更好的汽车，这也一直是设计师和工程师们追求的目标。
黏菌算法、增材制造和衍生式设计的结合使这个课题得到突破。
PIX Moving公司是这个课题的著名开拓者。这是一个由来自不同学科背景的约200名成员组成的跨学科团队，被世界经济论坛评为2023年技术先锋，以表彰其重塑自动驾驶和制造的远见卓识。他们尝试与黏菌合作来构建下一代汽车结构。
他们将机械结构想象成一组由线连接的点，就可以模拟黏菌的行为来生成结构。
在空间中，定义荷载点、支撑点和模型边界点等，以类比黏菌的食物来源点。接下来，在所有点与点之间建立所有可能且有效的连接线。
生成过程
其次，对每次迭代生成的设计，都会进行静态FEA(有限元分析)。这是一种计算机化方法，可预测产品对现实世界中的力、振动、热、流体流动和其他物理效果做出的反应，进而分析产品使用过程中出现的各种状况，例如产品是否会断裂、磨损；或者是否在按照设计的方式工作。比如，可以设置“最大变形不能超过5毫米”等约束条件。
生成过程
黏菌算法目的在于使结构的重量和最大变形最小化，但这两个目标又是相互制衡的，更轻的重量往往意味着也更容易变形。因此还需要由设计人员来决定哪个目标更为重要，并选择更加合适的结果。
设计结果
设计过后，制造阶段的难点就在于如何将基于算法生成的结构模型大规模制造出来。
相比于传统的制造方式，增材制造则更加便宜。增材制造，又称3D打印，是一种通过分层沉积材料来创建三维物体的过程，在生产具有复杂内部结构的复杂形状物体方面具有优势。
汽车部件多由金属制成。通常金属3D打印是通过逐层熔化金属粉末来塑造所需金属部件的几何形状。但是这个过程是非常昂贵且低效，一些金属粉末甚至和同等重量的黄金一样高。
为了降低汽车增材制造的成本，PIX将目光转向WAAM（电弧增材制造）。
WAAM是一种利用电弧作为热源，通过丝材的添加，在程序的控制下，根据三维数字模型由线——面——体逐渐制造出金属零件的制造技术，具有沉积效率高、丝材利用率高、制造周期短、成本低等优点。
并且，最关键的是，WAAM在所能制造的零件尺寸方面具有更大的优势。
WAAM打印的汽车底盘骨架
但同时，WAAM也具备显著的劣势。由于WAAM打印的每层层高约为1-2毫米，就导致生产出的零件的表面非常粗糙，并且还伴随着热变形等问题。这些物理限制就使其生产的零件的表面光洁度无法与粉末金属3D打印比拟。
PIX在自己开发的黏菌算法中，加入了WAAM的条件约束，并且通过进一步拓扑优化调整设计的结果，使最终生成的模型能够适用于WAAM。
生成过程
生成的底盘结构
衍生式设计与经济实惠的WAAM打印方式相结合，形成了一个完整的系统，既提高了效率，又能节约材料成本、减轻底盘重量，为汽车制造行业带来巨大变革。
黏菌以其独特的生存策略和高效的决策机制，为我们揭示了优化与适应的深层原理。当我们将这些自然法则转化为创新的算法，并应用于飞机和汽车制造这一高度复杂的工业领域时，不仅见证了技术的飞跃，更见证了人类与自然和谐共生的美好愿景。随着黏菌算法的不断完善和应用领域的持续拓展，我们有理由相信，它将在更广泛的科技领域中引发连锁反应。
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