تقود الروبوتيات والذكاء الاصطناعي إلى انفجارات في تشوه المواد
حددت جامعة بوسطن معيارًا في مجال علم المواد من خلال مشروعها المبتكر الذي يحمل اسم مشروع MAMA BEAR، وهو اختصار للميكانيكا للهياكل المصنوعة بإضافة الطبقات والبايزية التجريبية للباحث الأوتونومي المتقدم. هذا الجهاز الدؤوب، الذي يعمل بواسطة ذكاء اصطناعي متطور، قام بتجارب بلا كلل على أشكال مختلفة لاكتشاف إحدى يمكنها امتصاص الطاقة الميكانيكية بشكل أكثر فعالية من خلال التشوه.
باستخدام مجموعة من خمسة طابعات ثلاثية الأبعاد، يطبع MAMA BEAR بلا كلل ويدمر هياكل أسطوانية صغيرة مصنوعة من مواد مختلفة، بما في ذلك TPU والنايلون وPETG وPLA. يتم ثم توزيع كل كائن مطبوع ثمززن ونقله بذراع روبوتي إلى آلة ضغط تحاكي القوة المعادلة لتلك التي يمارسها حصان عربي أصيل.
تسجل الاستشعارات والكاميرات الحديثة بدقة تشوه الهيكل، الأمر الذي يسمح للنظام المتوقع بضبط وتحسين معايير الشكل للطباعات التالية. الهدف هو العثور على الشكل الأمثل الذي يمكنه امتصاص القوة الخارجية بشكل أفضل من خلال تشوهه الخاص.
تجاوز التصاميم التي صممها الإنسان لامتصاص الطاقة
تمكن MAMA BEAR من تجاوز التصاميم التي صممها الإنسان، والتي بلغ ذروتها عند كفاءة التشوه 71٪. من خلال مواصلة التعلم والتنقيح، نجح هذا النظام في تجاوز عتبة 75٪، حيث عرضت نتائجه في المجلة الرفيعة المرموقة نيتشر.
تمهيد الطريق لتطوير هياكل غير مسبوقة قادرة على امتصاص الطاقة بكفاءة، والتي يمكن أن تحدث ثورة في ميزات السلامة في مجموعة من التطبيقات. من حواجز السيارات إلى مناطق تبديد الطاقة الأخرى، تهدف هذه المواد إلى حماية المكونات الحيوية و، الأهم من ذلك، الأرواح البشرية عن طريق تبديد الطاقة الحركية من خلال الدمار المتحكم فيه. تعني هذه الزيادة الملحوظة في الكفاءة أن الطاقة الناتجة عن تلف أي شيء خلف هذه المناطق التشوهية، مثل محرك السيارة أو السائق، يتم تقليلها بشكل كبير، مما يشكل خطوة هامة نحو تصميم المواد الواقية.
استكشاف أهمية امتصاص الطاقة المتقدمة
الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد المصممة لامتصاص الطاقة حاسمة لمجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك السيارات والفضاء والمعدات الواقية، وحتى استكشاف الفضاء. يمكن أن تكون التكنولوجيا التي يقوم بها جامعة بوسطن لها تأثير كبير على تصميم المواد التي تحتاج إلى تحمل تأثيرات الصدمات أو الحوادث أو أنواع أخرى من الأحداث القوية. في المركبات الفضائية، على سبيل المثال، يمكن استخدام هذه المواد لتبخير الصدمات وحماية الأجهزة الحساسة خلال الإطلاق أو الهبوط أو التصادمات الغير متوقعة مع حطام الفضاء.
أسئلة هامة وإجابات عليها:
– ما هي طباعة ثلاثية الأبعاد وكيف ترتبط بهذه الانفجار؟
الطباعة ثلاثية الأبعاد، أو التصنيع الإضافي، هو عملية إنشاء أشياء مادية من التصاميم الرقمية بطبقة من المواد. تقع هذه التكنولوجيا في صلب الانفجار، حيث تسمح بالنمذجة السريعة والتكرار للهياكل المعقدة التي يمكن اختبارها لقدراتها على امتصاص الطاقة.
– لماذا التكامل مع الذكاء الاصطناعي أمر حاسم في هذا البحث؟
يمكن للذكاء الاصطناعي تمكين التقييم والتكيف التلقائي للتصميمات الهيكلية، مما يؤدي إلى عملية تحسين أكثر كفاءة من الطرق اليدوية التقليدية. من خلال دمج الذكاء الاصطناعي، يتم تسريع دورة التعلم والتحسين بشكل كبير، مما يؤدي إلى إمكانية اكتشاف تصميمات متفوقة قد تكون مستحيلة لمهندسي البشر نية.
– كيف قد تغير هذه الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد مستقبل تصميمات السلامة؟
يمكن أن تعزز هياكل امتصاص الطاقة المحسنة السلامة للمركبات والمباني والمعدات والملابس الواقية بشكل كبير من خلال تقليل القوة المنقولة للبشر أو المكونات الحساسة عند الاصطدام، وبالتالي تقليل خطر الإصابة أو تلف المعدات.
التحديات الرئيسية والجدل:
– من الضروري ضمان قابلية توسيع وتصنيع هذه التصميمات للإنتاج الضخم. لا يزال من غير الواضح كيف سيتم دمج هذه الهياكل في أنظمة التصنيع الحالية وما إذا كانت تكلفتها فعالة من الناحية الاقتصادية على نطاق أوسع.
– الأداء المادي على مر الزمن وتحت ظروف بيئية مختلفة مصدر قلق للموثوقية على المدى الطويل. من الضروري إجراء المزيد من البحوث لتحديد كيف ستتصرف هذه الهياكل تحت الضغط المستمر، أو تقلبات درجات الحرارة، أو التعرض للمواد الكيميائية والعناصر الأخرى.
– قد تكون هناك أيضًا قضايا خاصة بالملكية الفكرية والبتن بشأن التصميمات الفريدة التي تنتجها الذكاء الاصطناعي، مما قد يؤدي إلى مناقشات قانونية وأخلاقية حول ملكية المحتوى الذي تولده الذكاء الاصطناعي.
المزايا والعيوب:
– المزايا:
– القدرة على إنشاء هياكل معقدة تتجاوز قيود التصميم البشري.
– عملية التكرار والتحسين الأسرع للتصميمات بفضل التكامل مع الذكاء الاصطناعي.
– إمكانية زيادة السلامة والحماية في مختلف التطبيقات.
– يمكن إنتاج هياكل شخصية وقابلة للتخصيص لتناسب المتطلبات الخاصة.
– العيوب:
– التكلفة الأولية للبحث والتطوير لمثل هذه الأنظمة المتقدمة يمكن أن تكون مرتفعة.
– تعقيد في دمج هذه المواد الجديدة في خطوط التصنيع والمنتجات الحالية.
– عدم اليقين حول مدى المتانة على المدى الطويل وتأثير البيئة لهذه المواد.
– إمكانية وجود قضايا ملكية فكرية تتعلق بالتصميمات التي ينشئها الذكاء الاصطناعي.
للمزيد عن التصنيع المضاف ومستقبل علم المواد، يمكنك زيارة مواقع مثل:
– نيتشر لمقالات الأبحاث العلمية والانفجارات في هذا المجال.
– جامعة بوسطن لمعرفة المزيد عن مبادراتها البحثية المتنوعة ومساهماتها في علم المواد.
– المنظمة الدولية للتوحيد (ISO) للمعايير والأنظمة المتعلقة بالتصنيع المضاف ومواده.