Роботика и Изкуствен интелект водят до Пробиви в Деформацията на Материалите
Бостънският университет поставя резултат в областта на материалната наука с иновативния си проект с името МАМА МЕЧКА, абревиатурата стои за Механиката на Архитектурните Модели с Добавяне на Материали – Байесов Експериментен Автономен Изследовател. Тази неуморима машина, управлявана от сложен ИИ, неспирно експериментира с различни форми, за да открие такава, която може най-ефективно да абсорбира механична енергия чрез деформация.
Чрез използване на комплект от пет 3D принтера, МАМА МЕЧКА повтаря печата и унищожава малки цилиндрични структури, направени от различни материали, включително TPU, найлон, PETG и PLA. Всяка отпечатана структура се претегля след което се транспортира от роботизирано рамо до машина за притискане, която симулира силата, еквивалентна на тази на арабски скакалец.
Сензори и камери с най-новата технология подробно записват деформацията на структурата, което позволява на автономната система да променя и подобрява параметрите на формата за следващите печати. Целта е да се намери оптималната форма, която може най-добре да абсорбира външна сила чрез собствената си деформация.
Превъзхождане на Структурите за Абсорбиране на Енергия, Проектирани от Човека
МАМА МЕЧКА успя да превземе човешки проектirани дизайни, които бяха достигнали до 71% ефективност на деформация. Чрез продължително учене и подобрения, тази система премина 75% прага, демонстрирайки своите открития в прочетения журнал Нейчър.
Това изследване предизвиква път за разработването на неизменни структури, способни ефективно да абсорбират енергия, което би могло да революционизира функциите за безопасност в различни приложения. От автомобилни калници до други зони за разсейване на енергия, тези материали целят да предпазват ключови компоненти и, най-важното, човешки животи, като разсейват кинетичната енергия чрез контролирано разрушение. Този изключителен ръст в ефективността означава, че енергията, оставена за увреждане на някакво зад структурите за деформация нещо – като двигателят на кола или шофьора – е значитлно намалена, отбелязвайки значителна крачка напред в дизайна на защитни материали.
Изследване на Значимостта на Напредналото Абсорбиране на Енергия
3D-отпечатани структури, предназначени за абсорбиране на енергия, са от съществено значение за широка гама от индустрии, включително автомобилна, авиационна, предпазни елементи и дори космическо изследване. Технологията, която се развива от Бостънски университет, може да има значително влияние върху дизайна на материали, които трябва да устоят на удари, катастрофи или други видове силови събития. В космическите кораби, например, такива материали биха могли да се използват, за да поглъщат удари и защитават чувствителни инструменти по време на изстрелване, приземяване или неочаквани удари с космически боклук.
Важни Въпроси и Отговори:
– Какво е 3D принтиране и каква е връзката му с тази пробив?
3D принтирането, или адитивното производство, е процес за създаване на физически обекти от цифрови дизайни, като се наслоява материал. Тази технология е в основата на пробива, тъй като позволява бързо прототипиране и итерация на сложни структури, които могат да се тестват за техните възможности за абсорбиране на енергия.
– Защо е важна интеграцията на ИИ в това изследване?
Интеграцията на ИИ позволява автономното изпитване и приспособяване на структурни дизайни, което води до по-ефективен оптимизационен процес, отколкото конвенционалните ръчни методи. Чрез въвеждането на ИИ цикълът на учене и подобрение се значително ускорява, което може да доведе до откриването на по-добри дизайни, които биха могли да бъдат невъзможни за хуманни инженери да създадат.
– Как може тези 3D-отпечатани структури да променят бъдещето на дизайна за безопасност?
Подобрените структури за абсорбиране на енергия могат значително да увеличат безопасността на превозни средства, сгради, оборудване и предпазни облекла, като намалят силата, която се предава към хората или деликатни компоненти при удар, тъй като намаляват риска от наранявания или щети на оборудването.
Ключови Предизвикателства и Контроверзии:
– Осигуряването на мащабируемост и производственост на тези дизайни за масово производство е от значение. Остава да се види как тези структури ще бъдат интегрирани в съществуващите системи за производство и колко ефективни ще бъдат на по-голяма скала.
– Производителността на материалите във времето и под различни климатични условия е притеснение във връзка с дългосрочната надеждност. Необходими са допълнителни изследвания, за да се определи как тези структури ще се държат при удължено напрежение, температурни промени или излагане на химикали и други елементи.
– Могат да възникнат проблеми с интелектуалната собственост и патенти във връзка с уникалните дизайни, произведени от ИИ, което може да доведе до правни и етични разисквания относно стопанстването на съдържанието, създадено от ИИ.
Предимства и Недостатъци:
– Предимства:
– Възможността да се създадат сложни структури, които превъзхождат ограниченията на човешкия дизайн.
– По-бърза итерация и оптимизация на дизайните благодарение на интеграцията на ИИ.
– Потенциал за увеличена безопасност и защита в различни приложения.
– Могат да се създават персонализирани и настроени структури, за да отговарят на конкретните изисквания.
– Недостатъци:
– Началният разход за изследвания и разработка на такива напреднали системи може да бъде висок.
– Сложност в интегрирането на тези нови материали в съществуващи производствени и продуктови линии.
– Неопределеност относно дългосрочната издръжливост и екологичното въздействие на тези материали.
– Възможни проблеми с интелектуалната собственост, отнасящи се до дизайните, създадени от ИИ.
За тези, които се интересуват от допълнително проучване на адитивното производство и бъдещето на материалната наука, можете да посетите уебсайтовете на:
– Nature за научни статии и пробиви в областта.
– Boston University за да научите повече за техните различни научни изследвания и приноси към материалната наука.
– Международната Организация за Стандартизация (ISO) за стандарти и регламенти, свързани с адитивното производство и материали.