Η ρομποτική και η τεχνητή νοημοσύνη οδηγούν σε ανακαλύψεις στη παραμόρφωση υλικών
Το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης έχει θέσει υψηλό πήχη στον τομέα της επιστήμης υλικών με το καινοτόμο έργο του με την ονομασία MAMA BEAR, το οποίο αποτελεί αρχικά των Mechanics of Additively Manufactured Architectures Bayesian Experimental Autonomous Researcher. Αυτή η απρόσκοπτη μηχανή, η οποία καθοδηγείται από προηγμένη νοημοσύνη τεχνητής νοημοσύνης, έχει πειραματιστεί αδιάκοπα με διαφορετικά σχήματα για να ανακαλύψει ένα που μπορεί να απορροφήσει μηχανική ενέργεια αποτελεσματικότερα μέσω παραμόρφωσης.
Χρησιμοποιώντας ένα σύνολο πέντε εκτυπωτών 3D, το MAMA BEAR επανειλημμένα εκτυπώνει και καταστρέφει μικρά κυλινδρικά σχήματα φτιαγμένα από διάφορα υλικά, συμπεριλαμβανομένων TPU, νάιλον, PETG και ΠΛΑ. Κάθε εκτυπωθέν αντικείμενο ζυγίζεται στη συνέχεια και μεταφέρεται από ένα ρομποτικό χέρι σε μια μηχανή πίεσης που προσομοιώνει τη δύναμη ισοδύναμη με εκείνη ενός αράβικου αρετούσας αλόγου.
Αι σύγχρονοι αισθητήρες και φωτογραφικές μηχανές καταγράφουν προσεκτικά τη διαμόρφωση της δομής, επιτρέποντας στο αυτόνομο σύστημα να ρυθμίζει και βελτιώνει τις παραμέτρους του σχήματος για μελλοντικές εκτυπώσεις. Ο στόχος είναι να βρεθεί η βέλτιστη μορφή που μπορεί να απορροφήσει καλύτερα εξωτερική δύναμη μέσω της δικής της παραμόρφωσης.
Ξεπερνώντας τις δομές απορρόφησης ενέργειας που σχεδιάστηκαν από ανθρώπους
Το MAMA BEAR κατάφερε να υπερνικήσει τα σχέδια που είχαν δημιουργηθεί από ανθρώπους, τα οποία είχαν φτάσει στο 71% αποδοτικότητα παραμόρφωσης. Συνεχίζοντας να μαθαίνει και να βελτιώνεται, αυτό το σύστημα έχει υπερβεί το κατώτατο όριο του 75%, επιδεικνύοντας τις ευρήματά του στον κορυφαίο περιοδικό Nature.
Η έρευνα αυτή ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη ανεπανάληπτων δομών που είναι ικανές να απορροφούν ενέργεια με αποτελεσματικό τρόπο, ο οποίος θα μπορούσε να ανατρέψει τα χαρακτηριστικά ασφάλειας σε διάφορες εφαρμογές. Από την προστασία αυτοκινήτων μέχρι άλλες ζώνες απορροής ενέργειας, αυτά τα υλικά στοχεύουν να προστατεύσουν τα κρίσιμα εξαρτήματα και, ακόμη πιο σημαντικό, τις ανθρώπινες ζωές μέσω της διάχυσης κινητικής ενέργειας μέσω ελεγχόμενης καταστροφής. Αυτή η σημαντική αύξηση της αποδοτικότητας σημαίνει ότι η ενέργεια που απομένει για να προκαλέσει ζημιά σε οτιδήποτε βρίσκεται πίσω από τις ζώνες τέτοιας παραμόρφωσης – όπως ο κινητήρας ενός αυτοκινήτου ή ο οδηγός – είναι σαφώς μειωμένη, σηματοδοτώντας ένα σημαντικό βήμα προόδου στη σχεδίαση προστατευτικών υλικών.
Εξερευνώντας τη σημασία της προηγμένης απορρόφησης ενέργειας
Οι δομές που σχεδιάζονται για την απορρόφηση ενέργειας μέσω 3D εκτύπωσης είναι κρίσιμες για μια ευρεία γκάμα βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένων αυτοκινητοβιομηχανίας, αεροδιαστημικής βιομηχανίας, προστατευτικών στολών και ακόμη και διαστημικής εξερεύνησης. Η τεχνολογία που αναπτύσσεται από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης μπορεί να έχει ένα σημαντικό αντίκτυπο στη σχεδίαση υλικών που πρέπει να αντέχουν κρούσεις ή άλλα είδη ενεργειακών γεγονότων. Στα διαστημόπλοια, για παράδειγμα, τέτοια υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αμβλύνουν κρούσεις και να προστατεύσουν ευαίσθητα όργανα κατά την εκίδαυλη, την προσγείωση ή τις απρόβλεπτες κρούσεις με διαστημικά θραύσματα.
Βασικές ερωτήσεις και απαντήσεις:
– Τι είναι η εκτύπωση 3D και πώς σχετίζεται με αυτή την ανακάλυψη;
Η εκτύπωση 3D, ή προσθετική κατασκευή, είναι ένας τρόπος δημιουργίας φυσικών αντικειμένων από ψηφιακά σχέδια με τοποθέτηση υλικού σε στρώσεις. Αυτή η τεχνολογία βρίσκεται στον πυρήνα της ανακάλυψης, καθώς επιτρέπει την ταχεία πρωτοτυποποίηση και επανάληψη σύνθετων δομών που μετά μπορούν να δοκιμαστούν για τις ικανότητές τους απορρόφησης ενέργειας.
– Γιατί είναι σημαντική η ένταξη της τεχνητής νοημοσύνης σε αυτήν την έρευνα;
Η ένταξη της τεχνητής νοημοσύνης επιτρέπει την αυτόνομη αξιολόγηση και προσαρμογή των δομικών σχεδίων, οδηγώντας σε μια πιο αποτελεσματική διαδικασία βελτιστοποίησης από τις συμβατικές χειρωνακτικές μεθόδους. Με την ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης, ο κύκλος μάθησης και βελτίωσης επιταχύνεται σημαντικά, με δυνατότητες ανακάλυψης υπεριούσιων σχεδιασμών που ίσως είναι αδύνατο να εννοηθούν από μηχανικούς-ανθρώπους.
– Πώς θα μπορούσαν αυτές οι δομές που εκτυπώνονται με 3D να αλλάξουν το μέλλον των σχεδιασμών ασφαλείας;
Οι βελτιωμένες δομές απορρόφησης ενέργειας μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την ασφάλεια οχημάτων, κτιρίων, εξοπλισμού και προστατευτικών ειδών μειώνοντας τη δύναμη που μεταδίδεται σε ανθρώπους ή ευαίσθητα εξαρτήματα κατά την κρούση, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο τραυματισμού ή ζημίας εξοπλισμού.
Βασικές προκλήσεις και αντιθέσεις:
– Η διασφάλισ