Robotika ja AI viivad läbimurded materjali deformatsioonis
Bostoni Ülikool on seadnud verstaposti materjaliteaduse valdkonnas oma uuendusliku projektiga nimega MAMA BEAR, lühend, mis tähistab Additiivselt Tootetud Arhitektuuride Meehanikat Bayesi Eksperimentaalne Autonoomne Uurija. See väsimatu masin, mida juhivad keerukad AI süsteemid, on teinud pidevalt katseid erinevate kujudega, et avastada selline, mis suudab mehaanilist energiat kõige tõhusamalt absorbeerida läbi deformatsiooni.
Kasutades viit 3D-printerit, prindib ja hävitab MAMA BEAR järjepidevalt väikseid silindrilisi struktuure, mis on valmistatud erinevatest materjalidest, sealhulgas TPU, nailon, PETG ja PLA. Iga prinditud objekt kaalutakse ja transportitakse robotkäe abil surumismasinasse, mis simulatsioon jõudu, mis vastab Araabia täkk hobusele.
Tipptasemel andurid ja kaamerad salvestavad hoolikalt struktuuri deformatsiooni, võimaldades autonoomsel süsteemil kohandada ja parandada kujuparameetreid järgnevate prinditavate materjalide jaoks. Eesmärk on leida optimaalne vorm, mis suudaks välimise jõu kõige paremini energiat absorbeerida oma deformatsiooni kaudu.
Inimdisaini energiakeskuse struktuuride ületamine
MAMA BEAR on suutnud ületada inimkäe disainitud lahendusi, mis olid piirdunud 71% deformatsiooni efektiivsusega. Jätkates õppimist ja täiustamist, on see süsteem ületanud 75% läve, demonstreerides oma tulemusi tunnustatud ajakirjas Nature.
See uurimus sillutab teed enneolematute struktuuride arendamisele, mis suudaksid tõhusalt energiat absorbeerida, mis võiks revolutsiooniliselt muuta turvaelemente erinevates rakendustes. Alates sõidukite poritiibadest kuni teistesse energiat hajutavatesse tsoonidesse, on nende materjalide eesmärk kaitsta olulisi komponente ja eelkõige inimelusid energiat hajutades kontrollitud hävimise kaudu. See märkimisväärne suurendus efektiivsuses tähendab, et energiat kahjulikuks muutmiseks pärast selliseid deformatsiooni tsoone jääv energia – näiteks auto mootor või juht – on märgatavalt väiksem, märkides olulist sammu edasi kaitsematerjali kujunduses.
Tähtsuse uurimine eduka energia imendumise kaudu
3D-prinditud struktuurid, mis on mõeldud energiat imbumiseks, on olulised mitmesuguste tööstusharude jaoks, sealhulgas autotööstus, lennundus, kaitsevarustus ja isegi kosmoseuurimus. Bostoni Ülikooli poolt arendatav tehnoloogia võiks avaldada olulist mõju materjalide kujundamisele, mis peavad vastu pidama löökidele, kokkupõrgetele või muudele tugevate sündmustele. Kosmoselaevades saaks selliseid materjale näiteks kasutada löökide summutamiseks ja tundlike instrumentide kaitsmiseks stardil, maandumisel või ootamatute kokkupõrgete korral kosmoseprügiga.
Olulised küsimused ja vastused:
– Mis on 3D-trükkimine ja kuidas see seostub selle läbimurdega?
3D-trükkimine ehk lisatootmine on protsess, kus füüsilised objektid luuakse digitaalsetest kavanditest materjali kihilistes kihtides ladestamise teel. See tehnoloogia on selle läbimurde tuumaks, kuna see võimaldab keerukate struktuuride kiiret prototüüpimist ja iteratsiooni, mida saab seejärel testida nende energia imendumisvõimekuse osas.
– Miks on AI integreerimine selle uurimistöö jaoks oluline?
AI integreerimine võimaldab struktuurikavandite autonoomset hindamist ja kohandamist, viies efektiivsemale optimeerimisprotsessile kui tavalised manuaalsed meetodid. AI lisamise abil kiirendatakse märkimisväärselt õppimis- ja parendamistsüklit, mis võib viia paremate kavandite avastamiseni, mis võivad olla iniminseneride jaoks võimatud.
– Kuidas võiksid need 3D-trükitud struktuurid muuta tuleviku turvadisaini?
Arendatud energiat imavate struktuuride paranemine võib suuresti suurendada sõidukite, hoonete, seadmete ja kaitseriietuse ohutust, minimeerides jõu edastamist inimestele või tundlikele komponentidele kokkupõrke korral, vähendades seeläbi vigastuste või seadmete kahjustumise riski.
Põhilised väljakutsed ja vastuolud:
– Nende kavandite skaalatavuse ja tootmise suutlikkuse tagamine massitootmise jaoks on oluline. Jääb näha, kuidas need struktuurid integreeritakse olemasolevatesse tootmissüsteemidesse ja kui kulutõhusad nad suuremates kogustes on.
– Materjali sooritusvõime aja jooksul ja erinevates keskkonnatingimustes on pikaajalise töökindluse osas mureküsimus. Lisauuringuid vajatakse selleks, et määrata, kuidas need struktuurid käituvad pikaajalise stressi, temperatuurikõikumiste või kemikaalide ning muude elementide mõjul.
– Võivad tekkida ka intellektuaalomandi ja patendi mured seoses AI poolt loodud ainulaadsete kavanditega, mis võiksid viia õiguslike ja eetiliste aruteludeni AI-generatsioonide sisu omandiõiguse üle.
Plussid ja miinused:
– Plussid:
– Võime luua keerukaid struktuure, mis ületavad inimlike kavandite piiranguid.
– AI integreerimise tõttu kiirem kavandite iteratsioon ja optimeerimine.
– Potentsiaal suurendada ohutust ja kaitset erinevates rakendustes.
– Isikupärastatud ja kohandatavad struktuurid saab toota spetsiifiliste nõuete täitmiseks.
– Miinused:
– Nende arenenud süsteemide uurimis- ja arenduskulud võivad olla kõrged.
– Uute materjalide integreerimise keerukus olemasolevatesse tootmis- ja tootmistesse.
– Ebakindlus nende materjalide pikaajalise vastupidavuse ja keskkonnamõju osas.
– Potentsiaalsed intellektuaalomandi küsimused seoses AI loodud kavanditega.
Kõigile, kes on huvitatud lähemalt uurimisest lisatootmisest ja materjaliside tulevikust, saate külastada veebisaite nagu:
– Nature teaduslike uurimisartiklite ja läbimurrete jaoks valdkonnas.
– Bostoni Ülikool , et rohkem teada saada nende mitmekesistest uurimisalgatustest ja panusest materjaliteadusesse.
– Rahvusvahelise Standardimisorganisatsiooni (ISO) standardite ja määruste kohta lisatoodangu ja selle materjalide kohta.