Robotika un AI veic cauri uzlauzumam materiālu deformācijas jomā
Bostonas Universitāte ir noteikusi pamatnostādnes materiālu zinātnē ar savu inovatīvo projektu ar nosaukumu MAMA BEAR, kas ir saīsinājums, kas nozīmē Mekānikas Papildināti Izgatavoto Arhitektūru Baiējanie Eksperimentāli Autonomais Pētnieks. Šī nevājošā mašīna, ko vadījusi progresīvā AI, neatlaidīgi eksperimentē ar dažādām formām, lai atklātu tādu, kas varētu visefektīvāk absorbēt mehānisko enerģiju caur deformāciju.
Izmantojot piecus 3D printerus, MAMA BEAR atkārtoti drukā un iznīcina mazas cilindriskas struktūras, kas izgatavotas no dažādiem materiāliem, ieskaitot TPU, nilonu, PETG un PLA. Katru izdrukāto objektu pēc tam nosver un transportē ar robotizētu roku uz spiedējamu ierīci, kas simulē spēku, kas līdzinās ar arābu pilnvērtīgā zirga spēku.
Pasaules līmeņa sensori un kameras detalizēti ieraksta struktūras deformāciju, ļaujot autonomai sistēmai pielāgot un uzlabot formas parametrus turpmākajām drukām. Mērķis ir atrast optimālu formu, kas labāk spēj absorbēt ārēju spēku caur pašu deformāciju.
Pārspējot cilvēku radītas enerģijas absorbcijas struktūras
MAMA BEAR ir spējusi pārspēt cilvēku veidotas konstrukcijas, kas bija sasniegušas 71% deformācijas efektivitāti. Turpinot mācīties un pilnveidoties, šis sistēma ir pārsniedzis 75% slieksni, parādot savus atklājumus cienījamajā žurnālā Nature.
Šī pētījuma rezultātā tiek ieliets pamats nebijušām konstrukcijām attiecībā uz efektīvu enerģijas absorbciju, kas varētu revolūcionizēt drošības funkcijas dažādās lietojumprogrammās. Sākot no automašīnu pasargājošajiem sturiem līdz citiem enerģiju izkliedējošiem rajoniem, šie materiāli ir domāti, lai aizsargātu būtiskos komponentus un, vissvarīgāk, cilvēku dzīvības, izkliedējot kinētisko enerģiju caur kontrolētu iznīcināšanu. Šis ievērojamais efektivitātes pieaugums nozīmē, ka enerģija, kas paliek, lai nodarītu kaitējumu jebkuram, kas atrodas aiz šādām deformācijas zonām – piemēram, automašīnas dzinējam vai vadītājam – ir būtiski samazināta, veidojot ievērojamu soli uz priekšu aizsargmateriālu dizainā.
Augstākas enerģijas absorbcijas nozīmes pētīšana
3D drukātas konstrukcijas, kas izstrādātas enerģijas absorbcijai, ir būtiskas plašai nozaru kopai, tai skaitā automobiļu, aviācijas, aizsargapģērbu un pat kosmosa izpētes nozarei. Tehnoloģijas attīstība, ko veic Bostonas Universitāte, var radīt būtisku ietekmi uz materiālu izstrādi, kas jāiztur uzplūdi, sadursmes vai citu veidu spēcīgu notikumu. Piemēram, kosmosa kuģos šādi materiāli varētu tikt izmantoti, lai mazinātu triecienu un aizsargātu jutīgus instrumentus starta, nolaišanās vai neparedzamu sadursmju ar kosmisko atkritumu laikā.
Svarīgi jautājumi un atbildes:
– Kas ir 3D drukāšana un kā tas saistās ar šo uzlauzumu?
3D drukāšana jeb paplašinātais ražošanas process ir process, ar kuru tiek radīti fiziski objekti no digitālajiem dizainiem, slāņojot materiālu. Šī tehnoloģija ir šī uzlauzuma pamatā, jo tā ļauj ātri prototipēt un iterēt sarežģītas struktūras, kuras pēc tam var testēt uz to enerģijas absorbcijas spējām.
– Kāpēc AI integrācija ir būtiska šajā pētījumā?
AI integrācija ļauj autonomai novērtēt un pielāgot strukturālos dizainus, padarot optimizācijas procesu efektīvāku nekā konvencionālās manuālās metodes. Iekļaujot AI, mācīšanās un uzlabošanās cikls tiek ievērojami paātrināts, rezultātā veltoties potenciāli izciliem dizainiem, kuriem cilvēku inženieriem varētu nebūt iespējams iedomāties.
– Kā šīs 3D drukātās konstrukcijas var mainīt nākotnes drošības dizainus?
Uzlabotām enerģijas absorbcijas struktūrām var ievērojami uzlabot transportlīdzekļu, ēku, iekārtu un aizsargapģērbu drošību, minimizējot spēku, kas tiek pārnesti uz cilvēkiem vai jutīgiem komponentiem sadursmes gadījumos, tādējādi samazinot traumu vai iekārtu bojājuma risku.
Galvenie izaicinājumi un kontroverses:
– Svarīgi ir nodrošināt šo dizainu mērogojamību un ražojamību masu ražošanai. Vēl ir jānoskaidro, kā šīs struktūras tiks integrētas esošajos ražošanas sistēmās un cik ekonomiskas tās būs lielā mērogā.
– Materiālu veiktspēja laika gaitā un dažādos vides apstākļos ir satraucoša arī attiecībā uz ilgtermiņa uzticamību. Papildu pētījumi ir nepieciešami, lai noskaidrotu, kā šīs struktūras darbosies pastāvīgā stresā, temperatūras svārstībās vai kontakts ar ķīmiskām vielām un citiem elementiem.
– Var rasties arī intelektuālā īpašuma un patentu satraukumi attiecībā uz AI radītajiem unikālajiem dizainiem, kas varētu likt veidot juridiskas un ētikas debates par īpašumtiesībām uz AI radīto saturu.
Priekšrocības un trūkumi:
– Priekšrocības:
– Spēja radīt sarežģītas struktūras, kas pārsniedz cilvēku radītās ierobežojumus dizainā.
– Ātrāka iterāciju un dizainu optimizācija, pateicoties AI integrācijai.
– Potenciāls palielināt drošību un aizsardzību dažādos pielietojumos.
– Ādas personificētas un pielāgotas struktūras var tikt izgatavotas, lai atbilstu konkrētiem prasījumiem.
– Trūkumi:
– Sākotnējās izmaksas pētniecībai un attīstībai šādām progresīvām sistēmām var būt augstas.
– Kompleksitāte jauno materiālu integrēšanā esošajās ražošanas un produktu līnijās.
– Neziņa par šo materiālu ilgtermiņa noturību un vides ietekmi.
– Potenciālas intelektuālā īpašuma problēmas saistībā ar AI radītiem dizainiem.
Tiems, kas ir ieinteresēti iepazīties vairāk par paplašināto ražošanu un materiālu zinātnes nākotni, jūs varat apmeklēt tīmekļa vietnes tādas kā:
– Nature zinātniskiem pētījumiem publicētus rakstus un uzlauzumus šajā jomā.
– Bostonas Universitāte , lai uzzinātu vairāk par viņu dažādajām pētniecības iniciatīvām un ieguldījumiem materiālu zinātnē.
– Starptautiskā Standartizācijas Organizācija (ISO) standartus un noteikumus attiecībā uz paplašināto ražošanu un tās materiāliem.