Robotika in umetna inteligenca privedeta do prebojev v deformaciji materiala
Univerza v Bostonu je postavila mejnik na področju materialne znanosti s svojim inovativnim projektom imenovanim MAMA MEDVED, kratico za mehaniko natančno natisnjenih arhitektur Bayesski poskusni avtonomni raziskovalec. Ta neumorna naprava, ki jo poganja sofisticirana umetna inteligenca, nenehno eksperimentira z različnimi oblikami z enim ciljem – odkriti tisto, ki lahko mehansko energijo najbolj učinkovito absorbira s pomočjo deformacije.
MAMA MAČKA izvaja izredno proces ponavljajočega tiskanja in uničevanja majhnih valjastih struktur iz različnih materialov, vključno s TPU, najlonom, PETG in PLA. Vsak natisnjen predmet se nato stehta in s pomočjo robotske roke prenese v stiskalnico, ki simulira silo, primerljivo s tisto od arabskega polnih krvožilja.
Napredni senzorji in kamere natančno beležijo deformacijo strukture, kar omogoča avtonomnemu sistemu, da prilagaja in izboljšuje oblikovne parametre za naslednje natisnjene izdelke. Cilj je najti optimalno obliko, ki lahko najbolje absorbira zunanjo silo s svojo lastno deformacijo.
Premagovanje človeško oblikovanih struktur absorbcije energije
MAMA MEDVED je uspela premagati človeško oblikovane strukture, ki so dosegle vrhunec pri 71 % učinkovitosti deformacije. S še naprej učenjem in izpopolnjevanjem je ta sistem presegel prag 75 %, kar predstavlja svoje dosežke v ugledni reviji Nature.
Ta raziskava odpira vrata za razvoj še nevidenih struktur, ki so sposobne učinkovito absorbirati energijo, kar bi lahko revolucioniral varnostne lastnosti v različnih aplikacijah. Od odbijal do drugih območij za absorpcijo energije, ta materiali ciljajo na zaščito ključnih komponent in, kar je najpomembneje, človeških življenj s pomočjo razprševanja kinetične energije s kontrolirano destrukcijo. Ta izjemen porast učinkovitosti pomeni, da je energija, ki ostane za škodo vse, kar je za takimi območji deformacije – kot je na primer motor avtomobila ali voznik – bistveno zmanjšana, kar pomeni pomemben korak naprej v oblikovanju zaščitnih materialov.
Raziskovanje pomena napredne asorpcije energije
3D-natisnjene strukture, zasnovane za absorpcijo energije, so pomembne za širok spekter industrij, vključno s samostojnimi, letalskimi, zaščitno opremo in celo vesoljskim raziskovanjem. Tehnologija, ki jo razvija Univerza v Bostonu, bi lahko imela pomemben vpliv na oblikovanje materialov, ki morajo prenesti udarce, trke ali druge vrste silovitih dogodkov. Na primer, v vesoljskih plovilih bi se takšni materiali lahko uporabljali za blaženje sunkov in zaščito občutljivih instrumentov med izstrelitvijo, pristankom ali nepredvidenimi trki s kozmičnimi odpadki.
Pomembna vprašanja in odgovori:
– Kaj je 3D-tiskanje in kako je povezano s tem prebojem?
3D-tiskanje ali aditivna proizvodnja je postopek ustvarjanja fizičnih predmetov iz digitalnih oblik, z načrtovanjem materialov. Ta tehnologija je temeljni del preboja, saj omogoča hitro prototipiranje kompleksnih struktur, ki jih je mogoče nato preizkusiti glede njihovih sposobnosti absorpcije energije.
– Zakaj je integracija AI bistvena pri tej raziskavi?
Integracija AI omogoča avtonomno ocenjevanje in prilagajanje strukturnih oblik, kar vodi v učinkovitejši proces optimizacije kot pri običajnih ročnih metodah. Z vključitvijo AI je učni in izboljševalni cikel bistveno pospešen, kar prinaša možnost za odkrivanje superiornih oblik, ki bi jih bilo mogoče za inženirje predstaviti.
– Kako bi te 3D-natisnjene strukture lahko spremenile prihodnost varnostnih oblikovanj?
Izboljšane strukture absorpcije energije lahko bistveno povečajo varnost vozil, stavb, opreme in zaščitne opreme z minimiziranjem prenosa sile na ljudi ali občutljive komponente ob trku, s čimer se zmanjša tveganje za poškodbe ali škodo opreme.
Ključne izzivi in kontroverze:
– Zagotavljanje razširljivosti in izvedljivosti teh oblik za masovno proizvodnjo je ključnega pomena. Ostaja, kako se bodo te strukture vključile v obstoječe proizvodne sisteme in kako stroškovno učinkovite bodo na večji ravni.
– Uspešnost materialov skozi čas in pod različnimi okoljskimi pogoji je pomislek za dolgoročno zanesljivost. Potrebne so nadaljnje raziskave za določitev, kako bodo te strukture delovale pod podaljšanim stresom, temperaturnimi nihanji ali izpostavljenostjo kemikalijam in drugim elementom.
– Lahko bi bili tudi intelektualna lastnina in patenti skrb za edinstvene oblike, ki jih proizvede AI, kar bi lahko privedlo do pravnih in etičnih razprav o lastništvu vsebine, ki jo generira AI.
Prednosti in slabosti:
– Prednosti:
– Možnost ustvarjanja kompleksnih struktur, ki presegajo omejitve človeškega oblikovanja.
– Hitrejše iteriranje in optimizacija oblik zaradi integracije AI.
– Potencial za povečanje varnosti in zaščite v različnih aplikacijah.
– Prilagojene in prilagodljive strukture se lahko izdelajo, da ustrezajo specifičnim zahtevam.
– Slabosti:
– Začetni stroški raziskav in razvoja za take napredne sisteme so lahko visoki.
– Kompleksnost integracije novih materialov v obstoječe proizvodne in produkcijske linije.
– Nejasnost o trajni vzdržljivosti in okoljskem vplivu teh materialov.
– Možna vprašanja intelektualne lastnine okoli oblik, ki jih ustvari AI.
Za tiste, ki jih zanima raziskovanje aditivne proizvodnje in prihodnosti materialne znanosti, lahko obiščete spletne strani, kot so:
– Nature za znanstvene raziskave in preboje na tem področju.
– Univerza v Bostonu za več informacij o njihovih raznolikih raziskovalnih pobudah in prispevkih k materialni znanosti.
– Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) za standarde in regulative v zvezi z aditivno proizvodnjo in njenimi materiali.