ستساعدك المقالة التالية: المواد الجديدة المطبوعة ثلاثية الأبعاد تستشعر حركاتها الخاصة
طور فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لطباعة المواد ثلاثية الأبعاد بخصائص ميكانيكية قابلة للضبط ، والتي تمكنهم من الشعور بحركاتهم وتفاعلاتهم مع البيئة. ابتكر الفريق هياكل الاستشعار باستخدام مادة واحدة وتجربة واحدة على طابعة ثلاثية الأبعاد.
أخذوا أولاً مواد شبكية مطبوعة ثلاثية الأبعاد ودمجوا شبكات من القنوات المملوءة بالهواء في الهيكل أثناء عملية الطباعة. يمكنهم بعد ذلك استخلاص نظرة ثاقبة حول كيفية تحرك المادة عن طريق قياس تغيرات الضغط داخل هذه القنوات عند ضغط الهيكل أو ثنيه أو شده.
تتكون المواد الشبكية من خلايا مفردة بنمط متكرر ، وبتغيير حجم أو شكل الخلايا ، تتغير الخواص الميكانيكية للمادة.
يمكن أن تساعد التقنية الجديدة في النهاية في إنشاء روبوتات ناعمة مرنة مزودة بأجهزة استشعار مدمجة تمكن الروبوتات من فهم وضعيتها وحركاتها. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تطوير أجهزة ذكية يمكن ارتداؤها قابلة للتخصيص.
ليليان تشين مؤلفة مشاركة وطالبة دراسات عليا في مختبر MIT لعلوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL).
“الفكرة من هذا العمل هي أنه يمكننا أخذ أي مادة يمكن طباعتها ثلاثية الأبعاد ولدينا طريقة بسيطة لتوجيه القنوات من خلالها حتى نتمكن من الحصول على استشعار بالبنية. وقال تشين إذا كنت تستخدم مواد معقدة حقًا ، فيمكن أن يكون لديك حركة وإدراك وبنية في آن واحد.
تتضمن الورقة أيضًا المؤلف الرئيسي المشارك ريان تروبي ، وهو باحث سابق لما بعد الدكتوراة في CSAIL وأستاذ مساعد حالي في جامعة نورث وسترن. عنان زانغ ، طالب دراسات عليا في CSAIL ؛ وكبيرة المؤلفين دانييلا روس ، أستاذ أندرو وإيرنا فيتربي للهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر ومدير CSAIL.
تم نشر البحث في تقدم العلم.
تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
اعتمد الفريق على الطباعة ثلاثية الأبعاد لدمج القنوات المملوءة بالهواء مباشرة في الدعامات التي تشكل الشبكة. عندما يخضع الهيكل للحركة أو يتم ضغطه ، تتشوه القنوات ويتغير حجم الهواء بالداخل. تمكن هذه العملية الباحثين من قياس التغيير المقابل في الضغط باستخدام مستشعر الضغط الجاهز ، والذي يوفر ملاحظات حول كيفية تشوه المادة.
“إذا قمت بمد شريط مطاطي ، فسوف يستغرق الأمر بعض الوقت للعودة إلى مكانه. ولكن نظرًا لأننا نستخدم الهواء وأن التشوهات مستقرة نسبيًا ، فإننا لا نحصل على نفس الخصائص المتغيرة بمرور الوقت. يقول تشين: “المعلومات التي تخرج من جهاز الاستشعار الخاص بنا أنظف كثيرًا”.
قام الفريق بدمج القنوات في الهيكل باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعالجة الرقمية للضوء. تتضمن الطريقة يتم سحب الهيكل من مجموعة من الراتينج وتصلبها في شكل دقيق باستخدام الضوء المسقط. ثم يتم عرض صورة على الراتينج الرطب ويتم علاج المناطق التي ضربها الضوء.
مع تقدم العملية أكثر ، يقطر الراتينج اللزج ويتعثر داخل القنوات ، مما يعني أنه كان على الفريق إزالة أي فائض من الراتنج قبل معالجته. لقد فعلوا ذلك باستخدام مزيج من الهواء المضغوط والفراغ والتنظيف المعقد.
يتابع تشين: “سيتعين علينا القيام بمزيد من العصف الذهني من جانب التصميم للتفكير في عملية التنظيف هذه ، نظرًا لأنها تمثل التحدي الرئيسي”.
استخدم الفريق هذه العملية لإنشاء العديد من الهياكل الشبكية وأوضح كيف يمكن للقنوات المملوءة بالهواء أن تولد ردود فعل واضحة عند ضغط الهياكل أو ثنيها.
روبوتات HSA Soft
قامت مجموعة الباحثين أيضًا بدمج أجهزة استشعار في مساعد القص اليدوي (HSAs) ، وهي فئة جديدة من المواد التي تم تطويرها للروبوتات اللينة الآلية. يمكن تمديد ولف HSAs في نفس الوقت ، مما يمكنهم من العمل كمشغلات روبوتية فعالة. ومع ذلك ، يصعب “استشعار” هائل الهايدات الهائلة بسبب أشكالها المعقدة.
طبع الفريق ثلاثي الأبعاد أحد هذه الروبوتات اللينة HSA ، والتي كانت قادرة على تنفيذ حركات مختلفة مثل الانحناء واللف. ثم تم وضعه في سلسلة من الحركات لأكثر من 18 ساعة ، واستخدمت بيانات المستشعر لتدريب شبكة عصبية يمكنها التنبؤ بدقة بحركة الروبوت.
“يعمل علماء المواد بجد لتحسين المواد المهندَسة للوظائف. تبدو هذه فكرة بسيطة لكنها قوية حقًا لربط ما كان هؤلاء الباحثون يفعلونه مع عالم الإدراك هذا. بمجرد أن نضيف الاستشعار ، يمكن لعلماء الروبوتات مثلي أن يدخلوا ويستخدموا هذا كمواد نشطة ، وليس مجرد مادة سلبية “، كما يقول تشين.
“كان تحسس الروبوتات اللينة بأجهزة استشعار تشبه الجلد تحديًا مفتوحًا في هذا المجال. توفر هذه الطريقة الجديدة قدرات دقيقة على التحسس للروبوتات اللينة وتفتح الباب لاستكشاف العالم من خلال اللمس “، يتابع روس.
يقول تشين والفريق إن مستقبل هذه التكنولوجيا يمكن أن يؤدي إلى أشياء مثل خوذات كرة القدم المصممة لرأس لاعب معين. ستتمتع هذه الخوذات بقدرات استشعار داخل الهيكل الداخلي ، مما يزيد من دقة التغذية الراجعة من الاصطدامات الميدانية.
