غزال زیاری_ دانشگاه بوستون آمریکا یک ربات حیرتانگیز به نام MAMA BEAR را در اختیار دارد که بهصورت خودمختار، شکل و فرمی را ایجاد کرده که قابلیت ضربهگیری جالبتوجهی دارد. این ساختاری است که تا پیش از این، هیچ انسانی موفق به ساخت آن نشده بود. از این ساختار میتوان برای طراحی کلاه ایمنی، بستهبندی، ساخت سپر خودرو و موارد متعدد دیگر استفاده کرد.
در محدوده آزمایشگاهی کالج مهندسی دانشگاه بوستون، یک بازوی رباتی مشغول به انجام آزمایشهای شگفتانگیزی است. این ربات اجسام کوچک و پلاستیکی را در جعبهای که روی زمین قرار دادهشده میاندازد و تلاش میکند تا در هنگام سقوط این اشیا، آنها را بگیرد. این اشیاء کوچک تکههای استوانهای مانند و سبکی هستند که ارتفاعی در حدود ۲.۵ سانتیمتر دارند و به رنگهای آبی، قرمز، بنفش، سبز یا سیاه هستند.
هر یک از این ساختارها، نتیجه آزمایشی است که بر روی استقلال رباتها فعالیت میکند. این ربات به شکلی مستقل کار میکند و از طریق یادگیری مداوم خودش را با شرایط تطبیق میدهد و به دنبال آن است تا کارآمدترین شکل و فرم جذبکننده انرژی را ایجاد کند.
فرآیندی متفاوت و خلاقانه
برای انجام این کار، این ربات در ابتدا با بهرهگیری از یک چاپگر سهبعدی، یک ساختار پلاستیکی کوچک را ایجاد میکند و سپس به ثبت شکل و اندازه آن میپردازد.
در مرحله بعد، ربات این ساختار پلاستیکی را به یک سطح فلزی صاف منتقل کرده و آن را با فشار خرد میکند. در ادامه، ربات بهاندازهگیری میزان انرژی جذبشده توسط سازه و تغییر شکل آن پس از له شدن میپردازد و تمام جزئیات و اطلاعات بهدستآمده را در یک پایگاه داده وسیع ثبت میکند.
این ربات خودمختار در گام بعدی، سازه خردشده را داخل جعبه میاندازد، صفحه فلزی را تمیز میکند و آماده چاپ و آزمایش قطعه بعدی میشود. این ربات با مدل قبلیاش تفاوتهایی دارد و درواقع طراحی و ابعاد آن توسط الگوریتم کامپیوتری ربات و براساس آزمایشهای پیشین بهینهسازی شده است و در پی هر آزمایش، شرایط بهتر و بهتر میشود.
بهبود مستمر روند کاری
بهبود راندمان این ربات بیش از هر چیز، نتیجه تلاشهای کیت براون، دانشیار مهندسی مکانیک ENG و تیمش در KABlab است. ربات MAMA BEAR که نامش مخفف عبارت ” Bayesian Experimental Autonomous Researcher Mechanics of Additively Manufactured Architectures ” است، اولین بار توسط براون در سال ۲۰۱۸ مفهومسازی شد و از آن زمان به بعد روندی تکاملی را پشت سر گذاشته است.
تا سال ۲۰۲۱، دستگاهی بر روی این ربات قرار دادهشده بود تا بتوانند فرم و شکلی که بیشترین انرژی را جذب میکند (خاصیتی که بهعنوان راندمان جذب مکانیکی انرژی شناخته میشود) را بسازد. این فعالیت بیش از سه سال است که بهصورت مداوم اجرا میشود و در طول این مدت ده ها جعبه با بیش از ۲۵۰۰۰ ساختار پرینت سهبعدی ساختهشده است.
مفاهیم و دستاوردهای عملی
حالا شاید برایتان این سؤال مطرح شود که چرا این همه شکل متعدد ساخته میشود؟
باید در نظر داشته باشید که کاربردهای فراوانی برای چیزی که بتواند انرژی را بهصورت مؤثر جذب کند، وجود دارد؛ از ساخت بالشتکی برای ارسال وسایل الکترونیکی ظریفی گرفته تا زانوبند و محافظ مچ ورزشکاران. براون در توضیح بیشتر در این رابطه گفته: «میتوان از این مجموعه دادهها برای ساخت سپرهای خودرو یا تجهیزات بستهبندی استفاده کرد.»
اما برای آنکه شرایط ایدهآل پیش برود، باید تعادل کاملی در سازهها برقرار شود: سازهها نباید آنقدر قوی باشند که به آنچه قرار است از آن محافظت کنند آسیب بزنند و درعینحال باید در حدی قوی باشند که بتوانند نقش ضربهگیری را بهخوبی ایفا کنند.
براون دراینباره گفت: «تا قبل از ربات MAMA BEAR، بهترین ساختار موجود تا ۷۱ درصد در جذب انرژی کارآمد بوده است؛ اما در ژانویه سال ۲۰۲۳، ربات MAMA BEAR، بازدهی ۷۵ درصدی را به ثبت رساند و رکوردشکنی کرد.»
کلسی اسنپ، دانشجوی دکترای آزمایشگاه براون که مأمور نظارت MAMA BEAR است دراینباره گفت: «وقتی کارمان را شروع کردیم، فکرش را هم نمیکردیم که ممکن است رکورد موجود را بشکنیم؛ اما آرام و مطمئن به پیشرفت ادامه دادیم.»
طراحی رکوردشکن و نوآوریهای بیشتر
این سازه رکوردشکن با آنچه محققان در ابتدا انتظارش را داشتند، فاصله زیادی دارد: سازهای با چهارگوش به شکل گلبرگهای نازک گل که از طرحهای ابتداییاش باریکتر و بلندتر است.
براون دراینباره گفته: «ما هیجانزده هستیم؛ دادههای مکانیکی زیادی در اختیار داریم که میتوانیم از آنها برای یادگیری کلیتر در طراحیها بهره ببریم.»
دادههای گسترده آنها حالا برای اولین بار مورداستفاده قرار گرفته و برای اطلاعرسانی در مورد طراحی پوشش کلاه جدید سربازان ارتش آمریکا بهکاررفته است. براون، اسنپ و همکارشان امیلی وایتینگ، همکاری جدیدی را با ارتش آمریکا آغاز کرده و برای کسب اطمینان از اینکه کلاه ایمنی با استفاده از پدهای ساختهشده توسط آنها راحت است و محافظت کافی در برابر ضربه ایجاد میکند، آزمایشهای میدانی متعددی را انجام دادند.
ساختار سهبعدی مورداستفاده برای این کار با قطعه رکوردشکن متفاوت بود و برای تأمین راحتی بیشتر، مرکزی نرمتر و ارتفاع کوتاهتری داشت.
رباتهای خودمختار در تحقیقات
لازم به ذکر است که MAMA BEAR تنها ربات تحقیقاتی و مستقل براون نیست. او در آزمایشگاهش، رباتهای دیگری دارد که هریک مسئولیتهای متفاوتی را بر عهدهدارند؛ مثلاً ربات نانو BEAR که با استفاده از فناوریای به نام میکروسکوپ نیروی اتمی، به بررسی نحوه رفتار مواد در مقیاس مولکولی میپردازد. براون درعین حال با همکاری یورگ ورنر، استادیار مهندسی مکانیک ENG، روی توسعه سیستم دیگری به نام پاندا BEAR (که مخففPolymer Analysis and Discovery Array ) است کار میکند تا بدینترتیب به آزمایش هزاران ماده پلیمری نازک پرداخته و بهترین ماده برای استفاده در داخل باتریها را انتخاب کند.
براون دراینباره توضیح داد: «همه اینها رباتهایی هستند که به تحقیق و بررسی میپردازند و فلسفه کار این است که این رباتها از یادگیری ماشین همراه با اتوماسیون بهره میبرند و به ما کمک خواهند کرد تا تحقیقات را با سرعت بالاتری انجام دهیم.»
اسنپ هم در تکمیل صحبت همکارش گفت: «البته نهفقط سریعتر؛ با بهرهگیری از رباتها، میتوانید کارهایی را انجام دهید که معمولاً مقدور نبود. با کمک رباتها میتوانیم به ساختار یا اهدافی برسیم که در نبود آنها، امکانپذیر نبود؛ چراکه بهشدت هزینهبر و زمانبر بودند.»
او از سال ۲۰۲۱ و آغاز پروسه آزمایشها، با MAMA BEAR همکاری نزدیکی داشته است و توانایی بینایی و تمیز کردن صفحه آزمایشی خود را برای این ربات فراهم کرده است.
آینده تحقیقات خودمختار
مسئولان آزمایشگاه KABlab امیدوارند تا در آینده بتوانند اهمیت تحقیقات مستقل را بیشازپیش نشان دهند. به اعتقاد براون گرچه تا امروز هم رکوردهای متعددی شکسته شده، ولی هنوز نمیتوان گفت که آیا به حداکثر بازدهی دستیافتهاند یا خیر؛ یعنی احتمالاً آنها باز هم قادر خواهند بود تا رکوردهای جدیدی را جابجا کنند.
از همین رو MAMA BEAR به تلاشهایش ادامه خواهد داد و براون و تیمش به دنبال آن خواهند بود که ببیند در چه زمینههای دیگری میتوان مفید بود. آنها درعینحال در حال بررسی این موضوع هستند که چطور میتوان بیش از ۲۵۰۰۰ قطعه خردشده را بازیافت کرده و دوباره در پرینترهای سهبعدی بارگذاری کرد تا مواد برای آزمایشهای بیشتر مورد استفاده قرار بگیرند.
براون در بخش پایانی صحبتهایش گفت: «به مطالعاتمان بر روی این سیستم ادامه خواهیم داد؛ چون راندمان مکانیکی هم مثل بسیاری از خواص مواد دیگر، فقط با انجام آزمایشهای دقیق قابلاندازهگیری است و استفاده از آزمایشگاههای خودران به ما کمک میکند تا با انتخاب بهترین آزمایشها، آنها را در سریعترین زمان ممکن انجام دهیم.»
منبع: scitechdaily
۵۴۳۲۱
