Amerikai kutatók olyan autonóm robotot fejlesztettek ki, amely a mesterséges intelligencia segítségével olyannyira tökéletes lengéscsillapító-formákat készít, amelyeket ember soha nem tudott volna elkészíteni. Ez lehetővé teszi a bukósisakok, csomagolások és lökhárítók tökéletes gyártását.
A Bostoni Egyetem mérnöki karának laboratóriumában egy robotkar kis műanyag tárgyakat dob egy tökéletesen elhelyezett dobozba. Ezek az apró szerkezetek, pehelykönnyű, henger alakú, egy centiméternél nem nagyobb darabok egyenként töltik meg a dobozt. Néhányuk piros, még a többi kék, lila, zöld vagy fekete színű. Mindegyik tárgy egy robotautonómiával kapcsolatos kísérletből származik. A robot önállóan keresi a leghatékonyabb energiaelnyelő alakzatot. Folyamatosan tanul, és megpróbálja megépíteni az ideális tárgyat, amely eddig még soha nem létezett.
Hogyan működik a robot?
A legjobb lengéscsillapítót keresve a robot egy 3D nyomtatóval készít egy kis műanyag szerkezetet. Felveszi annak alakját és méretét, majd egy sima fémfelületre helyezi, és egy kifejlett ló súlyának megfelelő nyomással összenyomja egy érmére. A robot ezután megméri, hogy a szerkezet mennyi energiát nyelt el, és hogyan változott az alakja. Az összes részletet egy kiterjedt adatbázisban tárolja. A robot ezután a szétzúzott tárgyat a dobozba dobja, és megtörli a fémlemezt. Kinyomtatja és teszteli a következő alkatrészt, amely csak kis mértékben tér el az előzőtől. A kialakítást és a méreteket a robot számítógépes algoritmusa optimalizálja az összes korábbi kísérlet alapján. Ez a Bayes-optimalizálásnak nevezett folyamat minden egyes kísérlet során javítja a 3D-szerkezeteket, hogy azok jobban elnyeljék az ütést és elkerüljék az összetörést.
A jelenlegi iteráció már három éve folyamatosan fut
Ezek a kísérletek Keith Brown, a gépészmérnöki kar docensének és a KABlab csapatának munkájának köszönhetően jöttek létre. A MAMA BEAR nevű robot a „Mechanics of Additively Manufactured Architectures Bayesian Experimental Autonomous Researcher” (Additívan gyártott építmények Bayesian kísérleti autonóm kutatója) rövidítése. Brown és laboratóriuma 2018-as kezdeti koncepciója óta a MAMA BEAR folyamatosan fejlődött.
A laboratórium 2021-re „bízta meg” a robotot, hogy keressen egy olyan formát, amely hatékonyan nyeli el az energiát. Ezt a tulajdonságot mechanikai energiaelnyelési hatékonyságnak nevezik. A jelenlegi iteráció már több, mint három éve folyamatosan működik, és több tucatnyi dobozt töltött meg több, mint 25 000 3D-nyomtatott szerkezettel.
Miért ennyi forma?
A kutatócsoport szerint számtalan felhasználási lehetősége van az energiát hatékonyan elnyelő szerkezeteknek. Ilyenek például az érzékeny elektronikus eszközök vagy védőfelszerelések, például a sportolók térdvédő- és csuklóvédő párnái. „Ezt az adattárat felhasználhatnánk arra is, hogy jobb lökhárítókat készítsünk autókhoz vagy csomagolóanyagokat” – mondja Brown.
Az optimális működéshez a struktúráknak tökéletes egyensúlyt kell találniuk. Nem szabad olyan erősnek lenniük, hogy károsítsák a védendő tárgyat, de elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy elnyeljék az ütéseket. A MAMA BEAR előtt a megfigyelt legjobb szerkezet körülbelül 71%-os energiaelnyelő képességű volt, mondja Brown. Egy 2023-as hűvös januári délutánon azonban a robot elérte a 75 százalékos hatékonyságot, megdöntve ezzel az ismert rekordot. Az eredményeket nemrég publikálták a Nature Communications című szaklapban. „Amikor elkezdtük, nem tudtuk, hogy el fogjuk-e érni ezt a rekordot jelentő formát” –mondja Kelsey Snapp, Brown laborjának PhD-hallgatója, aki a MAMA BEAR-t felügyeli. „Lassan, de biztosan felépítettük, és végül áttörtük a határt.”
A rekordot döntő szerkezet másképp néz ki, mint várták
A rekordot jelentő szerkezet másképp néz ki, mint várták: négy vékony szirom alakú csúcsa van, és magasabb, illetve keskenyebb, mint az első tervek. „Izgatottak vagyunk, hogy a számos mechanikai adatból általános tervezési elveket tudunk levezetni” – mondja Brown. Ez a kiterjedt adathalmaz máris megtalálja első gyakorlati alkalmazását. Az amerikai hadsereg katonái számára készülő új sisakpárnák fejlesztése során használják őket. Brown, Snapp és Emily Whiting, a BU College of Arts & Sciences informatika docense az amerikai hadsereggel dolgozott együtt. A közelmúltban terepi teszteket végeztek, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a szabadalmaztatás alatt álló párnázással ellátott sisakok kényelmesek és megfelelő védelmet nyújtanak. A párnázat 3D-s szerkezete eltér a rekordot jelentő formától, mert a kényelem növelése érdekében puhább és középen rövidebb.
