Znanstveniki ameriške vojske in Centra za bitov in atome MIT-a so iznašli nov način za povezovanje materialov z edinstvenimi mehanskimi lastnostmi, kar je odprlo možnost za izdelavo vojaških robotov prihodnosti, ki so sestavljeni iz množice robotov.
S to metodo je poenotena konstrukcija različnih vrst mehanskih metamaterialov z uporabo diskretnega rešetkastega ali »Lego« kockam podobnega sistema, kar omogoča oblikovanje modularnih materialov z lastnostmi, prilagojenimi namenu njihove uporabe. Ti gradniki in iz njih nastali materiali bi lahko privedli do dinamičnih struktur, s pomočjo katerih bi se lahko sami preoblikovali; roj robotov bi na primer lahko sestavil most, ki bi vojakom omogočal prehod reke. S takšno sposobnostjo bi se povečala vojaška okretnost in možnosti preživetja vojakov in opreme, so povedali raziskovalci.
Slika 1: Nov način povezovanja materialov, ki sta ga skupaj razvila vojska in MIT- (Massachusetts Institute of Technology), omogoča izdelavo supermiljskih (supermileage) vozil, kot je to, ki so ga izdelali sodelavci s Toyota Automotive Society. Supermiljska vozila naj bi z eno posodo visoko oktanskega bencina dosegla čimveč prevoženih kilometrov. Fotografija: Kohshi Katoh, Toyota Automotive Society
Ta odkritja, ki so jih raziskovalci objavili v prispevku Science Advances, so primer visoko tveganih raziskovalnih znanstvenih in tehnoloških prizadevanj ameriškega vojaškega raziskovalnega laboratorija za povečanje bojnih zmogljivosti, je povedal dr. Bryan Glaz, sodelavec glavnega znanstvenika v direktoratu laboratorija Vehicle Technology.
Delno motivirani z roji drobnih robotov, ki se med seboj povezujejo in tvorijo kakršnokoli možno strukturo, kot je to prikazano v animiranem filmu Big Hero 6, lahko ti metamateriali omogočijo tudi visoko zmogljivo robotiko in strukture prihodnosti, ki bodo absorbirale udarce in učinke eksplozij, je dejal Glaz.
Futuristične vizije razvijalcev konceptov vojaškega Centra za koncepte prihodnosti v Fort Eustisu, v Virginiji, so neposredno spodbudile to delo, je dejal Glaz. Raziskovalci so nadaljeval raziskave v tej smeri na podlagi razprav in konceptov, ki jih podpira Funkcionalni koncept gibanja in manevriranja ameriške vojske in ki opisuje, kako lahko vojaške manevrske sile ustvarijo presežke na vseh področjih.
Doktrina zastavlja vrsto ciljev na področju S&T naložb vojske za kopenski boj; eden od teh ciljev je razviti posamezne sisteme, ki so sposobni 4-D transformacije, ki lahko spremenijo obliko, način delovanja in funkcijo sistema. Roj brezpilotnih sistemov se bo na primer lahko premaknil do ovire, kot je reka in nato oblikoval strukturo, ki bo premostila oviro.
Slika 2: Sistem, ki so ga ustvarili raziskovalci Army in MIT, temelji na serijsko izdelanih modularnih delih, ki so diskretno sestavljeni, da lahko tvorijo večje, funkcionalne mehanske metamateriale s čisto novimi lastnostmi. Slika: Benjamin Jenett, MIT Center for Bits & Atoms
Glaz je dejal, da so raziskovalci začeli graditi most iz robotov, ki bi uresničil to vizijo, vendar se je to delo od takrat razvilo v nastanek mobilnih robotov, sestavljenih iz robotov.
“Roboti, ki se lahko tako preuredijo, da tvorijo most, sestavljen iz robotov, podobno kot mravlje, je ena od uresničitev našega koncepta strukturne robotike, ki zabriše mejo med aktivnimi in pasivnimi elementi in ima možnost preoblikovanja. Še vedno je motivirajoč primer uporabe sistema, vendar iščemo širše možnosti uporabe te robotike, ki je prilagodljiva, preoblikovalna in odporna, “je dejal dr. Christopher Cameron, vojaški raziskovalec. “Če se roj robotov lahko spremeni v most, kako jih je mogoče še drugače preurediti? Kako tako izdelamo in nadzorujemo take robote?”
V članku obravnavajo zasnovo modularnih struktur in uvajajo sistem, ki bo vojski omogočal tudi izdelavo različnih robotov z edinstvenimi lastnostmi, kot je absorpcija energije udarca. Raziskani materiali so pokazali vrsto presenetljivih in uporabnih lastnosti, vključno z izjemno togostjo, žilavostjo in edinstvenimi povezavami med premikanjem in vrtenjem.
Sistem, ki temelji na stroškovno učinkovitem brizganju in diskretnih rešetkastih povezavah, omogoča hitro sestavljanje struktur v makro dimenzijskem območju, ki lahko združujejo značilnosti katere koli od štirih osnovnih vrst materiala: trdnost, skladnost, avksetičnost, torej lastnost materiala, da ob raztezanju postanejo debelejši pravokotno na uporabljeno silo in kiralnost, torej lastnost materialov, da so asimetrični na tak način, da strukture in njene zrcalne slike ni mogoče zlahka pregledati, ko se naloži. Nastali makroarhitekturni materiali se lahko uporabljajo za gradnjo v velikostnih razredih, ki so večji, kot jih je mogoče doseči s tradicionalno izdelavo metamaterialov, vendar stanejo le del cene teh materialov.
Raziskava je produkt ARL Northeast, kjer je Cameron v tesnem sodelovanju z raziskovalci na MIT. Vojaški raziskovalci so prispevali strokovno znanje v obsežni simulaciji končnih elementov kot dopolnilo eksperimentalnim opazovanjem, je dejal Cameron.
Naslednje faze te raziskave bodo raziskale prostor za načrtovanje, ki ga omogoča ta sistem s ciljnimi aplikacijami, vključno z modularno mehko robotiko, strukturami, ki absorbirajo udarce in hitro izgradnjo na mestu, kjer je to potrebno. Cameron je dejal, da želijo raziskovalci raziskati tudi to, kako bi lahko s tem sistemom integrirali tradicionalne, aditivno izdelane metamateriale, s čimer bi lahko ustvarili večje hierarhične metamateriale, ki bi združevali moči v različnih velikostnih razredih.
“To je del našega visoko rizičnega raziskovalnega portfelja znotraj Direktorata za tehnologijo vozil,” je dejal Glaz. “Čez nekaj let bomo ugotovili, da roboti, sestavljeni iz robotov za vojaške namene nimajo večje prednosti, vendar smo zdaj razmišljali o začetnih vojaških aplikacijah, kot so hitro oblikovanje mostov, pa tudi spuščanje v zrak ali izstrelitev množice manjših robotov v sporno območje in preizkusiti, kako se potem združijo in tvorijo večjo mobilno platformo, ki lahko v takšni obliki opravlja koristne funkcije. “
Vir: https://techxplore.com/news/2020-11-explore-materials-robots.html
