Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Offbeat

Blok penyusun serbaguna membuat struktur dengan sifat mekanis yang mengejutkan – ScienceDaily


Para peneliti di Center for Bits and Atoms MIT telah menciptakan blok bangunan kecil yang menunjukkan berbagai sifat mekanik yang unik, seperti kemampuan untuk menghasilkan gerakan memutar saat ditekan. Subunit ini berpotensi dirakit oleh robot kecil menjadi berbagai objek yang hampir tak terbatas dengan fungsi bawaan, termasuk kendaraan, bagian industri besar, atau robot khusus yang dapat dipasang kembali berulang kali dalam berbagai bentuk.

Para peneliti membuat empat jenis subunit ini, yang disebut voxels (variasi 3D pada piksel gambar 2D). Setiap jenis voxel menunjukkan sifat khusus yang tidak ditemukan pada bahan alami biasa, dan dalam kombinasi keduanya dapat digunakan untuk membuat perangkat yang merespons rangsangan lingkungan dengan cara yang dapat diprediksi. Contohnya mungkin termasuk sayap pesawat atau bilah turbin yang merespons perubahan tekanan udara atau kecepatan angin dengan mengubah bentuk keseluruhannya.

Penemuan ini, yang merinci penciptaan suatu keluarga “metamaterial mekanis” yang terpisah, dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan hari ini di jurnal Kemajuan Sains, ditulis oleh lulusan doktor terbaru MIT Benjamin Jenett PhD ’20, Profesor Neil Gershenfeld, dan empat orang lainnya.

Metamaterial mendapatkan namanya karena sifat skala besar mereka berbeda dari sifat tingkat mikro dari bahan komponennya. Mereka digunakan dalam elektromagnetik dan sebagai bahan “arsitek”, yang dirancang pada tingkat struktur mikro mereka. “Tapi belum banyak yang dilakukan untuk menciptakan sifat mekanis makroskopis sebagai metamaterial,” kata Gershenfeld.

Dengan pendekatan ini, para insinyur harus dapat membangun struktur yang menggabungkan berbagai properti material – dan memproduksinya semua menggunakan proses produksi dan perakitan bersama yang sama, kata Gershenfeld.

Voxel dirakit dari potongan bingkai datar polimer cetakan injeksi, kemudian digabungkan menjadi bentuk tiga dimensi yang dapat digabungkan menjadi struktur fungsional yang lebih besar. Mereka sebagian besar adalah ruang terbuka dan dengan demikian memberikan kerangka yang sangat ringan namun kaku saat dipasang. Selain unit kaku dasar, yang memberikan kombinasi kekuatan dan bobot ringan yang luar biasa, ada tiga variasi lain dari voxel ini, masing-masing dengan sifat tidak biasa yang berbeda.

Voxel “bantu” memiliki sifat aneh di mana sebuah kubus dari material, ketika dikompresi, bukannya menonjol keluar di sisi, malah menggembung ke dalam. Ini adalah demonstrasi pertama bahan semacam itu yang diproduksi melalui metode manufaktur konvensional dan murah.

Ada juga voxel yang “patuh”, dengan rasio Poisson nol, yang agak mirip dengan sifat bantu, tetapi dalam hal ini, ketika bahan dikompresi, sisi-sisinya tidak berubah bentuk sama sekali. Beberapa bahan yang diketahui menunjukkan sifat ini, yang sekarang dapat diproduksi melalui pendekatan baru ini.

Akhirnya, voxel “kiral” merespons kompresi aksial atau peregangan dengan gerakan memutar. Sekali lagi, ini adalah properti yang tidak biasa; Penelitian yang menghasilkan satu bahan tersebut melalui teknik fabrikasi yang kompleks dipuji tahun lalu sebagai temuan yang signifikan. Pekerjaan ini membuat properti ini mudah diakses pada skala makroskopik.

“Setiap jenis properti material yang kami tunjukkan sebelumnya memiliki bidangnya sendiri-sendiri,” kata Gershenfeld. “Orang-orang akan menulis makalah tentang satu properti itu. Ini adalah hal pertama yang menunjukkan semuanya dalam satu sistem.”

Untuk mendemonstrasikan potensi dunia nyata dari benda-benda besar yang dibangun dengan cara seperti LEGO dari voxel yang diproduksi secara massal ini, tim, bekerja sama dengan para insinyur di Toyota, memproduksi mobil balap jarak tempuh super fungsional, yang mereka tunjukkan di jalanan selama konferensi robotika internasional awal tahun ini.

Mereka mampu merakit struktur ringan dan berkinerja tinggi hanya dalam waktu sebulan, kata Jenett, sedangkan membangun struktur yang sebanding dengan menggunakan metode konstruksi fiberglass konvensional membutuhkan waktu satu tahun sebelumnya.

Selama demonstrasi, jalanan licin karena hujan, dan mobil balap tersebut akhirnya menabrak pembatas. Yang mengejutkan semua orang yang terlibat, struktur internal mobil yang seperti kisi berubah bentuk dan kemudian memantul kembali, menyerap guncangan dengan sedikit kerusakan. Mobil yang dibuat secara konvensional, kata Jenett, kemungkinan besar akan sangat penyok jika terbuat dari logam, atau hancur jika terbuat dari komposit.

Mobil tersebut memberikan demonstrasi yang jelas tentang fakta bahwa bagian-bagian kecil ini memang dapat digunakan untuk membuat perangkat fungsional dengan timbangan seukuran manusia. Dan, Gershenfeld menunjukkan, dalam struktur mobil, “Ini bukan bagian yang terhubung ke sesuatu yang lain. Semuanya terbuat dari apa-apa kecuali bagian ini,” kecuali motor dan catu daya.

Karena voxel memiliki ukuran dan komposisi yang seragam, mereka dapat digabungkan dengan cara apa pun yang diperlukan untuk menyediakan fungsi yang berbeda untuk perangkat yang dihasilkan. “Kami dapat menjangkau berbagai macam sifat material yang sebelumnya dianggap sangat terspesialisasi,” kata Gershenfeld. “Intinya adalah Anda tidak harus memilih satu properti. Anda dapat membuat, misalnya, robot yang menekuk ke satu arah dan kaku ke arah lain dan hanya bergerak dengan cara tertentu. Jadi, perubahan besar atas kami sebelumnya. kerja adalah kemampuan untuk menjangkau beberapa sifat material mekanik, yang sebelumnya telah dianggap dalam isolasi. “

Jenett, yang melakukan banyak pekerjaan ini sebagai dasar untuk tesis doktoralnya, mengatakan “suku cadang ini berbiaya rendah, mudah diproduksi, dan sangat cepat untuk dirakit, dan Anda mendapatkan berbagai properti ini dalam satu sistem. Mereka semuanya kompatibel satu sama lain, jadi ada semua jenis properti eksotis yang berbeda ini, tetapi semuanya berfungsi baik satu sama lain dalam sistem yang dapat diskalakan dan murah. “

“Pikirkan tentang semua bagian yang kaku dan bagian yang bergerak di mobil, robot, perahu, dan pesawat,” kata Gershenfeld. “Dan kita bisa menjangkau semua itu dengan satu sistem ini.”

Faktor kuncinya adalah bahwa struktur yang terdiri dari satu jenis voxel ini akan berperilaku persis sama seperti subunit itu sendiri, kata Jenett. “Kami mampu mendemonstrasikan bahwa sambungan menghilang secara efektif saat Anda merakit bagian-bagiannya. Ini berperilaku sebagai kontinum, bahan monolitik.”

Sedangkan penelitian robotika cenderung dibagi antara robot keras dan lunak, “ini sangat tidak baik,” kata Gershenfeld, karena potensinya untuk mencampur dan mencocokkan properti ini dalam satu perangkat.

Salah satu kemungkinan penerapan awal teknologi ini, kata Jenett, bisa untuk membangun bilah turbin angin. Karena struktur ini menjadi semakin besar, pengangkutan bilah ke lokasi operasi mereka menjadi masalah logistik yang serius, sedangkan jika dirakit dari ribuan subunit kecil, pekerjaan itu dapat dilakukan di lokasi, menghilangkan masalah transportasi. Demikian pula, pembuangan bilah turbin bekas sudah menjadi masalah serius karena ukurannya yang besar dan kurangnya daur ulang. Tapi bilah yang terbuat dari voxel kecil dapat dibongkar di tempat, dan voxel kemudian digunakan kembali untuk membuat sesuatu yang lain.

Dan sebagai tambahan, bilahnya sendiri bisa lebih efisien, karena mereka bisa memiliki campuran sifat mekanis yang dirancang ke dalam struktur yang akan memungkinkan mereka merespons secara dinamis, pasif, terhadap perubahan kekuatan angin, katanya.

Secara keseluruhan, Jenett berkata, “Sekarang kami memiliki sistem yang terjangkau dan dapat diskalakan, jadi kami dapat merancang apa pun yang kami inginkan. Kami dapat membuat hewan berkaki empat, kami dapat melakukan robot renang, kami dapat membuat robot terbang. Fleksibilitas itu adalah salah satu kuncinya manfaat dari sistem. “

Tim peneliti termasuk Filippos Tourlomousis, Alfonso Parra Rubio, dan Megan Ochalek di MIT, dan Christopher Cameron di Laboratorium Riset Angkatan Darat AS. Pekerjaan itu didukung oleh NASA, Laboratorium Penelitian Angkatan Darat AS dan Pusat Konsorsium Bits and Atoms.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Hongkong Prize