עיצוב רובוטים עם יכולת עצמית של ארוכות ותחזוקת

הבנה של רובוטיקה עצמית: גבול חדש במכונה Longevity

המרדף אחר מכונות אוטונומיות שיכולות לפעול במשך שנים ללא התערבות אנושית הוביל שינוי פרדיגמות בעיצוב הרובוטיקה.יכולות של עצמו-העצמי, פעם מוגבל למדע בדיוני, מתעוררות כיום כמטרה הנדסית מעשית.על ידי שילוב חומרים ומערכות שיכולים לזהות ולתקן באופן אוטומטי נזק, החוקרים שואפים להרחיב באופן דרמטי את תוחלת החיים התפעולית של רובוטים תוך קיצוץ תחזוקה על פני הליבה, עקרונות עיצוב, ויישומים אמיתיים של רובוטים עתידיים, ויישומים.

מכניקה של תיקון ביולוגי

(ההההיטות העצמיות ברובוטים שואבת השראה מאורגניזמים ביולוגיים – מהעור האנושי שמצמץ אל גזעים של צמחיים אשר חוסמים פצעים.ברובוטים, זה מושג באמצעות שילוב של FLT:0 חומרים חכמים יותר מ-FLT:1 ו-FLT:2embeddated חיישן-actuator-actuator 3 כאשר סדק, או שחיקה, מתרחש במהירות אנושית, או תיקון, רק עם רצף חשמלי משתנה, או תיקון, או תיקון, רק לאחר מכן, או תיקון, או תיקון, הואיל, הוא פועל רק רצף חשמלי משתנה, רק רצף של חומר מבני.

שתי קטגוריות רחבות שולטות במחקר הנוכחי: ⁇ :0 [ה]הההעצמיות החמקמקה של ה-II: [החומר עצמו בנה מנגנוני תיקון] (למשל, אג"ח פולימרים בלתי הפיך), ו-FLT:2extrinsic self-healingFLT:3, אשר מסתמך על סוכני ריפוי מוטבעים כמו microcapsulesules או vascular רשתות אשר נראו מוקדם של מחלות מעבדה, החל ממושכות, החל מכוונות, החל מכוונות מסחריות.

טכנולוגיות מפתח מעוררות את ההשמדה העצמית ברובוטים

פיתוח רובוט שיכול לתקן את עצמו דורש התקדמות בתחומים רבים.למטה אנחנו לשבור את הטכנולוגיות הבסיסיות שהופכות רובוטים לחיקוי עצמי למציאות.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

האזור הבוגר ביותר הוא (FLT:0) עצמו-הההעברה פולימרים פולימריםFLT:1 [החומרים האלה מעסיקים אג"ח כימי דינמי - כגון תגובות דילס-אלדר, גשרים מחוסנים, או רשתות מגע מימן - אשר יכול רפורמה לאחר ששבר.לדוגמה, פולי(urea-urethane) אינו אלאטרם עם מנגנון החלפת דיסלוף יכול לרפא בתוך דקות בחדר, כדי לשחזר את האינטראקציות ראשונות של 2, 000:

עבור רובוטים, שבו חלקים חייבים לסבול מתח חוזר, החוקרים פיתחו את עצמם (FLT:0) ,healing פוליקליזציה הידרוגלsveFLT:1 אשר מחקה את חוסן של חוסנות אנושית.

רשתות ומיקרוסקופולות

כאשר חומר הבסיס אינו יכול לרפא את עצמו באופן מהותי, מהנדסים מטביעים סוכני ריפוי.FLT:0MicrocapsulesulesulesFLT:1 (50–200 מיקרומטר בקוטר) מפוזרים לאורך כל הממטריקס.כאשר סדקים, הוא קרע את הקפסולות, שחרור מונומר נוזלי כי הוא מפיץ מגע עם זרז מושעה בגישה זו, אשר הוכח על ידי חוקרים מבניים של אילינוי, יכול היה מיזורי, כמה שעות מתוחכמות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 אילינוי, 000 אילינוי, 000 חלוציים, 000, 000 אילינוי, 000 אילינוי, 000 אילינוי, 000 חלוצי על ידי אילינוי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 חלוצית, 000 מיזורי, 000 , 000 , 000 מיזורי, 000 , 000 חלוצי על ידי מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 , 000 חלוצית, 000 , 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 חלוצי על ידי מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי, 000 מיזורי

גרסה מתקדמת יותר משתמשת (FLT:0)רשתות פולשניות של LT:1 ;מיקרוסקופים מלאים סוכן ריפוי - המאפשר מחזורי ריפוי מרובים.זה אנלוגי למערכת הדם בבעלי חיים.כאשר מתרחשת נזק, הרשת מספקת רזין ממאגרי מרכזי, המאפשר תיקונים חוזרים על עצמם.

רשתות חיישן Embedded וזיהוי נזקים

ריפוי הוא חסר תועלת אם הרובוט אינו יכול לזהות נזק.רובוטים המביעים את ה-FLT:0 מערך החיישן המופץ 1FLT:1 - חיישניים אופטיים, זנים, חיישנים אדזואלקטריים, או אפילו חומרים רגישים עצמיים שמשנים התנגדות חשמלית כאשר מתוחים.חיישנים אלה מזינים נתונים למעבד על גבי לוח, המסווג את הנזק והמיקום של המכונה יכול להבחין בין שריטה מבנית לבין בקשה להחלמה, או ניתוח גוף האדם.

לדוגמה, רובוט רך (FLT:0) נמכר ב-FLT:1 מדע הרובוטיקה של הרובוטיקה:203FLT 3: 3 משתמש בעור מוטבע עם microערוצים דמויי קפיל, מלא נוזל התנהגותי.כאשר לחתוך, הדליפה הנוזלית החוצה, שינוי התנהגות, ורובוט יכול למקם את הנזק בתוך 1 מ"מ, המערכת מפעילה מחזור עצמי באמצעות איטום באמצעות אותה ע"מ.

תיקון עצמי

מעבר לריפוי חומרי פסיבי, כמה רובוטים נושאים כלים או חלקי חילוף לתיקון פיזי.זה נפוץ ב-FLT:0modular RobotFLT:1 שבו מודולים בודדים יכולים לנתק, להחליף עמדות, או אפילו 3D להדפיס פיסת החלפת.The FLT:2NASA שינוי תוכנית פיתוח משחק שינוי FLT 3: חקרו רובוטים משתמשים בגירסת פולימרים כדי לגלגלים שלהם או למלא סדקים קריטיים במערכות אספקה אלה.

עקרונות עיצוב עבור רובוטים ארוכי-עצמים

הנדסה רובוט מרפא את עצמו כרוך יותר מאשר רק בחירת חומר חכם. עקרונות עיצוב מרובים להנחות את הפיתוח של מערכות חזק, נמוך-החזקות.

רדונדנסיה וגרייסנס

שום מערכת של השמדה עצמית היא מושלמת.מעצבים משלבים את FLT:0 פונקציונליות RedundancyFLT:1 - אדפטופורים, חיישנים, או יחידות עיבוד כי לוקח כאשר מרכיב עיקרי אינו מרפא.זה מבטיח כי הרובוט יכול להמשיך את משימתו, אולי בביצועים מופחתים, עד תיקון מקיף יותר אפשרי.

שקיפות ושינויים

(האדריכלות המוארתית:0) מאפשר מודולים פגומים להחליף בקלות - על ידי הרובוט עצמו או על ידי רובוט אחר.זה מקטין את הזמן מכשלים של רכיב יחיד. פלטפורמות מחקר רבות, כגון FLT:2 ETH ציריך מודולרי מודולריים מודולריים FLT 3: 3, להשתמש בפרוטוקולים סטנדרטיים ותקשורת.

בחירה חכמה באמצעות שימוש ב-Ecece

בחירת הכימיה של עצמו תלויה בסביבתו התפעולית של הרובוט:

(ב) בטמפרטורה גבוהה:0) בטמפרטורה גבוהה: Polymers עם אג"ח קוהנדסי (למשל, Diels-Alder) אשר מרפא ב- 100 מעלות צלזיוס.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) רצף אלקטרורי:0) המשכיות: 1 פ"ד:1 פולימרים מוליכים או מיקרו-capsules מלא מתכת אשר לשחזר מעגלים.

שילוב עם בינה מלאכותית

AI ממלא תפקיד כפול: לחזות נזק לפני שהוא מתרחש וקידוד רצפי הריפוי. הלמידה של הכחשת יכול להכשיר רובוט לשנות את האגטה שלו כדי למנוע מתח משותף נחלש. תאומים דיגיטליים בזמן אמת יכולים לדמות תוצאות ריפוי ולבחור את אסטרטגיית התיקון הטובה ביותר.דמתאים למידה עמוק יכולים להבחין בין נזק הניתן לתיקון לכישלון קטסטרופלי, עוזר הרובוט להחליט אם להמשיך, לבקש, לעזור או להיכנס למצב בטוח.

יישומים ב- Domains

רובוטים בעלי משקל עצמי אינם עתיד רחוק; הם כבר נבדקים בסביבות בעלות גבוהה, כאשר זמן השבת הוא יקר מאוד או בלתי אפשרי לטפל בו באופן ידני.

חקר החלל והלוויינים

בחלל, החלפת רובוט שבור אינה אופציה.נאס"א וסוכנות החלל האירופית מממנים מחקר בחומרים של שימור עצמי עבור נשק רובוט המשמש בשירות לווייני וזרני פלנטריים. זרוע רובוטית על מגש מאדים שיכול לרפא סדק במבנה המורכב שלה יכול להאריך משימה בין שנתיים לעשור.

עמוק עמוק-Sea ו-Black Robotics

רובוטים תת-ימיים סובלים מלחץ גבוה, קורוזיה, והתנגשות עם אובייקטים. פולימרים עצמיים שפועלים במים מלוחים מפותחים עבור ROVs (כלי רכב מופעלים) בשימוש בשקיפת שמן וגז.איי ביופונינג-עצמי עמיד בפני ציפוי עצמי עמידים יכול למנוע את הגידול של אורגניזמים תוך כדי חסימת באופן אוטומטי דליפות פיטורים בסול.

תגובה לאסון וסביבתה המסוכנת

רובוטים שנשלחו לבניינים קרסו, צמחים גרעיניים או פיסות כימיות נהרסים לעתים קרובות על ידי פסולת או חשיפה לחומרים קורוזיביים. רובוט בעל עוצמה עצמית יכול לקיים נזק קטן ולהמשיך לחפש ניצולים או טיפול בפסולת רעילה.סוכנות מחקר מתקדמת של ההגנה האמריקאית (DARPA) חקרה שרידים עצמיים ורובוטים קרקעיים עבור לוגיסטיקה צבאית תחת ה-FLT:0ResentialstinFient Robotics FLT: 1.

ייצור ומלחמה

בהגדרות תעשייתיות, קווי ייצור סובלים מלבוש על מפרקי רובוטים, מאחזים ומעבירים.עצמים משתמשים ב-Reverse-Pros-אפקטים יכולים להפחית את תדירות ההחלפה. מפעל שמפיץ רובוטים שיתופיים (cobots) עם עורות של עצמו יכול לפעול יותר בין תחזוקת העיכובים, הגדלת יעילותם הכוללת (OEE) כמו LT:0tos) הם עשויים מ-ptomto-pretexitretinertexing חומרים מ-healer.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות התקדמות מהירה, רובוטים של פיגור עצמי עדיין לא מוכנים לאימוץ המוני.מהנדסים חייבים להתגבר על כמה מכשולים.

ריפוי מהירות לעומת דרישות משימה

תגובות רבות של השמה עצמית לוקחות דקות עד שעות כדי להשלים, איטי מדי עבור רובוט כי צריך, למשל, לצאת באש. חוקרים עובדים על זרזים ונוסחאות מרפאות תוך שניות, אבל אלה לעתים קרובות להקריב כוח מכני או חיי אחסון. רובוט שנועד להגיב חירום עשוי צריך כימיה ריפוי שונה מאשר אחד המשמש במשימות בדיקה איטיות.

חיי מחזור וירידה לאורך זמן

רוב חומרי ההשמדה עצמית יכולים רק לתקן מספר מוגבל של פעמים. מיקרו-קלוט, למשל, הם נצרכים עם כל אירוע ריפוי; ברגע שהמאגרי ריק, החומר מאבד את רכושו העצמי. בדומה, פולימרים סופרמולקולאריים עשויים לחוות ירידה הדרגתית ביעילות הריפוי לאחר מחזורים חוזרים על עצמם עקב סדקים מולקולריים.

עלויות ומורכבות הייצור

חומרים של שמירה עצמית עולים כיום 2-5 פעמים יותר מאשר חלופות קונבנציונליות.הייצור שלהם כרוך לעתים קרובות כימיה מיוחדת ודיוק מדויק או ייצור מיקרו-ערוצי. עבור יישומים בעלי ערך גבוה כמו חלל או רובוטיקה צבאית, העלות הנוספת היא מוצדקת, אבל עבור רובוטים ברמה הצרכן, זה נשאר אסרטיבי של חסכוני וטכניקות ייצור חדשות (למשל, הדפסה של selfalheing) צפויים להפיל את העלויות הבאות.

תאימות עם עיצוב רובוט קיים

החלת מערכת של עצמו-הההעיצוב לתוך עיצוב רובוט קיים היא מאתגרת, במיוחד אם המבנה של הרובוט לא נועד במקור עבור עצמו-repair. תוספת של רשתות vascular או microcapsules עשויה לשנות את התכונות המכאניות או חלוקת משקל. רובוטים חדשים חייבים להיות מעוצבים מן הקרקע עם healing עצמי כדרישה ליבה, אשר אורך מחזורי פיתוח.

אפשרויות לעתיד: AI-Guided Self-Healing and Living Materials

במבט קדימה, התחום נע לקראת שילוב מתוחכם יותר של AI וביולוגיה. חוקרים לדמיין רובוטים שיכולים לאלף:0 ללמוד מכל אירוע תיקון FLT:1 וייעל את ההרכב החומרי שלהם.לדוגמה, רובוט יכול להשתמש ברשת עצבית עמוקה כדי לכוון את ריכוז סוכני הריפוי בהתבסס על סוג ומיקום הנזק שהוא נתקל בו.

(הופנה מהדף [[1924]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1966]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]

לבסוף, (FLT:0) עצמו-healing מעגלים חשמליים של ראט"ר:1 יאפשר לרובוטים לשחזר את הזיוט שלהם ואלקטרוניקה כאשר מחברים לשבור או מסלולים delaminate.שימוש בערוצים מלאים נוזליים או פולימרים מורכבים, רובוט יכול לנתב מחדש סביב אזור פגוע, ומבטיח הפעלה מתמשכת של מנועים וחיישנים.

ניסיון מעשי למהנדסים בהתחשב במימוש עצמי

עבור צוותים הרואים טכנולוגיה של שימור עצמי לפרויקט הרובוטיקה חדש, השלבים הבאים מומלץ:

(הופנה מהדף cc-efine the Fail ModesFLT:1) הנפוץ ביותר ביישום שלך (פרק, שחיקה, עייפות, התקפה כימית).
(ב) ,0) מנגנון הריפוי של מאצ'יץ' לסביבה: 1 (למשל, השתמש ב הידרוג'ל לתנאים רטובים, אלסטומרים אורנטיים על פני השטח החוזר).
(FLT:0) מהירות הריפוי של ה-Consider לעומת מחזור החיים של מחזור 1) , אל תפעילו יתר על המידה אם הרובוט צפוי לפעול רק במשך חודשים, לא עשרות שנים.
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) עיצוב לריפוי חלקי של חלק 1; מטרת ההשפלה החסדית במקום שיקום מושלם, אשר הוא יותר אמין עם הטכנולוגיה הנוכחית.
(ב) [15] ,ב[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

מסקנה

יכולות של השמדה עצמית הופכות רובוטיות מכלים חד-פעמיים לנכסים מתמשכים, בעוד שהשדה עדיין נמצא בתבגרותו – עם מגבלות במהירות, בחיים במחזור ובעלות – המסלול ברור.רובים שיכולים לזהות נזק, לתקן את עצמם וללמוד מכל אירוע יהיו חיוניים למשימות בחלל, בים עמוקים, באזורי אסון ומעבר לכך.

מהנדסים אשר מאמצים עקרונות עיצוב עצמיים כיום יהיו יותר ממוצבים לבנות את הדור הבא של רובוטים עמידים, בעלי צמיחה נמוכה.כפי שמדע החומרי ממשיך להתקדם ו-AI הופך להיות יותר טבילה עם מערכות פיזיות, הפער בין רובוט שיכול לרפא ואחד ששגשג ימשיך להיות צר.