Kendi kendini bilim Robotunu Anlamak: Makine Longevity'de Yeni Bir Sınır

İnsan müdahalesi olmadan yıllardır çalışabilecek otonom makineler arayışı, robot tasarımlarında bir paradigma değişikliği başlatmıştır.Kendi kendine özgü yetenekleri, bir zamanlar bilim kurgu ile sınırlı, şimdi pratik bir mühendislik hedefi olarak ortaya çıkmaktadır.In bütünleştirici malzemeler ve sistemler, araştırmacılar operasyonel bakım yükünü dramatik bir şekilde uzatarak robotların ömrünü uzatarak geliştirmek için hedefler.

Biyolojik-Inspired Mekanikleri

Robotlarda kendini kınayan biyolojik organizmalardan ilham alır - insan derisinden, yaraları dikmek için. Robotiklerde, bu, insan girişi olmadan bir onarım dizisi ile elde edilir.The speed and completeness of healing: some material returned or completeness.

İki geniş kategori mevcut araştırmaya hükmedmektedir: 03.Önçer kendi kendine özgü bir öz-healing) ve malzemenin kendisi hasar üzerine kurulu olan mikrokapsules veya damar ağları gibi gömülü ajanların bulunduğu yerde, her iki yaklaşım da laboratuvar ayarlarında önemli ilerleme gördü ve www.mediaT:2.extrinsic self-healing).

Anahtar Teknolojileri Robotlarda Kendi Kendini Etkiliyor

Kendini tamir edebilecek bir robot geliştirmek birden çok disiplinde ilerleme gerektirir. Aşağıda, kendini tanımlayan robotları gerçeğe dönüştüren temel teknolojileri parçalıyoruz.

Kendi kendine ait polimerler ve Elastomerler

En olgun alan israf:0) Kendi kendine özgü polimerler[Dönetici: 1 ) Bu malzemeler dinamik kimyasal bağlar kullanıyor - Diels-Alder reaksiyonları, disulfide köprüleri veya hidrojen bağ ağları – bu, kırıktıktan sonra reform yapabiliyor. Örneğin, poli(urea-urethane) elastomeri birlikte birkaç dakika içinde kesintiye uğratamaz, orijinal güç kaybının% 90'ına kadar geri dönebilir.

Robotikler için, parçaların tekrarlanan strese katlanması gereken, araştırmacılar İZFLT:0) Kendi kendini kınayan poliakril Hidrojekteler), insan kartilasyonunun dayanıklılığını taklit eden, özellikle de yumuşak robotlar için değerlidir.

Vascular Networks ve Microcapsule Systems

Temel malzeme kendini intrinsically olarak iyileştiremezken, mühendisler kapsülleri kırarlar.Ücretler:0)Mikrocapsules[Dönetici: 1 ) Illinois Üniversitesi'nde araştırmacılar tarafından yönlendirilen bu yaklaşım, birkaç saat içinde çatlaklarda ortaya çıkarılmıştır.

Daha gelişmiş bir versiyon, 0,0)vasküler ağ) - Bu, birçok şifa döngüsüne izin veren robot kollarında test edilir. Bu, hayvanlardaki dolaşım sistemine analogdır.

Gömülü Sensör Ağları ve Hasar Tespiti

Robot zarar tespit edemezse iyi olur. Modern kendini-healing robotlar dahil:0) Sensör dizilerini dağıtır). - Fiber- optik sensörler, sus, pastazoelektrik sensörleri, veya hatta kendini-sensing malzemeleri, elektrik direncini azaltırken değiştirir.Bu sensörler sınıflama ve yer arasındaki hasarları besler.

Örneğin, yumuşak bir robotu:0)DÜcretsiz indüksiyonu (Dönetici)) aynı kanallarla dolu bir cilt kanalı kullanarak bir cilt kullanır.

Özerk Onarım Yasasıuation

Pasif malzeme iyileşmesinin ötesinde, bazı robotlar fiziksel olarak kendilerini onarım için araçlar veya yedek parçalar taşırlar.Bu, kalıplar robotları ) ile ilgili olarak, bireysel modüller, takas, pozisyon veya hatta 3D baskılar mevcut olmayan uzun vadeli uzay görevleri için önemlidir.

Uzun Süreli Kendi kendini Etkili Robotlar için Tasarım Prensipleri

Mühendislik kendini iyileştiren bir robot, sadece akıllı bir malzeme seçmekten daha fazlasını içerir. Çeşitli tasarım ilkeleri sağlam, düşük bakım sistemlerinin geliştirilmesine rehberlik eder.

Reddans ve Grace Degradasyon

Kendi kendine özgü bir sistem mükemmel değildir. Tasarımcılar, daha kapsamlı bir onarım mümkün olana kadar görevini sürdürebilmelerini sağlar. Örneğin, altı ayaklı robot tamamen iyileşemeyen hasar görmüş bir ortak nedeniyle bir bacak kullanabilir; kalan beş bacak hala yürüyebilir, ancak bir limp ile birlikte.

modülerlik ve Interchangeability

[FONT:0]Modular mimarisi[Dönetici:0) Hasarlı modüller kolayca takas edilmelerini sağlar - robotun kendisi veya başka bir robot tarafından. Bu, hasar görmüş kısım gibi birçok araştırma platformuna indirgenebilir.

Akıllı Malzeme Seçimi Case

Kendi kendine özgü kimya seçimi robotun işletim ortamında bağlıdır:

  • [Düzg:0) Yüksek sıcaklık:[Dönemli kovalent tahvilleri ile polimerler (örneğin, Diels-Alder) >100 °C'de iyileşmektedir.
  • [FONT:0) Yeraltısu veya ıslak:[Dönetici:[Dönetici:0) Hidrojekler veya silikon bazlı elastomerler, kıvrık ortamlarda iyileşir.
  • [FONT:0) Yüksek mekanik yük: Fiber-reinforced kompozitler vask şifa sistemleri ile çalışır.
  • [FONT:0)Elektrikli Süreklilik:[Dönetici: Mekanik polimerler veya sıvı metal dolu mikrokapılar devreleri geri yükler.

Yapay Zeka ile entegrasyon

AI, iki rol oynar: meydana gelmeden önce hasar tahmin etmek ve iyileşme sıralarını optimize etmek. Dondurma öğrenimi, robotun zayıf bir ortak strese neden olması için bir robotu eğitebilir. Gerçek zamanlı dijital ikizler iyileşme sonuçlarını simüle edebilir ve en iyi onarım stratejisini seçebilir. Deep learning classifier, onable hasar ve felaket başarısızlığı ayırt edebilir, robotun devam etmeye karar vermesine yardımcı olabilir, yardım isteyebilir veya güvenli bir kapanış modundan girebilmelerine yardımcı olabilir.

Uygulamaları Across Domains

Kendi kendine özgü robotlar uzak bir gelecek değildir; onlar zaten düşük zamanların manuel olarak ele alınması son derece pahalı veya imkansız olduğu yüksek oranlarda test edilirler.

Uzay Keşifleri ve Uydular

Uzayda, kırık bir robotun değiştirilmesi bir seçenek değildir. NASA ve Avrupa Uzay Ajansı, uydu servisinde kullanılan robot kolları için kendi kendine özgü malzemelere araştırma yapıyor ve performans kaybı olmadan mikrometoid etkileri hayatta kalabilir.

Deep-Sea ve Underwater Robotics

Sualtı robotları yüksek baskıya, korozyona ve nesnelere meydan okumalara katılmaktadır.Sürekli polimerler, hull'da çalışan COVoods (remotely'nin işlettiği araçlar) için otomatik olarak süzgeçmiş olan kimyasalların büyümesini engelleyebilir.

Afet Yanıtı ve Tehlike Çevreleri

Yıkılmış binalara, nükleer bitkilere veya kimyasal dökülen kimyasallar genellikle kuru maddelere veya maruz kalma robotları tarafından tahrip edilir.Kendi kendine özgü robot, küçük hasarları koruyabilebilir ve hayatta kalanları veya toksik atıkları kullanmaya devam edebilir. ABD Savunma Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) kendini iskelet ve zemin robotlarını saflaştırmıştır.

Üretim ve Savaş

Endüstri ayarlarında, üretim hatları robot ortakları, kıvrımları ve konveyörler üzerinde aşınmaya acıyor.Son etkilerde kullanılan elastomerler, yedeklerin frekanslarını azaltabilir.Kendi kendine bağlı robotlar (kobotlar) ile yapılan bir fabrika, bakım kapanışları arasında daha uzun süre çalışabilir, genel ekipman etkinliği artırabilir (OEE Şirketleri:0).Festo)

Meydanlar ve Güncel Sınırlar

Hızlı ilerlemeye rağmen, kendini kınayan robotlar henüz kitlesel kabul için hazır değiller. Mühendisler birkaç engeli aşmak zorundadır.

Hız vs. Misyon Gereksinimleri

Birçok kendi kendine özgü tepki, acil müdahale için tasarlanmış bir robot için çok yavaş, bir yangından çıkar. Araştırmacılar saniyeler içinde iyileşmek için katalizörler ve formülasyonlar üzerinde çalışıyor, ancak bu genellikle mekanik güç veya depolama yaşamı feda ediyor. Acil müdahale için tasarlanmış bir robot yavaş hareket eden bir denetim görevinden daha iyi bir kimyaya ihtiyaç duyuyor.

Çevrim Hayatı ve Zaman Üzerinden Çıkış

Çoğu kendi kendine özgü malzemeler sadece sınırlı sayıda kez tamir edebilir. Microcapsules, örneğin, her şifa olayıyla tüketilir; bir kez rezervuar boş, malzeme kendi kendine özgü mülkünü kaybeder. Benzer şekilde, supramolecular polimerler, moleküler zincir scission nedeniyle tekrarlanan döngülerde kademeli bir düşüş yaşayabilir.

Maliyet ve İmalat Kompleksi

Kendi kendine özgü malzemeler şu anda 2-5 kat daha geleneksel alternatiflere mal oluyor. Üretimleri genellikle özel kimya ve hassas dolaşım veya mikro kanal üretimi içerir. Uzay veya askeri robotik gibi yüksek değerli uygulamalar için, ekstra maliyet haklı, ancak tüketici sınıfı robotlar için, ölçek ve yeni üretim teknikleri (örneğin, 3D baskı) önümüzdeki on yıl boyunca maliyetlerin düşmesi bekleniyor.

Mevcut Robot Tasarımları ile uyumluluk

Mevcut bir robot tasarımına kendi kendine özgü bir sistem sunmak, özellikle robotun yapısı aslında kendi kendini terk etmek için düşünülmemiştir.Kanal ağların veya mikrokapsules eki mekanik özellikleri veya ağırlık dağılımını değiştirebilir. Yeni robotlar temel bir gereklilik olarak zeminden tasarlanmalıdır, bu uzun vadede gelişim döngüleri.

Future Prospects: AI-Guided Self-Healing ve Living Materials

Önümüzdeki sefere, alan AI ve biyolojinin daha sofistike bir entegrasyonuna doğru ilerliyor. Araştırmacılar her onarım olayından yararlanabilecek robotları izliyorlar). ve kendi malzeme kompozisyonunu optimize edin. Örneğin, bir robot, karşılaşdığı hasar türüne ve yerine dayanan derin bir sinir ağı kullanabilir.

Başka bir sınır:0)biohybrid kendini sürekli olarak yeniden üretebilmek için bir araya gelir (Cint.), hücreli veya mantar üreten bakteriler (ve) gibi, bazen “yaplı robotlar” olarak adlandırılır.

Son olarak, 4,0) Kendi kendini kınayan elektrik devreleri[Dönetici:0)) otomatik olarak hasar görmüş bir alan etrafında yeniden yüklenebilir, robotların kendi kablolarını ve elektroniklerini kablolar kırıp parçalara uymalarına izin verir. Sıvı metal dolu kanalları veya iletken polimer kompozitleri kullanarak, bir robot otomatik olarak hasar görmüş bir alan etrafında yeniden yüklenebilir, motorların ve sensörlerin çalışmasını sağlar.

Mühendisler için Pratik Rehberlik Kendi kendini Düşünmeyi Düşünüyor

Yeni bir robot projesi için kendini kınayan ekipler için aşağıdaki adımlar önerilir:

  1. [[0) Başarısız modları[[Dönetici:0) Uygulamanızda en yaygın (göpek, süzme, yorgunluk, kimyasal saldırı).
  2. [FONT=0)Match, çevreye iyileştirici mekanizma ([Dönem: 1) (e.g., ıslak koşullar için hidrojektifler kullanın, tekrarlanan bükme için supramolecular elastomerler kullanın).
  3. [FONT:0]Sağlıklı hız vs. döngüsü yaşamı Ticaretten ayrılanlar; robotun sadece on yıllardır çalışmasını bekleyeceğinden aşırı-mühendis değil.
  4. [FONT:0)Integrate hasar tespit erken); sensörler robotun yapısal tasarımının bir parçası olmalıdır, bir After Stillt.
  5. [FONT=0) kısmi iyileşme için tasarım[[Dönetici:0); mükemmel restorasyon yerine lütuflu bozulmayı hedeflemek, bu mevcut teknoloji ile daha uygulanabilir.
  6. [FONT:0) 3D baskılı kendini baskılayan filamentler) (Ücretsiz tedarikçilerden temin edilebilir:2).3D Malzeme) Özel sentez yapmadan önce şifa davranışını test etmek.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kendi kendine özgü yetenekleri, robotikleri kalıcı varlıklara dönüştürmektir. Alan hala ergenlikte iken - hız, döngü yaşamında kısıtlamalarla ve maliyetle - yörüngenin kendilerini tespit edebilir ve her olayın görevlerini yerine getirecek şekilde açık.

Bugün kendini teşvik eden tasarım ilkeleri benimseyen mühendisler, bir sonraki dayanıklı, düşük bakım robotları inşa etmek için daha iyi konumlandırılmıştır. Malzeme bilimi ilerlemeye devam ediyor ve AI fiziksel sistemlerle daha fazla iç içe geçiyor, iyileşebilecek bir robot arasındaki boşluk daha dar olmaya devam edecektir.