В 1960-х и 1970-х годах НАСА потратило много времени думая о подходят ли для его космического корабля тороидальные (пончиковые) топливные баки. Тороидальные баки имеют ряд потенциальных преимуществ перед обычными сферическими топливными баками. Например, вы можете поместиться почти 40% в тороидальном резервуаре больше объема, чем если бы вы использовали несколько сферических резервуаров в одном пространстве. И, возможно, самое интересное то, что вы можете проталкивать предметы (например, заднюю часть двигателя) через середину тороидального бака, что могло бы привести к существенному повышению эффективности, если бы баки также могли выдерживать структурные нагрузки.
Из-за относительно сложной формы тороидальные резервуары изготовить гораздо сложнее, чем сферические. Несмотря на то, что эти танки могут работать лучше, у НАСА просто больше нет опыта для их производства, поскольку каждый из них должен быть построен вручную высококвалифицированными людьми. Но компания Machina Labs считает, что вместо этого они могут сделать это с помощью роботов. Их цель — полностью изменить способ изготовления вещей из металла.
Фундаментальная проблема, которую пытается решить Machina Labs, заключается в том, что если вы хотите эффективно создавать детали из металла в больших масштабах, это медленный процесс. Для больших металлических деталей нужны собственные штампы, которые представляют собой очень дорогие одноразовые изделия, которые настолько негибки, насколько это возможно, и затем вокруг этих деталей строятся целые заводы. Это огромные инвестиции, а это означает, что не имеет значения, найдете ли вы какую-то новую геометрию, или технологию, или материал, или рынок, потому что вам придется оправдать эти огромные первоначальные затраты, создав как можно больше оригинальной вещи, насколько это возможно. подавление потенциала быстрых и гибких инноваций.
На другом конце спектра находится очень медленный и дорогой процесс изготовления металлических деталей по одной вручную. Несколько сотен лет назад это был только способ изготовления металлических деталей: квалифицированные слесари месяцами используют ручные инструменты для изготовления таких вещей, как доспехи и оружие. Хорошая особенность опытных слесарей заключается в том, что они могут использовать свои навыки и опыт, чтобы изготовить что угодно, и именно в этом заключается видение Machina Labs, объясняет генеральный директор. Эдвард Мер который стал соучредителем Machina Labs после работы в SpaceX, а затем возглавил команду 3D-печати в Пространство относительности.
«Мастера могут брать разные инструменты и творчески применять их к металлу, чтобы делать самые разные вещи. Однажды они смогут взять в руки молоток и слепить щит из листа металла», — говорит Мехр. «Далее они берут тот же молот и создают меч из металлического стержня. Они очень гибкие».
Техника, которую человек-металлист использует для придания формы металлу, называется ковкой, которая сохраняет поток зерен металла во время его обработки. Литье, штамповка или фрезерование металла (все это способы автоматизации производства металлических деталей) просто не так прочны и долговечны, как кованые детали, что может быть важным отличием (скажем) от вещей, которые должны отправиться в космос. Но об этом чуть позже.
Проблема с людьми-металлистами заключается в том, что производительность низкая: люди медлительны, а высококвалифицированные люди особенно плохо масштабируются. Для Mehr и Machina Labs именно здесь на помощь приходят роботы.
«Мы хотим автоматизировать и масштабировать работу с помощью платформы под названием «робот-мастер». Нашими основными инструментами являются роботы, которые дают нам кинематику человека-ремесленника, и искусственный интеллект, который дает нам контроль над процессом», — говорит Мер. «Идея состоит в том, что мы можем выполнять любой процесс, который может выполнить человек-ремесленник, и даже некоторые, которые люди не могут сделать, потому что мы можем применять больше силы с большей точностью».
Эта гибкость, которую предлагают роботы-металлисты, также позволяет изготавливать детали на заказ, которые было бы непрактично изготовить каким-либо другим способом. К ним относятся тороидальные (пончиковые) топливные баки, на которые присмотрело НАСА. последние полвека или около того.
Генеральный директор Machina Labs Эдвард Мер (справа) стоит за 15-футовым тороидальным топливным баком.Машинные лаборатории
«Основная проблема этих резервуаров заключается в том, что их геометрия сложна», — говорит Мер. «Шестьдесят лет назад НАСА формировало их с помощью очень опытных мастеров, но многих из них уже нет рядом». Мехр объясняет, что единственный другой способ получить эту геометрию — это использовать штампы, но для НАСА было бы практически невозможно оправдать изготовление штампа для топливного бака, который обязательно был бы настроен для одного-единственного космического корабля. «Итак, одна из основных причин, по которой мы не используем тороидальные резервуары, заключается в том, что их сложно сделать».
Machina Labs сейчас производит тороидальные резервуары для НАСА. На данный момент роботы просто формируют форму, а это самая сложная часть. Затем люди сваривают детали вместе. Но нет причин, по которым роботы не могли бы выполнить весь процесс от начала до конца и даже более эффективно. В настоящее время они делают это «человечным» способом, основываясь на существующих планах НАСА. «В будущем, — говорит нам Мер, — мы сможем формировать эти танки из одной или двух частей. Это следующая область, которую мы исследуем вместе с НАСА: как мы можем действовать по-другому теперь, когда нам не нужно проектировать с учетом эргономики человека?»
«Роботы-мастеры» Machina Labs работают парами, придавая форму листовому металлу, по одному роботу на каждой стороне листа. Роботы выравнивают свои инструменты, слегка смещенные друг относительно друга, так что металл между ними так, что когда роботы перемещаются по листу, он изгибается между инструментами.Машинные лаборатории
На видео выше видно, как роботы Machina работают над резервуаром диаметром 4,572 м (15 футов), вероятно, предназначенным для Луны. «Основное применение — лунные корабли», — говорит Мер. «Тороидальные баки опускают центр тяжести машины ниже, чем у сферических или таблетчатых баков».
Обучение этих роботов такой работе с металлом осуществляется в основном с помощью физического моделирования, которое Machina разработала самостоятельно (существующее программное обеспечение слишком медленное), за которым следуют итерации под руководством человека на основе полученных реальных данных. То, как металл движется под давлением, можно смоделировать довольно хорошо, и хотя между симуляцией и реальностью все еще существует разрыв (имитировать то, как инструмент робота прилипает к поверхности материала, особенно сложно), роботы собирают очень много эмпирических данных. данные о том, что Machina добилась существенного прогресса в направлении полной автономии и даже находит способы улучшить этот процесс.
Пример сложных металлических деталей, которые способны изготавливать роботы Machina.Машинные лаборатории
В конечном итоге Machina хочет использовать роботов для производства всех видов металлических деталей. С коммерческой стороны они изучают такие вещи, как панели кузова автомобиля, предлагая возможность изменить внешний вид вашего автомобиля с точки зрения геометрии, а не только цвета. Потребность в паре мощных роботов для выполнения этой работы означает, что роботоформирование вряд ли станет таким же распространенным, как 3D-печать, но более широкая концепция та же: превращение физических объектов в программную, а не аппаратную проблему, чтобы обеспечить масштабную настройку.
Статьи из вашего сайта
Статьи по теме в Интернете