Efficienza di assorbimento dell’energia meccanica scoperta attraverso la collaborazione tra laboratorio e robot autonomo
Il robot di stampa 3D dell’esercito americano utilizza l’intelligenza artificiale per progettare strutture ammortizzanti
Innovazione nella stampa 3D
All’interno del laboratorio del College of Engineering dell’Università di Boston, un braccio robotico è impegnato in esperimenti di stampa 3D per creare strutture ammortizzanti. Il robot, dotato di intelligenza artificiale, sta cercando di realizzare la forma più efficiente per l’assorbimento di energia.
Processo autonomo di ricerca
Il robot, denominato MAMA BEAR (Mechanics of Additively Manufactured Architectures Bayesian Experimental Autonomous Researcher), stampa piccoli cilindri di plastica, li schiaccia con una pressione considerevole e registra le prestazioni di ogni struttura. Utilizzando un algoritmo di ottimizzazione bayesiana, il robot migliora continuamente il design delle strutture per massimizzare l’efficienza di assorbimento dell’energia.
Contributo dei ricercatori
Keith Brown, professore associato di ingegneria meccanica, ha guidato il progetto insieme al suo team nel KABlab. Dal 2021, MAMA BEAR ha creato e testato oltre 25.000 strutture 3D, raggiungendo un record del 75% di efficienza di assorbimento dell’energia. Questo risultato, pubblicato su Nature Communications, rappresenta un miglioramento significativo rispetto al precedente record del 71%.
Applicazioni pratiche
Le strutture ammortizzanti hanno molteplici utilizzi, tra cui la protezione di dispositivi elettronici, ginocchiere e protezioni per i polsi. Inoltre, il progetto ha applicazioni pratiche nella progettazione di imbottiture per caschi per i soldati dell’esercito americano, migliorando sia il comfort che la protezione.
Tecnica innovativa: la pressione elettroidrodinamica
La stampa 3D tradizionale si basa sulla gravità per l’estrusione del materiale, ma nello spazio è necessario un approccio diverso. La tecnica sviluppata dal laboratorio di Qin, denominata pressione elettroidrodinamica (EHD), utilizza forze elettriche per controllare il flusso di materiali liquidi attraverso un ugello estremamente sottile. Questa tecnologia permette di creare goccioline molto più piccole rispetto alla dimensione dell’ugello, consentendo una precisione nanometrica.
Ulteriori sviluppi
I ricercatori prevedono di condurre ulteriori voli di prova ad agosto e novembre 2024 per perfezionare la tecnologia. L’obiettivo è integrare la tecnica EHD nella stampante 3D di un partner industriale e passare alla produzione di dispositivi semiconduttori completi. Se raggiungeranno questi obiettivi, sperano di testare la loro tecnologia a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.
Robot autonomi nel laboratorio
Oltre a MAMA BEAR, il laboratorio di Brown utilizza altri robot autonomi per diverse ricerche. Il nano BEAR studia il comportamento dei materiali su scala molecolare, mentre PANDA (Polymer Analysis and Discovery Array) testa materiali polimerici sottili per trovare quelli più adatti alle batterie.
Futuri obiettivi
Il laboratorio continua a esplorare nuove applicazioni e collaborazioni con scienziati di vari campi. Anche se hanno già raggiunto un record, Brown e il suo team puntano a migliorare ulteriormente l’efficienza delle strutture. Inoltre, stanno studiando modi per riciclare il materiale utilizzato nei test, contribuendo così alla sostenibilità della ricerca.
Conclusione
L’utilizzo di robot autonomi e intelligenza artificiale permette di accelerare la ricerca e ottenere risultati che sarebbero altrimenti inaccessibili. Grazie a questi progressi, il laboratorio dell’Università di Boston continua a spingere i confini dell’ingegneria e della stampa 3D.
