नए 3D-प्रिंटेड सामग्री अपने स्वयं की गतिविधियों को महसूस कर सकते हैं

एमआईटी में शोधकर्ताओं की एक टीम ने 3D प्रिंटिंग के लिए एक नई विधि विकसित की है, जो सामग्रियों को उनके यांत्रिक गुणों को समायोजित करने में सक्षम बनाती है, जिससे वे अपनी गतिविधियों और पर्यावरण के साथ बातचीत को महसूस कर सकते हैं। टीम ने एक ही सामग्री और एक ही 3D प्रिंटर पर सेंसिंग संरचनाओं का निर्माण किया।

उन्होंने पहले 3D-प्रिंटेड लेटिस सामग्री ली और संरचना में हवा से भरे चैनलों के नेटवर्क को शामिल किया। वे तब संरचना को संकुचित, मोड़ या खींचते समय इन चैनलों में दबाव परिवर्तन को मापकर सामग्री की गति के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकते थे।

लेटिस सामग्री एक दोहरावदार पैटर्न में एकल कोशिकाओं से बनी होती है, और कोशिकाओं के आकार या आकार को बदलकर सामग्री के यांत्रिक गुणों को बदला जा सकता है।

यह नई तकनीक अंततः लचीले नरम रोबोट बनाने में मदद कर सकती है जिनमें एम्बेडेड सेंसर होते हैं जो रोबोट को उनके मुद्रा और गतिविधियों को समझने में सक्षम बनाते हैं। यह अनुकूलन योग्य वियरेबल स्मार्ट डिवाइसों के विकास को भी जन्म दे सकता है।

लिलियन चिन सह-लीड लेखक हैं और एमआईटी कंप्यूटर साइंस एंड आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस लेबोरेटरी (सीएसएआईएल) में एक स्नातक छात्र हैं।

“इस काम का विचार यह है कि हम किसी भी सामग्री को 3D प्रिंट कर सकते हैं और इसे संरचना के माध्यम से चैनलों को मार्गदर्शन करने का एक सरल तरीका हो सकता है ताकि हम संरचना के साथ सेंसरीकरण प्राप्त कर सकें। और यदि आप वास्तव में जटिल सामग्री का उपयोग करते हैं, तो आपके पास एक ही में गति, धारणा और संरचना हो सकती है,” चिन ने कहा।

इस पत्र में सह-लीड लेखक रयान ट्रूबी भी शामिल हैं, जो एक पूर्व सीएसएआईएल पोस्टडॉक और वर्तमान में नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय में सहायक प्रोफेसर हैं; एनन ज़हांग, सीएसएआईएल के एक स्नातक छात्र; और वरिष्ठ लेखक डेनियला रस, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस के एंड्रू और अर्ना विटेर्बी प्रोफेसर और सीएसएआईएल के निदेशक।

इस शोध को साइंस एडवांसेज में प्रकाशित किया गया था।

3D प्रिंटिंग तकनीक

टीम ने सीधे लेटिस में हवा से भरे चैनलों को शामिल करने के लिए 3D प्रिंटिंग पर भरोसा किया। जब संरचना गति में आती है या संकुचित होती है, तो चैनल विकृत हो जाते हैं और हवा की मात्रा बदल जाती है। यह प्रक्रिया शोधकर्ताओं को एक ऑफ-द-शेल्फ दबाव सेंसर के साथ दबाव में संबंधित परिवर्तन को मापने में सक्षम बनाती है, जो सामग्री के विकृत होने के बारे में प्रतिक्रिया प्रदान करता है।

“यदि आप एक रबड़ बैंड को खींचते हैं, तो यह थोड़ा समय लेता है कि यह अपनी जगह पर वापस आ जाए। लेकिन चूंकि हम हवा का उपयोग कर रहे हैं और विकृतियां अपेक्षाकृत स्थिर हैं, हमें वही समय-विभिन्न गुण नहीं मिलते हैं। हमारे सेंसर से निकलने वाली जानकारी बहुत साफ है,” चिन कहते हैं।

टीम ने डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके संरचना में चैनलों को शामिल किया। इस विधि में संरचना को एक राल के पूल से बाहर निकाला जाता है और परियोजना प्रकाश का उपयोग करके एक सटीक आकार में कठोर किया जाता है। फिर गीले राल पर एक छवि परियोजना की जाती है और प्रकाश से प्रभावित क्षेत्रों को ठोस किया जाता है।

जैसे ही प्रक्रिया आगे बढ़ती है, चिपचिपा राल टपकता है और चैनलों के अंदर फंस जाता है, जिसका अर्थ है कि टीम को अतिरिक्त राल को हटाना पड़ा trước कि यह ठोस हो जाए। उन्होंने दबाव वाली हवा, वैक्यूम और जटिल सफाई के मिश्रण का उपयोग करके ऐसा किया।

“हमें डिजाइन के दृष्टिकोण से अधिक मस्तिष्क की आवश्यकता होगी ताकि हम उस सफाई प्रक्रिया के बारे में सोच सकें, क्योंकि यह मुख्य चुनौती है,” चिन जारी रखते हैं।

टीम ने इस प्रक्रिया का उपयोग करके कई लेटिस संरचनाओं का निर्माण किया और प्रदर्शित किया कि हवा से भरे चैनल संरचनाओं को संकुचित या मोड़ने पर स्पष्ट प्रतिक्रिया प्रदान कर सकते हैं।

एचएसए सॉफ्ट रोबोट

शोधकर्ताओं के समूह ने हाथ से शियरिंग ऑक्सेटिक्स (एचएसए) में सेंसर भी शामिल किए, जो मोटराइज्ड सॉफ्ट रोबोट के लिए विकसित एक नई कक्षा की सामग्री है। एचएसए एक ही समय में खींचे और मोड़े जा सकते हैं, जिससे वे प्रभावी सॉफ्ट रोबोट एक्ट्यूएटर के रूप में कार्य कर सकते हैं। हालांकि, एचएसए को “सेंसराइज” करना मुश्किल है क्योंकि उनके जटिल रूप हैं।

टीम ने एक ऐसे एचएसए सॉफ्ट रोबोट को 3D प्रिंट किया, जो विभिन्न गतिविधियों जैसे मोड़ने और मोड़ने में सक्षम था। इसे 18 घंटे से अधिक समय तक विभिन्न गतिविधियों के माध्यम से रखा गया था, और सेंसर डेटा का उपयोग एक तंत्रिका नेटवर्क को प्रशिक्षित करने के लिए किया गया था जो रोबोट की गति की सटीक भविष्यवाणी कर सकता था।

“सामग्री वैज्ञानिकों ने वास्तविक कार्य के लिए संरचित सामग्रियों को अनुकूलित करने के लिए कड़ी मेहनत की है। यह एक सरल, लेकिन वास्तव में शक्तिशाली विचार लगता है कि उन शोधकर्ताओं द्वारा किए गए काम को इस धारणा के क्षेत्र से जोड़ें, “चिन कहते हैं।

“नरम रोबोट को निरंतर त्वचा जैसे सेंसर के साथ सेंसराइज करना क्षेत्र में एक खुली चुनौती रही है। यह नई विधि नरम रोबोट के लिए सटीक प्रोप्रियोसेप्टिव क्षमता प्रदान करती है और स्पर्श के माध्यम से दुनिया का अन्वेषण करने के लिए दरवाजा खोलती है,” रस जारी रखते हैं।

चिन और टीम का कहना है कि इस तरह की तकनीक का भविष्य खिलाड़ियों के सिर के लिए अनुकूलित फुटबॉल हेलमेट जैसी चीजों को जन्म दे सकता है। इन हेलमेट में आंतरिक संरचना के भीतर सेंसिंग क्षमता होगी, जो मैदान पर टकराव से प्रतिक्रिया की सटीकता को बढ़ाती है।