In de jaren zestig en zeventig bracht NASA veel tijd door nadenken over zijn ringvormige (donutvormige) brandstoftanks, de beste keuze voor zijn ruimtevaartuig. Ringkerntanks hebben een heleboel potentiële voordelen ten opzichte van conventionele bolvormige brandstoftanks. U kunt bijvoorbeeld stoppen bijna 40% meer volume in een toroïdale tank dan het gebruik van meerdere bolvormige tanks in dezelfde ruimte. En misschien wel het meest interessante is dat je dingen (zoals de achterkant van de motor) door het midden van de torustank kunt proppen, wat tot aanzienlijke efficiëntiewinsten zou kunnen leiden als de tanks ook structurele belastingen aankunnen.
Vanwege hun relatief complexe vorm zijn toroïdale tanks veel moeilijker te maken dan bolvormige tanks. Hoewel deze tanks beter kunnen presteren, beschikt NASA simpelweg niet meer over de expertise om ze te produceren, omdat ze allemaal met de hand moeten worden gebouwd door hoogopgeleide mensen. Maar een bedrijf genaamd Machina Labs denkt dat ze het met robots kunnen doen. Hun visie is om de manier waarop we dingen van metaal maken volledig te veranderen.
Het kernprobleem dat Machina Labs probeert op te lossen is dat als je metalen onderdelen efficiënt in grote hoeveelheden wilt maken, dit een langzaam proces is. Grote metalen onderdelen hebben hun eigen op maat gemaakte mallen nodig, dit zijn zeer dure eenmalige producten die zo inflexibel mogelijk zijn, en vervolgens worden hele fabrieken rond deze onderdelen gebouwd. Het is een enorme investering, wat betekent dat het niet uitmaakt of je een nieuwe geometrie, techniek, materiaal of markt vindt, omdat je die enorme initiële kosten moet rechtvaardigen door zoveel mogelijk originele dingen te maken, waardoor het potentieel voor snelle en flexibele oplossingen wordt verstikt. innovaties.
Aan de andere kant van het spectrum heb je ook het zeer trage en dure proces van het één voor één met de hand maken van metalen onderdelen. Een paar honderd jaar geleden was dit zo alleen de manier waarop metalen onderdelen worden gemaakt: bekwame metaalsmeden die maandenlang handgereedschap gebruiken om bijvoorbeeld pantsers en wapens te maken. Het leuke van metallurgische experts is dat ze hun vaardigheden en ervaring kunnen gebruiken om alles te maken, en dat is waar de visie van Machina Labs vandaan komt, legt de CEO uit. Edward Mehr die mede-oprichter was van Machina Labs nadat hij tijd bij SpaceX had doorgebracht en vervolgens leiding gaf aan het 3D-printteam bij Relativiteitsruimte.
“Ambachtslieden kunnen verschillende gereedschappen oppakken en deze op creatieve wijze op metaal toepassen om allerlei verschillende dingen te maken. Op een dag kan ik een hamer nemen en een metalen schild vormen”, zegt Mehr. “Vervolgens nemen ze dezelfde hamer en maken ze een zwaard van een metalen staaf. Ze zijn heel flexibel.”
De techniek die de menselijke metaalbewerker gebruikt om metaal te vormen, wordt smeden genoemd, waardoor de korrelstroom van het metaal behouden blijft terwijl het wordt bewerkt. Het gieten, stampen of frezen van metaal (allemaal manieren om de productie van metalen onderdelen te automatiseren) zijn simpelweg niet zo sterk of duurzaam als gesmede onderdelen, wat een belangrijk verschil kan zijn voor bijvoorbeeld dingen die de ruimte in moeten. Maar daarover straks meer.
Het probleem met menselijke metaalarbeiders is dat de doorvoer laag is: mensen zijn traag, en vooral hoogopgeleide mensen kunnen niet goed opschalen. Voor Mehr en Machina Labs is dit waar robots een rol spelen.
“We willen automatiseren en schalen met behulp van een platform genaamd ‘Robot Craftsman.’ Onze belangrijkste drijfveren zijn robots die ons de kinematica van een menselijke vakman geven en kunstmatige intelligentie die ons controle over het proces geeft”, zegt Mehr. “Het concept is dat we elk proces kunnen uitvoeren dat een mens kan doen, en zelfs sommige die mensen niet kunnen, omdat we meer kracht en precisie kunnen toepassen.”
Deze flexibiliteit die metaalbewerkingsrobots bieden, maakt het ook mogelijk om onderdelen op maat te maken die op een andere manier onpraktisch zouden zijn. Deze omvatten de ringvormige (donutvormige) brandstoftanks waar NASA naar keek gedurende de laatste halve eeuw of zo.
Machina Labs CEO Edward Mehr (rechts) staat achter de 4,5 meter lange ringvormige brandstoftank.Machina Labs
“De grootste uitdaging bij deze tanks is dat de geometrie complex is”, zegt Mehr. “Zestig jaar geleden heeft NASA ze gevormd met zeer bekwame vakmensen, maar velen van hen bestaan niet meer.” Mehr legt uit dat de enige andere manier om die geometrie te verkrijgen is met matrijzen, maar het zou voor NASA onmogelijk zijn om het maken van een matrijs te rechtvaardigen voor een brandstoftank die noodzakelijkerwijs is aangepast voor een enkel ruimtevaartuig. “Een van de belangrijkste redenen waarom we geen ringkerntanks gebruiken, is dat ze gewoon moeilijk te maken zijn.”
Machina Labs maakt nu ringkerntanks voor NASA. Voorlopig doen de robots alleen nog maar het vormgeven, wat het moeilijkste deel is. Mensen lassen vervolgens de stukken aan elkaar. Maar er is geen reden waarom robots het hele proces niet end-to-end en nog efficiënter kunnen uitvoeren. Ze doen het momenteel op de ‘menselijke’ manier, gebaseerd op bestaande NASA-plannen. “In de toekomst”, vertelt Mehr, “kunnen we deze tanks daadwerkelijk in één of twee delen vormen. Dat is het volgende gebied dat we met NASA onderzoeken: hoe kunnen we de dingen anders doen nu we niet meer hoeven te ontwerpen rond menselijke ergonomie?”
De ‘robotmeesters’ van Machina Labs werken in paren om het vel vorm te geven, met één robot aan elke kant van het vel. De robots lijnen hun gereedschappen enigszins verschoven ten opzichte van elkaar uit met het metaal ertussen, zodat wanneer de robots over de plaat bewegen, deze tussen de gereedschappen buigt.Machina Labs
De video hierboven toont Machina’s robots die werken aan een tank met een diameter van 4.572 m (15 ft), vermoedelijk bedoeld voor de maan. “De belangrijkste toepassing is voor maanlandingen”, zegt Mehr. “Toroïdale tanks brengen het zwaartepunt van het voertuig lager dan wat je zou hebben met bolvormige of pillentanks.”
Het trainen van deze robots om op deze manier met metaal te werken gebeurt voornamelijk via op fysica gebaseerde simulaties die Machina intern heeft ontwikkeld (de bestaande software is te traag), gevolgd door door mensen aangestuurde iteraties op basis van de resulterende gegevens uit de echte wereld. De manier waarop metaal onder druk beweegt, kan vrij goed worden gesimuleerd, en hoewel er zeker nog steeds een kloof bestaat tussen simulatie en realiteit (het simuleren van hoe een robotgereedschap zich aan het oppervlak van een materiaal hecht is bijzonder lastig), verzamelen robots zoveel empirische gegevens. gegevens dat Machina aanzienlijke vooruitgang boekt in de richting van volledige autonomie en zelfs manieren vindt om het proces te verbeteren.
Een voorbeeld van het soort complexe metalen onderdelen dat Machina’s robots kunnen maken.Machina Labs
Uiteindelijk wil Machina robots inzetten om allerlei metalen onderdelen te produceren. Aan de commerciële kant onderzoeken ze zaken als carrosseriepanelen, die de mogelijkheid bieden om te veranderen hoe je auto er qua geometrie uitziet, niet alleen qua kleur. De vereiste dat er een paar krachtige robots nodig zijn om dit werk te kunnen doen, betekent dat het onwaarschijnlijk is dat roboforming zo alomtegenwoordig zal worden als 3D-printen, maar het bredere concept is hetzelfde: fysieke objecten veranderen in een softwareprobleem, in plaats van een hardwareprobleem, om maatwerk op elk gewenst moment mogelijk te maken. schaal .
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet