新款自動化系統，可完成人類手工“不可能完成”的任務_風聞

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編譯／雷鑫宇  審稿／alone  責編／唐林芳

研究人員開發了一款自動化系統，完成了機器人執行器材料篩選、設計優化和產品製造全過程的自動化操作。

麻省理工學院開發的自動化系統，可以設計並3D打印優化後的複雜執行器。

techxplore.com網站報道，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員在《科學進展》雜誌發佈了一種自動化系統。該系統可以設計並3D打印優化後的複雜執行器。簡而言之，這種系統可以自動完成人類手工無法完成的任務。在論文中，研究人員用自動系統演示了執行器的製造過程。

執行器是一種機械控制機器人系統響應電子信號的裝置，它可以從不同角度顯示不同的黑白圖像。例如，平放的執行器可以塑造出文森特·梵高的肖像，而在傾斜一定角度後，它又能塑造出愛德華·蒙克的《吶喊》。

新系統連梵高的肖像也能畫出來。

執行器主要由3種不同的材料組成，每種材料都有其特定的顏色和特性（柔韌性和磁性）。自動系統首先將執行器分解成數百萬個體素，每個體素中都可以填充任意一種材料。隨後，自動系統通過上百萬次模擬，分析材料填充體素的效果，進而找到每種材料在每個體素中的最佳位置。最後，定製的3D打印機按照優化方案將材料準確堆疊入體素中完成執行器的製造。

論文第一作者Subramanian Sundaram博士説：“我們的終極目標是為所有問題自動找到最優解，然後輸出它。從打印材料的選擇到優化設計、再到產品製造，我們的系統幾乎都符合完全自動化的特徵。”

今後還能為水下機器人設計鯊魚類的皮膚。

除圖像變換顯示之外，經外觀與功能優化的執行器也能用於機器人仿生技術。例如，有研究人員正在設計覆蓋執行器陣列的水下機器人皮膚，以模仿鯊魚皮膚上的齒狀物——齒狀物可以產生形變，減少鯊魚遊動阻力，使其遊動更加快速、安靜。Sundaram博士説：“水下機器人在覆蓋了執行器陣列後，其遊動效率將大幅度提高。”

目前，機器人執行器正變得越來越複雜。根據應用程序的不同，它們必須針對質量、外觀和功耗等進行優化。一般情況下，研究人員會手動計算所有參數以找到最優設計。隨着3D打印技術的崛起，其能夠使用多種材料製造產品的優勢反而繼續增加了執行器製造的複雜性。

Sundaram博士説：“研究人員可能會被海量的組合弄得‘原地爆炸’。他們沒有辦法去評估每一個材料組合。”

在Sundaram博士等的研究中，他們主要考慮了執行器的3種特徵：顏色、磁化強度和硬度。自動化系統分別通過執行“試錯模式”和“光線追蹤”等策略進行了迭代分析，以匹配設計需求。而為了順利製造出執行器，研究人員還開發了基於“隨需應變”技術的定製3D打印機。

為大型結構（如機翼）設計做鋪墊。

Sundaram博士認為，他們的工作可以作為大型結構（如機翼）設計的鋪路石。研究人員可以將機翼“分解”成類似體素的小塊，然後進行質量、升力等指標的優化。他説：“雖然我們還不能用自動化系統打印出機翼這樣規模的產品，但我認為我們已經向着這個目標邁出了重要一步。”

期刊來源：《科學進展》

期刊編號：2375-2548

原文鏈接：

https://techxplore.com/news/2019-07-automated-robotic-tasks.html

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