Một bước tiến mới của công nghệ tự lắp ráp

long8564

Active Member
Moderator
Những đồ gia dụng phẳng (bàn, ghế…) thường khá rẻ và có thể vận chuyển một cách dễ dàng. Thế nhưng khi mở hộp đựng của chúng, có bao giờ bạn nghĩ rằng “Sẽ thật tuyệt vời nếu các chi tiết ngổn ngang kia tự lắp ráp lại“ không ? Đương nhiên với công nghệ hiện tại, bạn có thể sắm một robot làm giúp bạn điều đó (với một cái giá…không rẻ). Một giải pháp khác đã được các kỹ sư thuộc Phòng Nghiên Cứu Vi Robot Harvard giới thiệu, và được đánh giá là công nghệ có thể thay thế cho công nghệ 3D Printing trong một số trường hợp.

Công nghệ in 3D (3D printing) hiện là một công nghệ đột phá và được rất nhiều người chú ý đến. Điều này không hề lạ bởi đây là công nghệ cho phép gia công linh hoạt mà không cần nhiều vốn hay kiến thức chuyên môn. Bạn có thể làm một file CAD ( Computer Aided Design) đơn giản, rồi bấm “in” và chẳng mấy chốc đã có trong tay sản phẩm hoàn thiện. Nếu là một vài năm trước thì công việc này sẽ chẳng thể nào thực hiện được nếu thiếu những người thợ, nghệ nhân lành nghề. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn gặp giới hạn về “làm cái gì ?”, “làm nhanh như thế nào ?”, và “làm tại đâu ?”.

Nhóm nghiên cứu từ Phòng Nghiên Cứu Vi Robot Harvard đã phát triển một công nghệ thay thế cho công nghệ in 3D dựa trên nền tảng những vật thể “phẳng”- có thể tự gập thành vật thể 3D như trò chơi gấp giấy. Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này sử dụng ít vật liệu hơn in 3D, nhanhvà rẻ hơn khá nhiều do được thực hiện bằng phương pháp cắt laser và in/khắc thạch bản. Các vật thể này tương đối dễ sử dụng và có thể “biến hình” thành các cấu trúc khác nhau, qua đó có thể đạt độ bền. chịu lực tốt hơn cả vật liệu ban đầu (giống như việc xây cầu vậy).

Những vật thể 3D tự lắp ghép này ban đầu chỉ gồm một chuỗi các tấm phẳng nối với nhau ở các cạnh bằng bản lề. Những bản lề này được làm bằng vật liệu có khả năng ghi nhớ (memory materials) gồm nhiều lớp tổng hợp, khi gặp các kích thích thích hợp, chúng sẽ tự hồi phục về hình dạng ban đầu. Ngoài các lớp vật liệu ghi nhớ, còn có một lớp chất nền trơ. Khi có kích thích, các vật liệu ghi nhớ sẽ mềm ra và phần chất nền trơ sẽ khiến các tấm vật liệu tổng hợp này bị uốn (tạo cảm giác như chúng đang tự gập lại).

Kích thích dùng cho vật liệu này có khá nhiều loại và phụ thuộc vào vật liệu. Đó có thể là kích thích nhiệt, từ trường, điện trường, dung dịch, ánh sáng trông thấy hoặc UV, lasers hay phóng xạ. Với từng loại vật liệu tương ứng với từng kích thích khác nhau, vật thể có thể tự lắp ráp tự động hoặc thông qua điều khiển/mệnh lệnh. Những kích thích có tính bao phủ toàn bộ như nhiệt độ sẽ không thích hợp với những hình dạng phức tạp bởi vì các bộ phận sẽ đồng thời gậpvào nhau. Ngược lại, những kích thích đặc biệt như cường độ dòng điện, có thể được sử dụng theo một thứ tự nhất định, từ đó tạo hình thành các vật thể phức tạp.

Ý tưởng ban đầu của nhóm nghiên cứu chính là phát triển một hướng tiếp cận giá rẻ, đa chức năng và các bản lề có thể được kích hoạt độc lập. Các bản lề này được tạo ra bằng cách sử dụng một tấm polymer ghi nhớ với tên gọi polyolen và dính vào một tờ giấy. Tấm polymer được làm nóng bằng điện sẽ chuyển từ pha thủy tinh sang pha cao su.

Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu tổng hợp chính dùng trong công nghệ này khá rẻ và có thể tạo ra bằng phương pháp cắt laser và khắc hóa học. Các yếu tố nhiệt, điện được đính vào trong vật liệu tổng hợp với các lớp được gắn kết bằng keo silicone. Sau đó vật liệu tổng hợp được đính vào một tấm cứng, tạo thành lớp vỏ của vật thể. Thiết kế này được kết hợp với thuật toán điều khiển của máy tính để kích hoạt các bản lề theo thứ tự hoặc cùng một lúc để tạo thành hình vật thể (dù có thể tương đối phức tạp)


Cấu trúc của tấm vật liệu tổng hợp tạo thành bản lề:A- polymer, B-keo silicone, C-tấm nhiệt/điện, D- giấy, E- hình dạng bình thường, F- hình dạng khi gập lại
Hướng tiếp cận này được thiết kế để gia công nhanh. Trong một thí nghiệm, để tạo hình hạc giấy, công nghệ này chỉ cần khoảng 1h với máycắt laser, máy in mực“cứng” (?) và một bình khắc sắt clorua (ferric chloride).

Nếu được phát triển hơn, công nghệ này sẽ có khả năng được ứng dụng rất nhiều chứ không chỉ giới hạn ở việc “gấp” hình hộp hoặc các đồ gia dụng phẳng. Cứ thử tưởng tượng những vệ tinh có thể tự lắp ghép trên vũ trụ sẽ làm giảm tải trọng của tên lửa như thế nào chả hạn. Quân đội cũng có thể xây dựng những thiết bị/nhà ở với kết cấu phẳng mà không cần lúc nào cũng phải có đội kỹ sư chuyên dụng nữa. Quan trọng hơn, tất cả những điều này đều có thể thực hiện mà không cần sự có mặt của con người. Đó là lợi thế thấy rõ khi sử dụng ở những môi trường nguy hiểm, độc hại.


3 sản phẩm mẫu theo thứ tự phức tạp từ thấp đến cao: hình kim tự tháp, hình tấm với lỗ và chốt khóa, hình chim hạc.





Hiện nay công nghệ này mới dừng lại ở mức độ vi mô và còn nhiều hạn chế, như hạn chế về độ dày của tấm vật liệu tổng hợp, momen xoắn của bản lề, góc gập tối đa hay các giải pháp vật liệu khác. Do đó, vẫn còn cần thêm thời gian để hoàn thiện công nghệ, vật liệu trước khi đưa vào thực tiễn.

Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Soft Matter. Bạn có thể theo dõi cách vật thể gập lại trong video dưới đây:
 


Attachments

ứng dụng này hay thật, có thể áp dụng trong những môi trường độc hại cũng như khó tiếp cận
 


Top