Od materijala koji se sami popravljaju do robotskih rojeva koji poboljšavaju timski rad, a generativni dizajn preoblikuje način na koji stvaramo, biomimikrija je fascinantan izvor inspiracije i inovacija. Pročitajte o tri najnovija tehnološka trenda, nadahnuta prirodom, koja osnažuju proizvodnju.
Materijali koji se sami popravljaju
Zamislite da vam padne mobitel i da se slomi ekran Što biste učinili? Odnijeli biste ga na servis? Kupili novi? Zamislite da pričekate nekoliko minuta i ekran se sam popravi? To je samo jedna od mogućnosti koje nudi novo područje materijala koji se sami popravljaju.
Živa bića nadahnula su mnoga tehnološka dostignuća – od dizajna lopatica vjetroturbina do poznate strukture “kopča i petlja” Velcra. Biomimikrija i dalje ostaje plodno tlo za inovacije. Ozlijedite prst i nekoliko dana kasnije vidjet ćete kako se potpuno oporavi, rana se zatvori. Što ako bi strojevi mogli imati tu sposobnost?
Većina materijala propada s vremenom ili se troše uslijed trenja – procesi koji su postupni i predvidljivi. Najveći problem nastaje kada materijali iznenada prestanu biti funkconalni, bilo zbog unutarnjih mana ili iznenadnih udaraca, što može dovesti do katastrofalnih posljedica, osobito kod bitnih komponenti. Upravo tu koncept materijala koji se sami popravljaju može značiti prekretnicu.
Razvoj na Sveučilištu u Manchesteru
Jedan od najnovijih i najuzbudljivijih primjera razvijen je tek u travnju 2024. U nedavnom blog postu, Sveučilište u Manchesteru najavilo je fascinantan napredak s potencijalom da revolucionira područje materijala koji se sami popravljaju. Istraživači su razvili molekularni uređaj koji:
“Pod utjecajem mehaničke sile – poput one koja se opaža na ozlijeđenom ili oštećenom mjestu – ovaj komponent pokreće oslobađanje funkcionalnih molekula, poput lijekova ili sredstava za zacjeljivanje, kako bi precizno ciljao područje koje je potrebno popraviti.”
Ova studija je posebno zanimljiva jer nadmašuje ograničenja prethodnih dostignuća u ovom polju, omogućujući istovremeno oslobađanje više sredstava za zacjeljivanje. Tim je demonstrirao oslobađanje do pet različitih molekula, znatno poboljšavajući sposobnost materijala koji se sami popravljaju da reagiraju na oštećenja okoliša.
Posljedice u proizvodnji i dizajnu proizvoda mogle bi biti izuzetno značajne u budućnosti. Ovakva inovacija u materijalima mogla bi produžiti trajnost i životni vijek proizvoda koje dizajniramo, kao i strojeva koje koristimo za njihovu proizvodnju. Mogli bismo dobiti proizvode s nizom posebnih sposobnosti – možda s mogućnošću samočišćenja, uz samozacjeljivanje. Osim toga, održivost je važan aspekt: proizvodi koji se sami popravljaju mogu trajati duže i imati manji ugljični otisak.
Robotika roja
Svi smo čuli za mudrost mase, ali što je s mudrošću rojeva kukaca? Swarm (u tehničkom kontekstu pojam “roj” se odnosi na grupno, koordinirano djelovanje više autonomnih jedinica, što odgovara konceptu swarm robotics) robotika označava novi oblik automatizacije temeljen na suradničkom ponašanju kukaca.
Jedna od zaista fascinantnih karakteristika swarm robota je njihov decentralizirani pristup donošenju odluka. Umjesto tradicionalne hijerarhije, svi pojedinačni roboti rade zajedno kako bi ostvarili zajedničke ciljeve. Proces donošenja odluka znatno se razlikuje od onog kod ljudi koji rade u timu – svaki robot slijedi skup pravila i ponašanja koja se mijenjaju ovisno o lokalnim uvjetima, poput prisutnosti drugog robota ili prepreke na putu.
Robotika roja predstavlja uzbudljiv tehnološki trend nadahnut prirodom. Zahvaljujući napretku u umjetnoj inteligenciji, pojedinačni roboti u grupi uče iz svojih prošlih iskustava i s vremenom poboljšavaju svoj rad. Dijele informacije o svom okruženju, zadatku ili objektima koje trebaju premještati, što ih čini izvanrednim za sortiranje, pakiranje, transport robe, pa čak i neke procese na proizvodnim linijama, gdje nude nevjerojatnu fleksibilnost i prilagodbu na ranije krute proizvodne procese.
Decentralizirani pristup pruža znatno veću fleksibilnost. Ako se jedan robot pokvari ili prestane raditi, ostali jednostavno preuzmu njegovu ulogu – opterećenje i podaci ravnomjerno se raspodjeljuju kroz cijelu grupu, bez ijedne slabe karike.
Robotika roja već odavno ima ključnu ulogu u održavanju i inspekciji automobila. 2018. godine, Rolls Royce je u partnerstvu sa Sveučilištima Harvard i Nottingham (UK) najavio razvoj automatiziranog sustava inspekcije koji uključuje skup suradničkih, malih robota koji su veličine oko 10 mm. Ti mali roboti programirani su da se kreću kroz praznine i šupljine sustava, pregledavajući sve unutarnje strukture, čime inženjerima omogućuju pristup i vidljivost dijelova dizajna koji bi inače bili gotovo nedostupni bez demontaže.
Generativni dizajn
Priroda poprima svoj oblik kroz milijune godina evolucije, prirodni procesi neizbježno pronalaze najučinkovitiji način za postizanje cilja. Tok rijeke kroz krajolik, oblik lista, struktura ptičjih krila pa sve do uzoraka svemira i zvijezda na noćnom nebu – svi su primjeri savršeno učinkovitih prirodnih dizajna. Na sličan način, generativni dizajn istražuje potencijalno beskonačan broj dizajnerskih mogućnosti kako bi pronašao najučinkovitiji način za rješavanje problema.
Proizvodi izrađeni generativnim dizajnom, pokazuju element biomimikrije – proces u kojem se inspiracija za dizajn, tehnologiju i inženjerska rješenja pronalazi u prirodi. To znači da se prirodni procesi, strukture i organizmi proučavaju kako bi se razvila inovativna i učinkovita tehnološka rješenja.
Tradicionalni dizajn proizvoda je linearan proces – slijedi niz koraka, od definiranja i istraživanja problema, preko izrade i evaluacije prototipa. To je dugotrajan proces koji se oslanja na stručnost, iskustvo i znanje dizajnera. Generativni dizajn je drugačiji, on ne posjeduje unaprijed definirane pretpostavke niti pristranosti – ne promatra problem kroz ljudsku perspektivu. Umjesto toga, dizajner sam unosi niz zahtjeva i ograničenja, poput ključnih dimenzija, ogranićenja budžeta, te potrebne čvrstoće i trajnosti konačnog proizvoda. Nakon toga, softver za generativni dizajn obavlja sav težak posao.
Jedan od najuzbudljivijih načina na koje generativni dizajn obećava revolucionirati dizajn proizvoda jest u pogledu održivosti. Generativni dizajn stvara rješenja koja koriste najmanju moguću količinu materijala kako bi zadovoljila zadane zahtjeve. Proizvodnjom lakših i učinkovitijih dizajna, generativni pristup poboljšava energetsku učinkovitost, smanjuje ugljični otisak proizvoda te može produžiti njihov životni vijek. Time se potiče prelazak prema kružnom gospodarstvu, dizajniranju za jednostavnu reciklažu ili upravljanje krajem životnog vijeka proizvoda.
Cijeli članak na engleskom jeziku pronađite ovdje.