Пауки-работники

16 июня 2016 г.

Пауки-работники

Компания «Сименс Корпорейт Текнолоджи» (Siemens Corporate Technology) в г. Принстоне (Princeton) занимается разработкой роботов-пауков – практически полностью автономных технологических устройств с ногами для аддитивного производства, которые могут работать во взаимодействии друг с другом в процессе изготовления разных типов конструкций.

Следующим шагом в 3D-печати может стать этап, известный под названием «мобильное производство». Исследовательская группа компании «Сименс» из г. Принстона, штат Нью-Джерси, разработала прототип паукообразных роботов, которые могут взаимодействовать между собой для печати конструкций и поверхностей, тем самым ускоряя производство объемных и сложных конструкций, таких как, например, фюзеляж самолетов или корпус кораблей.

В лабораториях компании «Сименс Корпорейт Текнолоджи», в кампусе в г. Принстоне, были замечены огромные пауки. Сообщают, что эти создания выделяют густой, липкий материал со сладким запахом, который, высыхая на поверхности, превращается в гладкую и блестящую структуру. Появляется все больше пауков, однако никто не бьет тревогу; и это имеет свои объяснения…

Пауки появились не из окружающих лесов; они были зачаты в виртуальном мире, из которого пришли в реальный мир, населенный людьми, такими как, например, Ливио Даллоро (Livio Dalloro), руководитель исследовательской группы по разработке и моделированию продукции в сфере технологий автоматизации и управления компании «Сименс Корпорейт Текнолоджи» («КТ»). В команде господина Даллоро пауков называют SiSpis или пауками Сименс, и на них возлагают большие надежды как на новый вид работников промышленности будущего.


Ливио Даллоро

Ливио Даллоро, возглавляющий исследовательскую группу по разработке и моделированию продукции в сфере технологий автоматизации и управления компании «Сименс Корпорейт Текнолоджи», считает пауков новым многообещающим видом работников промышленности будущего.

«SiSpis является частью более масштабной картины, которую мы называем Быстрыми производственными системами Сименс (SiAMS), и они являются основой нашего исследования автономных систем, которое проводится здесь, в г. Принстоне», - сообщает господин Даллоро, объясняя, что паукообразные роботы для аддитивного производства являются практически полностью автономными технологическими устройствами для аддитивного производства с ногами. «Мы рассматриваем возможность использования многочисленных автономных роботов для аддитивного производства конструкций, таких как, например, кузов автомобиля, корпус корабля или фюзеляж самолета». Аддитивное производство, также известное под названием 3D-печать, - это технология создания или усовершенствования продукции или поверхностей путем наложения выбранного материала микро-слоями.

Взаимодействие как ключевой вопрос

Конечно же, для добавления слоя материала к внутренней поверхности объекта размером с корпус корабля нескольких роботов-пауков будет маловато. Вероятно, понадобятся сотни роботов. Поэтому ключевой вопрос звучит следующим образом: как такая армия роботов будет взаимодействовать? Ответ заключается в форме автономности. «Каждый паук может выполнять лишь маленькую часть работы», - поясняет Хасан Синан Банк (Hasan Sinan Bank), который играл ведущую роль в развитии проекта и подал несколько связанных с ним патентных заявок. «Сейчас мы пытаемся создать концепцию и оптимизировать необходимые виды взаимодействия этих роботов». Данный процесс поддерживается алгоритмами, разработанными командой господина Даллоро, которые позволяют планировать задание для нескольких роботов, чтобы два и более устройств могли взаимодействовать в процессе аддитивного производства или в ходе обработки поверхности одного и того же объекта или участка.

Для выполнения данного задания роботы оснащены камерами, а также лазерными сканерами для определения своего местоположения. Зная о численности команды устройств для 3D-печати, каждый робот в автономном режиме определяет участок, на котором он будет работать, - независимо от того, ровный он или выгнутый, в то время как другие работы используют эту же технику для определения своего места проведения работ на соседних участках. Разделяя каждый участок на вертикальные зоны, роботы могут взаимодействовать даже при выполнении работ, которые связаны со сложными геометрическими фигурами, не пропуская ни одной зоны. «Еще никто не пытался достичь этого с использованием мобильного производства», - говорит господин Банк.


Ливио Даллоро

Цель этого проекта заключалась в создании прототипа платформы мобильного автономного производства.

Автономность является также основной характеристикой поведения пауков. Например, пауки знают свое местонахождение в заданном пространстве. После двух часов работы, когда у них заканчивается заряд, пауки направляются на зарядную станцию. Перед этим они передают данные пауку, который только что зарядился, что позволяет второму пауку продолжить работу первого. Кроме того, наталкиваясь на препятствия, пауки в автономном режиме обходят их. Проект пауков-работников компании «Сименс» стартовал в январе 2014 года.  «Его целью, - сообщает господин Даллоро, - было создать прототип платформы автономных производственных машин, которые могут понимать задание, распределять работы между доступными работами и участвовать в процессе совместного и координированного производства без специального программирования».

Благодаря NX, программному обеспечению PLM компании «Сименс» и гибридному программному обеспечению, которое было разработано командой господина Даллоро и сочетает NX и ROS (Операционная система для роботов), разработка пауков не заняла много времени. «За исключением стандартных мини-моторов и кабелей, использованных при производстве пауков, все - от механики до программного обеспечения - было разработано нами», - сообщает господин Даллоро. Проект нацелен на современное производство, что подтверждается тем, что каждый компонент паука, разработанный в виртуальном мире, был изготовлен с использованием 3D-печати.

Алгоритмы, разработанные командой господина Даллоро, позволяют планировать задание для нескольких роботов, чтобы два или более устройств могли взаимодействовать в процессе аддитивного производства или в ходе обработки поверхности одного и того же объекта или участка.

Кроме того, команда занималась разработкой поведения роботов. «Для этих целей, - рассказывает господин Банк, - мы разработали программные инструменты для моделирования поведения роботов в рамках их «содружеств«. Это значит, что команда предложила метод точной калибровки сопел пауков. Каждый паук оснащен экструдером, подобным экструдеру традиционного 3D-принтера, однако на данный момент его использование ограничивается печатью на основе крахмально-тростниковой субстанции, известной как полилактид.

Где будут использоваться пауки? Конечно, исследователи достигли своей первоначальной цели, разработав систему с характеристиками максимальной автономности и минимальными программными требованиями. «Когда технология будет усовершенствована, - заявляет господин Банк, - ее можно будет использовать практически в любой сфере».