Павуки-робітники

16 червня 2016 р.

Павуки-робітники

Компанія «Сіменс Корпорейт Текнолоджі» (Siemens Corporate Technology) у м. Прінстоні (Princeton) займається розробкою роботів-павуків – практично повністю автономних технологічних пристроїв з ногами для адитивного виробництва, які можуть працювати у взаємодії один з одним у процесі виготовлення різних типів конструкцій.

Наступним кроком у 3D-друці може стати етап, відомий під назвою «мобільне виробництво». Дослідницька група компанії «Сіменс» з м. Прінстона, штат Нью-Джерсі, розробила прототип павукоподібних роботів, які можуть взаємодіяти між собою для друку конструкцій та поверхонь, тим самим пришвидшуючи виробництво об’ємних та складних конструкцій, таких як, наприклад, фюзеляж літаків чи корпус кораблів.

У лабораторіях компанії «Сіменс Корпорейт Текнолоджі», у кампусі в м. Прінстоні, були помічені величезні павуки. Повідомляють, що ці створіння виділяють густий, липкий матеріал із солодким запахом, який, висихаючи на поверхні, перетворюється на гладку та блискучу структуру. З'являється все більше павуків, однак ніхто не б’є тривогу; і це має свої пояснення …

Павуки з’явилися не з навколишніх лісів; вони зародилися у віртуальному світі, з якого прийшли в реальний світ, заселений людьми, такими як, наприклад, Лівіо Даллоро (Livio Dalloro), керівник дослідницької групи з розробки та моделювання продукції у галузі технологій автоматизації та управління компанії «Сіменс Корпорейт Текнолоджі» («КТ»). У команді пана Даллоро павуків називають SiSpis або павуками Сіменс, і на них покладають великі надії як на новий вид працівників промисловості майбутнього.


Лівіо Даллоро

Лівіо Даллоро, який очолює дослідницьку групу з розробки та моделювання продукції у галузі технологій автоматизації та управління компанії «Сіменс Корпорейт Текнолоджі», вважає павуків новим багатообіцяючим видом працівників промисловості майбутнього.

«SiSpis є частиною більш масштабної картини, яку ми називаємо Швидкими виробничими системами Сіменс (SiAMS), і вони є основою нашого дослідження автономних систем, що проводиться тут, у м. Прінстоні», - повідомляє пан Даллоро, пояснюючи, що павукоподібні роботи для адитивного виробництва є практично повністю автономними технологічними пристроями для адитивного виробництва з ногами. «Ми розглядаємо можливість використання численних автономних роботів для адитивного виробництва конструкцій, таких як, наприклад, кузов автомобіля, корпус корабля чи фюзеляж літака». Адитивне виробництво, також відоме під назвою 3D-друк, - це технологія створення чи удосконалення продукції або поверхонь шляхом накладання обраного матеріалу мікро-шарами.

Взаємодія як ключове питання

Звісно, для додавання шару матеріалу до внутрішньої поверхні об’єкта розміром з корпус корабля кількох роботів-павуків буде замало. Ймовірно, знадобляться сотні роботів. Тому ключове питання звучить наступним чином: як така армія роботів буде взаємодіяти? Відповідь полягає у формі автономності. «Кожен павук може виконувати лише маленьку частину роботи», - пояснює Хасан Сінан Банк (Hasan Sinan Bank), який відігравав провідну роль у розвитку проекту та подав кілька пов’язаних з ним патентних заявок. «Зараз ми намагаємося створити концепцію та оптимізувати необхідні види взаємодії цих роботів». Цей процес підтримується алгоритмами, розробленими командою пана Даллоро, які дозволяють планувати завдання для кількох роботів, аби два чи більше пристрої могли взаємодіяти у процесі адитивного виробництва чи протягом обробки поверхні одного й того ж об’єкту або ділянки.

Для виконання цього завдання роботи оснащені камерами, а також лазерними сканерами для визначення свого місцезнаходження. Знаючи про чисельність команди пристроїв для 3D-друку, кожен робот в автономному режимі визначає ділянку, на якій він буде працювати, - незалежно від того, рівна вона чи вигнута, в той час як інші роботи використовують цю ж техніку для визначення свого місця проведення робіт на сусідніх ділянках. Розділюючи кожну ділянку на вертикальні зони, роботи можуть взаємодіяти навіть при виконанні робіт, які пов’язані зі складними геометричними фігурами, не пропускаючи жодної зони. «Ще ніхто не намагався досягти цього з використанням мобільного виробництва», - говорить пан Банк.


Лівіо Даллоро

Мета цього проекту полягала у створенні прототипу платформи мобільного автономного виробництва.

Автономність є також основною характеристикою поведінки павуків. Наприклад, павуки знають своє місцезнаходження у завданому просторі. Після двох годин роботи, коли у них закінчується заряд, павуки прямують на зарядну станцію. Перед відходом на зарядку вони передають дані павуку, який щойно зарядився, що дозволяє другому павуку продовжити роботу першого. Крім того, натикаючись на перешкоди, павуки в автономному режимі обходять їх. Проект павуків-робітників компанії «Сіменс» було розпочато у січні 2014 року.  «Його метою, - повідомляє пан Даллоро, - було створити прототип платформи автономних виробничих машин, які можуть розуміти завдання, розподіляти роботи між доступними роботами та брати участь у процесі спільного і координованого виробництва без спеціального програмування».

Завдяки NX, програмному забезпеченню PLM компанії «Сіменс» та гібридному програмному забезпеченню, яке було розроблене командою пана Даллоро та поєднує NX і ROS (Операційна система для роботів), розробка павуків не зайняла багато часу. «За винятком стандартних міні-моторів та кабелів, використаних при виробництві павуків, все – від механіки до програмного забезпечення – було розроблене нами», - повідомляє пан Даллоро. Проект націлений на сучасне виробництво, що підтверджується тим, що кожен компонент павука, розроблений у віртуальному світі, був виготовлений з використанням 3D-друку.

Алгоритми, розроблені командою пана Даллоро, дозволяють планувати завдання для кількох роботів, аби два чи більше пристрої могли взаємодіяти у процесі адитивного виробництва чи протягом обробки поверхні одного й того ж об’єкту або ділянки.

Крім того, команда займалася розробкою поведінки роботів. «Для цих цілей, - розповідає пан Банк, - ми розробили програмні інструменти для моделювання поведінки роботів в рамках їхніх «співтовариств». Це означає, що команда запропонувала метод точного калібрування сопел павуків. Кожен павук оснащений екструдером, подібним до екструдера традиційного 3D-принтера, однак на цей момент його використання обмежується друком на основі крохмально-тростинної субстанції, відомої як полілактид.

Де будуть використовуватися павуки? Звісно, дослідники досягли своєї початкової мети, розробивши систему з характеристиками максимальної автономності та мінімальними програмними вимогами. «Коли технологія буде удосконалена, - заявляє пан Банк, - її можна буде використовувати практично у будь-якій сфері».