Tạo mẫu nhanh với "cát thông minh"

Suối nguồn tri thức<br /> <br /> <br /> <br /> Tạo mẫu nhanh với<br /> “cát thông minh”  Đăng hưng<br /> <br /> N hiều dự đoán cho rằng, trong<br /> lĩnh vực tạo mẫu nhanh,<br /> kỹ thuật “giũa gọt” (subtractive<br /> manufacturing) sẽ biến mất bởi sự<br /> lên ngôi của kỹ thuật “chồng lớp”<br /> (addictive manufacturing) mà nổi<br /> bật là công nghệ in 3D. Thế nhưng,<br /> sự ra đời của “cát thông minh” đã<br /> chứng minh điều ngược lại.<br /> Hạt cát hình khối lập phương,<br /> Bỏ một vật vào chiếc túi chứa đầy cát cạnh 10 mm, nặng 0,4g<br /> thông minh (CTM)… và lắc đều. Vài giây Cấu trúc CTM<br /> sau, lấy từ túi ra một bản sao hoàn chỉnh một bản mạch (a) bao phủ xung quanh<br /> của đối tượng ban đầu. Nghe có vẻ hơi khung lập phương bằng đồng (b). Mặt Hãy tưởng tượng một khối đá thô được<br /> giống một bộ phim khoa học viễn tưởng, trên bản mạch có gắn nam châm vĩnh đẽo gọt bởi đôi tay khéo léo của nhà điêu<br /> nhưng 100% là sự thật. Cát thông minh cửu (c), tụ điện (d), và các linh kiện điện khắc để trở thành tác phẩm nghệ thuật<br /> (Smart sand) – sáng chế mới nhất của tử. Bên trong mỗi hạt cát là bộ vi xử lý tuyệt đẹp, đó là cách mà CTM làm việc.<br /> phòng thí nghiệm Distributed Robotics đơn giản với chỉ 32Kb mã chương trình Nhúng một vật vào túi CTM và lắc đều.<br /> Laboratory thuộc Học viện Công nghệ và 2Kb bộ nhớ làm việc, có thể thực hiện Nhờ lực hút nam châm, các hạt cát tự<br /> Massachusetts (MIT) - chính là đối thủ các phép tính độc lập. lắp ghép thành khối bao quanh vật mẫu<br /> “nặng ký” của máy in 3D trong công (hình 1).<br /> Khi bị rung hoặc lắc, nam châm được<br /> nghệ tạo vật thể ba chiều.<br /> kích hoạt, hạt cát sẽ có khả năng kết<br /> Khi bao quanh vật mẫu, bằng thuật<br /> Cát thông minh dính, truyền lực và giao tiếp với nhau để<br /> toán hình học, các hạt CTM liên lạc với<br /> lắp ráp thành bản sao chính xác của vật<br /> Thực ra, CTM không phải là cát, mà là thể gần như tức thời. nhau để xác định chu vi vật thể đang<br /> hệ thống các nanobot (robot tí hon) tự được nhúng trong cát. Bộ vi xử lý trong<br /> tháo ráp. Mỗi hạt cát là một máy tính Thông minh như thế nào? các hạt cát sẽ tính toán để tạo mô hình<br /> nhỏ hình khối lập phương chuẩn có bản sao mới cách vật thể một khoảng tự<br /> Trong khi các robot biến hình khác sử<br /> khả năng lưu trữ năng lượng, dẫn động, động (hình 2).<br /> dụng phương pháp “chồng lớp”, tức lắp<br /> truyền thông, tính toán.<br /> ráp lại với nhau để tạo hình dạng (tương Các hạt cát nhận tín hiệu sẽ gắn kết với<br /> Phiên bản CTM đang thử nghiệm tại tự các khối LEGO) thì CTM theo cách nhau để tạo bản sao hoàn chỉnh của vật<br /> MIT có cạnh 10 mm, nặng 0,4 g, gồm ngược lại: phương pháp “tự tháo gỡ”. thể tại vị trí được tính toán (hình 3).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1: các hạt cát (màu trắng) bao Hình 2: bộ vi xử lý tính toán chu vi vật thể (màu Hình 3: các hạt cát lắp ghép thành<br /> quanh vật thể mẫu (màu đen). vàng), và tạo bản sao mới tại vị trí màu tím. bản sao mới (màu cam)<br /> <br /> STinfo .49. SỐ 1 & 2 - 2013<br />  Suối nguồn tri thức<br /> <br /> Khi bản sao lắp ghép hoàn tất, những<br /> hạt cát không thuộc bản sao sẽ tự<br /> ngắt nam châm và tách rời khỏi bản<br /> sao. Bắt đầu từ hạt ngoài cùng, và đảm<br /> bảo không sót lại hạt nào (hình 4).<br /> Kết quả: những hạt cát dính với nhau<br /> chính là bản sao mới của vật thể (hình 5).<br /> Các hạt CTM đang thử nghiệm được<br /> lập trình để có thể tạo bản sao lớn<br /> gấp 20 lần vật mẫu. Hình 4: những hạt cát (màu vàng) không Hình 5: những hạt cát còn dính với nhau<br /> cần thiết sẽ tách rời bản sao chính là bản sao mới của vật thể (màu xanh).<br /> Tại hội nghị robot hàng đầu thế giới<br /> (ICRA - International Conference on siêu nhỏ, các hạt cát còn có thể tích Giáo sư Roberd Wood thuộc phòng<br /> Robotics and Automation) tổ chức hợp thêm chức năng cung cấp thông Thí nghiệm Microrobotics (Đại học<br /> vào tháng 5 năm 2012, các nhà tin về tình trạng y tế cho bác sĩ. Điều Harvard) cho biết: “Cần rất nhiều cải<br /> nghiên cứu đã trình bày rất nhiều thí này khiến CTM được đánh giá cao hơn tiến kỹ thuật để hạt CTM đạt đến kích<br /> nghiệm chứng minh CTM có thể tạo in 3D vốn chỉ tạo ra vật thể cố định và cỡ nhỏ hơn nhiều so với 10mm hiện<br /> bản sao chính xác và hiệu quả với bất không có tính tương tác. nay, tuy nhiên đó là điều hoàn toàn<br /> cứ hình dạng vật thể nào. khả thi. Với những hạt CTM đủ nhỏ,<br /> Đối thủ của in 3D Rào cản công nghệ chúng ta có thể tạo ra một bề mặt<br /> không chỉ mượt mà, chính xác mà còn<br /> Thách thức lớn nhất hiện nay đối với<br /> So với lắp ráp robot truyền thống, lợi cực kỳ ‘thông minh’”.<br /> CTM là hạn chế về tài nguyên tính toán:<br /> thế của CTM là phương pháp “tháo gỡ”.<br /> “Với vật thể phức tạp, nếu mỗi hạt cát Hãy nghĩ về ý nghĩa của CTM với sự<br /> Việc “ngắt kết nối” và lợi dụng trọng lực<br /> chỉ đơn giản lưu trữ bản vẽ kỹ thuật đổi mới của thế kỷ 21. Thay vì mua<br /> để tháo gỡ cấu trúc thừa sẽ nhanh, đơn<br /> số của đối tượng lắp ráp thì các thuật một sản phẩm thay thế cho bộ phận<br /> giản và chắc chắn hơn là tìm và gắn kết<br /> toán rất dễ dàng” – Daniel Rus giáo bị hỏng bạn chỉ cần cho nó vào một<br /> các bộ phận thành vật thể.<br /> sư Khoa Kỹ thuật Máy tính tại MIT cho túi cát và lắc. Các nhà khoa học,<br /> Nếu so với công nghệ in 3D vốn được biết. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu lại những phi hành gia làm việc ở nơi<br /> ca ngợi bởi ưu điểm tiết kiệm vật liệu, muốn CTM có thể tự động lắp ráp các hẻo lánh sẽ bỏ lại phía sau hộp công<br /> CTM có thể xem là đối thủ “một 9 một cấu trúc khó hơn nữa mà không cần cụ cồng kềnh, thay vào đó là túi CTM<br /> 10”. Cát thừa sau khi tách khỏi bản biết trước hình dạng. Câu hỏi đặt ra và một số mô hình nhỏ. Muốn một cái<br /> sao dễ dàng tái sử dụng để lắp ráp là làm thế nào để phát triển các thuật ốc vít, chỉ cần bỏ mô hình vào túi, lắc,<br /> một mẫu vật khác, hoàn toàn không toán phức tạp với khả năng xử lý và và…”úm ba la” ra sản phẩm. Khi ốc vít<br /> hao tốn vật liệu. Sử dụng nam châm dung lượng bộ nhớ hạn chế? không dùng nữa chỉ cần ngắt kết nối<br /> vĩnh cửu cũng giúp CTM tiêu tốn ít để tái sử dụng cho một dụng cụ khác.<br /> Thách thức thứ hai là kích cỡ và<br /> năng lượng hơn các máy in 3D. “CTM sẽ tác động đáng kinh ngạc đến<br /> hình dạng. Công nghệ CTM đã được<br /> việc sản xuất các thiết bị phức tạp” -<br /> Đặc biệt, công nghệ này rất thích hợp nghiên cứu từ năm 2007. Hiện tại,<br /> giáo sư Robert Wood phát biểu.<br /> cho các bộ phận dùng làm cấu trúc hạt CTM có dạng khối để dễ giao<br /> hỗ trợ tạm thời. Chẳng hạn như một tiếp với nhau, nhưng MIT vẫn không Là một công nghệ đáng để chờ đón,<br /> bộ khung dễ tháo ráp cho cánh tay ngừng cải thiện hình dạng hạt cát và nhưng CTM cũng còn nhiều vấn đề<br /> bị gãy xương thay vì tốn vật liệu cho giảm kích thước đến 1 mm bằng cách cần xem xét, đặc biệt là việc xử lý rác<br /> một thiết bị cố định. Là một máy tính thu nhỏ nam châm và các linh kiện. thải điện tử. �<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Một số mô hình làm từ CTM được trưng bày tại phòng thí nghiệm MIT<br /> <br /> STinfo .50. SỐ 1 & 2 - 2013<br />