In den 1960er und 1970er Jahren verbrachte die NASA viel Zeit darüber nachdenken wenn ringförmige (donutförmige) Treibstofftanks die richtige Wahl für sein Raumschiff wären. Ringförmige Kraftstofftanks bieten gegenüber herkömmlichen kugelförmigen Kraftstofftanks viele potenzielle Vorteile. Sie können zum Beispiel platzieren fast 40 % Das Volumen eines Ringtanks ist größer, als wenn Sie mehrere Kugeltanks im gleichen Raum verwenden würden. Und was vielleicht am interessantesten ist: Sie können Objekte (wie die Rückseite eines Motors) in die Mitte eines Ringtanks einfügen, was zu erheblichen Effizienzsteigerungen führen könnte, wenn die Tanks auch strukturelle Lasten tragen könnten.
Aufgrund ihrer relativ komplexen Form sind Ringtanks deutlich schwieriger herzustellen als Kugeltanks. Auch wenn diese Panzer möglicherweise leistungsfähiger sind, verfügt die NASA einfach nicht mehr über das Fachwissen, sie herzustellen, da jeder einzelne von hochqualifizierten Menschen von Hand gebaut werden muss. Aber ein Unternehmen namens Machina Labs glaubt, dass es genau das mit Robotern erreichen kann. Und seine Vision ist es, die Art und Weise, wie wir Metallgegenstände herstellen, völlig zu verändern.
Das grundlegende Problem, das Machina Labs zu lösen versucht, besteht darin, dass der Prozess langsam ist, wenn man Metallteile effizient und in großem Maßstab herstellen möchte. Für große Metallteile sind eigene kundenspezifische Matrizen erforderlich, bei denen es sich um sehr teure, möglichst steife Einzelteile handelt, auf deren Grundlage dann ganze Fabriken gebaut werden. Es handelt sich um eine enorme Investition, das heißt, es spielt keine Rolle, ob Sie eine neue Geometrie, eine neue Technik, ein neues Material oder einen neuen Markt finden, denn Sie müssen diese enormen Anfangskosten dadurch rechtfertigen, dass Sie so viel Teil wie möglich produzieren. Herkunft, die das Potenzial für schnelle und flexible Innovationen erstickt.
Am anderen Ende des Spektrums steht der sehr langsame und teure Prozess der manuellen Herstellung von Metallteilen einzeln. Vor ein paar hundert Jahren war es das nur Metallverarbeitung: Erfahrene Metallarbeiter verwenden monatelang Handwerkzeuge, um Gegenstände wie Rüstungen und Waffen herzustellen. Der Vorteil eines erfahrenen Metallarbeiters besteht darin, dass er seine Fähigkeiten und Erfahrungen nutzen kann, um alles herzustellen, was der Ursprung der Vision von Machina Labs ist, sagt der CEO Edward Mehr der Machina Labs mitbegründete, nachdem er einige Zeit bei SpaceX verbracht und dann das 3D-Druckteam bei SpaceX geleitet hatte Relativitätsraum.
„Handwerker können verschiedene Werkzeuge nehmen und sie kreativ auf Metall anwenden, um die unterschiedlichsten Dinge herzustellen. Eines Tages können sie einen Hammer nehmen und aus einem Blech einen Schild formen“, sagt Mehr. „Dann nehmen sie denselben Hammer und stellen aus einem Metallstab ein Schwert her. Sie sind sehr flexibel. »
Die Technik, die ein Metallarbeiter zum Formen von Metall anwendet, wird Schmieden genannt. Dabei bleibt der Kornfluss des Metalls während der Bearbeitung erhalten. Metallguss, -stanzen oder -fräsen (allesamt Möglichkeiten, die Herstellung von Metallteilen zu automatisieren) sind einfach nicht so stark oder langlebig wie Schmiedeteile, was beispielsweise ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Objekte sein kann, die in den Weltraum fliegen müssen. Aber darauf kommen wir etwas später zurück.
Das Problem bei Metallarbeitern besteht darin, dass die Leistung gering ist: Menschen sind langsam und insbesondere hochqualifizierte Menschen passen sich nicht gut an. Für Mehr und Machina Labs kommen hier Roboter ins Spiel.
„Wir wollen unser Geschäft mithilfe einer Plattform namens „Robotic Artisan“ automatisieren und skalieren. Unsere grundlegenden Werkzeuge sind Roboter, die uns die Kinematik eines menschlichen Handwerkers verleihen, und künstliche Intelligenz, die uns die Kontrolle über den Prozess gibt“, erklärt Mehr. „Die Idee ist, dass wir alle Prozesse ausführen können, die ein menschlicher Handwerker ausführen kann, und sogar einige Prozesse, die Menschen nicht ausführen können, weil wir mehr Kraft mit größerer Präzision anwenden können. »
Diese Flexibilität, die metallurgische Roboter bieten, ermöglicht auch die Herstellung kundenspezifischer Teile, die sonst nicht möglich wären. Dazu gehören die von der NASA begehrten ringförmigen (Donut-förmigen) Treibstofftanks seit etwa einem halben Jahrhundert.
Edward Mehr (rechts), CEO von Machina Labs, steht hinter einem 15 Fuß langen ringförmigen Kraftstofftank.Machina-Labors
„Die größte Herausforderung dieser Stauseen ist die Komplexität ihrer Geometrie“, erklärt Mehr. „Vor sechzig Jahren hat die NASA sie in Gruppen von sehr erfahrenen Handwerkern ausgebildet, aber viele von ihnen existieren nicht mehr. Mehr erklärt, dass die einzige andere Möglichkeit, diese Geometrie zu erreichen, die Verwendung von Matrizen sei, aber für die NASA wäre es praktisch unmöglich, die Verwendung einer Matrize zu rechtfertigen, die für einen Treibstofftank entwickelt wurde, der notwendigerweise an ein einzelnes Raumschiff angepasst wurde. „Einer der Hauptgründe, warum wir keine Ringtanks verwenden, ist, dass sie einfach schwierig herzustellen sind. »
Machina Labs stellt derzeit Ringtanks für die NASA her. Im Moment formen die Roboter sie nur, was der schwierigste Teil ist. Anschließend schweißt der Mensch die Teile zusammen. Aber nichts hindert Roboter daran, den gesamten Prozess von Anfang bis Ende und noch effizienter durchzuführen. Im Moment tun sie es auf „humane“ Weise und bauen auf den bestehenden Plänen der NASA auf. „In Zukunft“, sagt Mehr, „werden wir diese Tanks tatsächlich aus einem oder zwei Teilen formen können.“ Das ist der nächste Bereich, den wir gemeinsam mit der NASA erforschen: Wie können wir Dinge anders machen, nachdem wir nicht mehr auf menschliche Ergonomie hin entwerfen müssen? »
Die „Roboterhandwerker“ von Machina Labs arbeiten zu zweit, um das Blech zu formen, wobei auf jeder Seite des Blechs ein Roboter sitzt. Die Roboter richten ihre Werkzeuge leicht versetzt zueinander aus, mit dem Metall dazwischen, sodass sich das Blech zwischen den Werkzeugen biegt, wenn die Roboter über das Blech fahren.Machina-Labors
Das Video oben zeigt Machinas Roboter bei der Arbeit an einem Tank mit 4.572 m Durchmesser, der wahrscheinlich für den Mond bestimmt ist. „Die Hauptanwendung sind Mondlander“, sagt Mehr. „Ringförmige Tanks senken den Schwerpunkt des Fahrzeugs im Vergleich zu kugelförmigen oder pillenförmigen Tanks. »
Die Schulung dieser Roboter für die Arbeit mit Metall erfolgt hauptsächlich durch physikbasierte Simulationen, die Machina selbst entwickelt hat (da die vorhandene Software zu langsam ist), gefolgt von von Menschen geführten Iterationen auf der Grundlage der tatsächlich gewonnenen Daten. Die Art und Weise, wie sich Metall unter Druck bewegt, lässt sich recht gut simulieren, und obwohl es sicherlich noch eine Lücke zwischen Simulation und Realität gibt (besonders schwierig ist es, zu simulieren, wie das Roboterwerkzeug an der Oberfläche des Materials haftet), sammeln die Roboter so viele empirische Daten, dass Machina macht erhebliche Fortschritte in Richtung vollständiger Autonomie und findet sogar Möglichkeiten, den Prozess zu verbessern.
Ein Beispiel für die Art komplexer Metallteile, die Machina-Roboter herstellen können.Machina-Labors
Letztlich will Machina mithilfe von Robotern alle Arten von Metallteilen herstellen. Im kommerziellen Bereich erforschen sie Möglichkeiten wie Karosserieteile, die die Möglichkeit bieten, das Erscheinungsbild Ihres Autos eher in Bezug auf die Geometrie als auf die Farbe zu verändern. Da zur Bedienung dieses Systems einige leistungsstarke Roboter erforderlich sind, wird sich Roboforming wahrscheinlich nicht so weit verbreiten wie der 3D-Druck. Das allgemeine Konzept bleibt jedoch dasselbe: physische Objekte zu einem Softwareproblem und nicht zu einem Hardwareproblem zu machen, um eine groß angelegte Anpassung zu ermöglichen .
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