E’ possibile stampare in 3D attuatori meccanici nati dall’Intelligenza Artificiale
Gli attuatori meccanici sono utilizzati in svariate applicazioni, dai macchinari ai robot. Gli attuatori meccanici a metamateriali consentono operazioni di input-output predeterminate. L’operazione sfrutta le caratteristiche architettoniche del singolo elemento stampato in 3D. La stampa 3D è un processo che appunto evita l’assemblamento e, di conseguenza, le debolezze strutturali delle giunture. La struttura di stampa è costituita da regioni di input / output disposti secondo una geometria triangolare.
Un team di ricercatori del Centro di Complessità e Biosistemi dell’Università di Milano ha creato un algoritmo e l’intelligenza artificiale (AI) per progettare attuatori a metamateriali ad alta efficienza, attraverso la stampa 3D. In questo modo, il progetto non è frutto della capacità umana ma di algoritmi. L’algoritmo infatti riesce a trovare la configurazione migliore per la risposta desiderata. La struttura finale verrà poi trasformata in una mesh, per essere simulata con FEM (metodo degli elementi finiti) e stampata in 3D.
Foto: Ufficio stampa
L’obiettivo del progetto è – e resterà – quello di progettare materiali con proprietà meccaniche e funzionalità sempre più all’avanguardia. Le sfide in questo modo si aprono all’applicazione ingegneristica. I metamateriali meccanici sono materiali strutturati su macroscala, ovvero una nuova classe di materiali artificiali progettati per avere proprietà eccezionali. Sono materiali che si distinguono da quelli “convenzionali” per caratteristiche d’eccezione. Proprietà adatte a settori di applicazione come il design industriale e l’architettura.
Attuatori meccanici progettati dall’IA e stampati in 3D
Tessuti, travi e altre strutture fondamentali nell’architettura. Un settore esploso, grazie alle tecnologie di produzione digitale, come la stampa 3D. Perchè è un modo di progettare più facile, con meno vincoli di scala e una geometria realizzabile a basso costo. Nei metamateriali le cellule costitutive degli attuatori lavorano insieme in un ordine ben definito per ottenere il movimento macroscopico desiderato. Fino ad ora, le strategie di progettazione erano basate solo su operazioni manuali.
La ricerca del CC&B ha mostrato che invece l’AI può migliorare l’intera fase di progettazione. “Abbiamo combinato diversi algoritmi di calcolo per essere in grado di ottimizzare la risposta dell’attuatore e poi abbiamo confrontato l’efficienza con gli attuatori progettati dall’uomo. Il design delle macchine batte sempre il design umano” spiega Silvia Bonfanti, assegnista del dipartimento di Fisica e prima autrice dell’articolo.
Foto: Ufficio stampa
L’investimento del Proof of concept grant METADESIGN dell’ERC
Mentre Roberto Guerra, ricercatore del dipartimento di Fisica e co-autore afferma “Abbiamo anche testato che le strutture progettate possono essere stampate in 3D e abbiamo confermato la loro alta efficienza”. Lo studio è stato coordinato da Stefano Zapperi, professore di fisica teorica della materia al dipartimento di Fisica. Il loro lavoro è stato pubblicato su “Nature Communications”, rivista scientifica peer-review.
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