Thế giới tuần qua

63

Tuần này, các nhà nghiên cứu đã trang bị những công nghệ sẵn có để đưa ý tưởng của họ lên một tầm cao mới. Các kỹ sư ở California đã sử dụng một máy chiếu phim để in 3D các vật thể siêu mịn, có thể uốn cong. Hay một nhóm ở Massachusetts đã phân tích dữ liệu từ các máy bay không người lái để phát hiện sớm những vấn đề liên quan đến các tấm pin mặt trời. Và ngoài ra một nhóm ở New York đã sử dụng các khối Jenga để dạy cho robot đặc biệt của họ về các kỹ năng nhìn xa, lý luận không gian và vận động tinh. Cuối cùng là Robot phát triển mô hình bản thân và kim cương từ sợi carbon. Có thể nói khoa học chính là tổng hợp của sự kiên nhẫn và niềm đam mê.

Khoa học dẻo

Các nhà khoa học tại Đại học California, Berkeley, đã tạo ra một “bản sao” – được đặt theo tên của thiết bị “Star Trek” giúp hiện thực hóa các vật thể theo yêu cầu. Thiết bị sử dụng các tia sáng để định hình các vật thể in 3D . Kết quả nhận cho ra đời những vật thể “mượt mà hơn, linh hoạt hơn và phức tạp hơn những gì có thể làm với máy in 3D truyền thống.”

Các bộ phận được in 3D thường được tạo ra bằng cách nung chảy các lớp bột kim loại theo từng lớp phù hợp theo thiết kế của máy tính, điều này có thể dẫn đến hiệu ứng “cầu thang” dọc theo các cạnh của vật thể – về cơ bản, chi tiết cuối cùng không thể hoàn toàn trơn tru được. Thật khó để tạo ra các vật thể in 3D thực sự linh hoạt, chúng có thể cong vênh trong quá trình in. Tuy nhiên, phương pháp mới giúp loại bỏ những vấn đề đó và có thể được sử dụng cho các sản phẩm mỏng manh như chân giả và tròng kính mắt.

Trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí Hayden Taylor và nhóm của ông đã tạo ra một loại nhựa in 3D đặc biệt làm từ polymer lỏng với các phân tử nhạy sáng và oxy hòa tan. Ánh sáng kích hoạt các yếu tố nhạy sáng và làm cạn kiệt oxy, khiến vật liệu thay đổi từ lỏng sang rắn. “Về cơ bản, bạn đã có một máy chiếu video sẵn có mà tôi mang theo từ nhà, và sau đó bạn cắm nó vào máy tính xách tay và sử dụng nó để chiếu một loạt hình ảnh được tính toán, trong khi đó một động cơ quay ống hình trụ có chứa một loại nhựa in 3D” Taylor cho biết. Dù sao đó cũng là phiên bản dành cho những người không chuyên. Một lời giải thích đầy đủ hơn, dưới tiêu đề là “Sản xuất phụ gia thể tích thông qua tái cấu trúc chụp cắt lớp”, có thể được tìm thấy trong Khoa học.

“Mắt” trên bầu trời

Người đồng sáng lập của Raptor Maps là Nikhil Vadhavkar bên trái và Eddie Obropta. Ảnh: Bản đồ Raptor.

MIT spinoff Raptor Maps sử dụng các máy bay không người lái hỗ trợ học máy để theo dõi bất kỳ vấn đề nào của các tấm pin mặt trời, đảm bảo chúng được duy trì hiệu quả nhất có thể.

Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang phát triển rực rỡ, nhưng khi các trang trại năng lượng mặt trời lan rộng, họ gặp phải vấn đề bảo trì. Các nhà khai thác đã sử dụng máy bay không người lái để xác định các tế bào bị hư hỏng, nhưng điều đó có nghĩa là các kỹ thuật viên sẽ phải sàng lọc hàng núi dữ liệu để tìm ra vấn đề. Ngược lại, Raptor Maps chỉ định phần mềm tinh vi để xử lý dữ liệu đó. Sau đó, nó có thể ước tính được chi phí sửa chữa và giúp các kỹ thuật viên dành thời gian cho công việc của họ. Người đồng sáng lập và CEO Nikhil Vadhavkar cho biết, “Chúng tôi có thể cho phép các kỹ thuật viên hoạt động rộng khắp 10 lần lãnh thổ và xác định việc sử dụng tối ưu nhất những kỹ năng của họ vào một ngày bất kỳ nào đó.”

iên doanh được thành lập vào năm 2015 bởi một nhóm nhỏ sinh viên tốt nghiệp MIT với ý định ban đầu là tập trung vào ngành nông nghiệp. Vào năm 2017, họ đã công khai phần mềm học máy mà họ đã phát triển cho nông dân – nhưng lại phát hiện rằng hầu hết mọi người đang sử dụng nó cho các trang trại năng lượng mặt trời. Theo MIT, bản đồ Raptor đã tìm thấy thành công trong ngành bằng cách phát hành các tiêu chuẩn của mình để thu thập dữ liệu và cho phép khách hàng sử dụng phần cứng có sẵn [tức là máy bay không người lái] để thu thập dữ liệu. Sau khi dữ liệu được gửi đến công ty, hệ thống tạo ra một bản đồ chi tiết của từng trang trại năng lượng mặt trời và xác định chính xác mọi vấn đề đã được tìm thấy. Năm ngoái Raptor đã xử lý 4 gigawatt dữ liệu từ 6 lục địa tương đương với năng lượng đủ để cung cấp cho 3 triệu ngôi nhà.

Robot lắp ráp

Robot chơi Jenga thể hiện những ưu điểm vượt trội khi đạt được những cấp độ khó hơn nhiều so với các hệ thống trước đây: khả năng học nhanh chóng để thực hiện một nhiệm vụ, không chỉ từ các tín hiệu thị giác mà còn từ các tương tác vật lý, xúc giác. Ảnh: MIT News / Các nhà nghiên cứu.

Một robot khác của MIP, đang hoạt động gần mặt đất hơn: Các kỹ sư đã phát triển nó để chơi trò chơi Jenga.

Bất cứ ai chơi Jenga đều biết rằng nó đòi hỏi tầm nhìn xa, lý luận không gian và kỹ năng vận động tinh để giữ cho mọi thứ không bị sụp đổ – một sự kết hợp các khả năng mà robot có thể sử dụng ví như các dây chuyền sản xuất lắp ráp các sản phẩm phức tạp như điện thoại di động.Theo ông Alberto, giáo sư kỹ sư cơ khí của MIT: “Không giống như trong các nhiệm vụ hoặc trò chơi thuộc về nhận thức thuần túy như cờ vua, cờ vây, chơi trò chơi Jenga đòi hỏi phải thành thạo các kỹ năng thể chất như thăm dò, đẩy, kéo, đặt và sắp xếp các mảnh ghép. Nó đòi hỏi khả năng nhận thức và thao tác tương tác ở cấp độ cao hơn, nơi bạn phải đến, chạm vào tháp để tìm hiểu cách thức và thời điểm di chuyển các khối.”

Robot, được mô tả với chiều dài trong khoa học Robotics , được trang bị bộ kẹp mềm, vòng đeo tay cảm ứng lực và máy ảnh. Thay vì chỉ đơn giản là được lập trình để chơi Jenga, cỗ máy được lập trình để học trong quá trình chơi – phân tích kết quả của một số động thái nhất định để đưa ra lựa chọn thông minh hơn trong hành động tiếp theo. Mặc dù vậy, nó vẫn cần thời gian để học tập trước khi có thể trở thành một đối thủ cạnh tranh thành thạo với con người.

Tôi có một cánh tay. Đó là lý do tôi ở đây

Thế nhưng Jenga chỉ là một trò chơi trẻ con so với sự phát triển mới của Đại học Columbia. Một phát minh có thể đưa lĩnh vực robot đến gần hơn với mục tiêu từ xa xưa: cỗ máy có thể tự nhận thức. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một robot có thể tạo nên “tự mô phỏng” giống như cách con người có thể duy trì hình ảnh bản thân.

Trong phạm vi mà các nhà khoa học có thể lập trình robot để phát triển ý thức, nó có lẽ sẽ giúp hiểu về nguồn gốc ý thức của chính chúng ta – một trong những bí ẩn lớn của nhân loại. Nói một cách dễ hiểu hơn, chẳng hạn, một robot có nhận thức về cơ thể của chính nó có thể tự xác định được các khiếm khuyết và sửa chữa, nghĩa là nó sẽ được trang bị tốt hơn để vượt qua cuộc chiến kiểu Ma trận không thể tránh khỏi với nhân loại mà chúng ta đã được biết thông qua Hollywood. Giáo sư kỹ thuật cơ khí Hod Lipson, người chỉ đạo phòng thí nghiệm máy móc sáng tạo của Columbia, cho biết, nếu chúng ta muốn robot trở nên độc lập, thích nghi nhanh với các kịch bản không lường trước được bởi con người tạo ra, thì điều cần thiết đó chính là chúng phải học cách tự mô phỏng.

Học sâu hơn hoặc thực hành thật nhiều lần. Robot lúc đầu di chuyển ngẫu nhiên nhưng cuối cùng thì cũng đã có thể thu thập đủ dữ liệu về các chuyển động của nó với sự trợ giúp từ các thuật toán của các kỹ sư, nó có thể tự phát triển một nhận thức thô về bản thân. “Sau chưa đến 35 giờ huấn luyện, mô hình tự thân đã trở nên thích hợp với robot vật lý trong phạm vi khoảng bốn centimet”, theo như báo cáo của Columbia. Nó đã có thể sử dụng kiến ​​thức bản thân để nhặt những quả cầu nhỏ và di chuyển chúng vào một chiếc bình thủy tinh, nhận diện và làm quen với một phần khiếm khuyết mà các nhà nghiên cứu đã đặt vào nó. Dự án được mô tả thêm trong Science Robotics.

Sản xuất kim cương từ sợi carbon

Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao của (a) sợi nano carbon (CNF) trước kỹ thuật ủ xung laser (PLA), (b) CNF sau PLA cho thấy sự chuyển đổi sợi nano carbon thành sợi nano kim cương. Nguồn hình ảnh và chú thích: NC State University. Ảnh trên cùng: Máy ép kim cương của GE, GE tạo ra áp suất 1,5 triệu pound / inch và nhiệt độ 5.000 độ F. Máy ép đã ép một hỗn hợp kim loại-carbon đặc biệt mạnh đến nỗi sau 20 phút nó biến thành kim cương tổng hợp. Ảnh: Nghiên cứu toàn cầu GE.

Các nhà khoa học tại Đại học bang North Carolina đã xây dựng một phương pháp nhiệt độ phòng để biến sợi carbon thành sợi kim cương.

Kim cương không chỉ là vật liệu lấp lánh độc nhất mà chúng còn hữu ích trong các thiết bị quang học mà còn đóng vai trò là lớp phủ cho các công cụ cắt trong xây dựng, khoan dưới đáy biển và các ngành công nghiệp khác. Những viên kim cương tự nhiên cũng rất hiếm, đắt tiền và được tạo thành từ sâu trong lòng đất dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao. Việc khai thác kim cương cũng gặp rào cản bởi các vấn đề về vi phạm nhân quyền. Môi trường nhiệt độ và áp suất cực cao đó rất khó để có thể tái tạo trong phòng thí nghiệm, mặc dù nhiều người đã thử – bao gồm cả GE vào những năm 1950.

Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một phương pháp hai chiều: Đầu tiên, họ làm nóng chảy các sợi carbon bằng cách đốt nóng chúng thông qua các xung laser có nhiệt độ là 4.000 độ Kelvin – một quá trình mà chỉ mất 100 nano giây. Sau đó, họ nhanh chóng làm mát vật liệu trên đế được làm từ sapphire, thủy tinh hoặc nhựa polymer. Làm “siêu lạnh”, như được gọi là giúp ngăn carbon chuyển từ trạng thái rắn thành khí, điều mà thường xảy ra khi đun nóng. Giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu Jagdish Narayan, tác giả chính của một bài báo mới ở Nanoscale, cho biết, “Nếu không được bảo quản siêu lạnh, bạn không thể chuyển đổi carbon thành kim cương theo cách này.”

BÌNH LUẬN CỦA BẠN