കമ്പ്യൂട്ടർ വിഷൻ കോൺടാക്റ്റ് ഫ്രീ 3 ഡി പ്രിന്റിംഗ് പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, മുമ്പ് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അച്ചടിക്കാൻ എഞ്ചിനീയർമാരെ അനുവദിക്കുന്നു.

3 ഡി ഇങ്ക്ജെറ്റ് പ്രിന്റിംഗ് സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് ഭാരമേറിയ വസ്തുക്കൾ ഗ്രഹിക്കാൻ മതിയായ ശക്തവും എന്നാൽ മനുഷ്യരുമായി സുരക്ഷിതമായി ഇടപഴകാൻ പര്യാപ്തവുമായ റോബോട്ടിക് ഗ്രിപ്പറുകൾ പോലുള്ള മൃദുവും ദൃഢവുമായ ഘടകങ്ങളുള്ള ഹൈബ്രിഡ് ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും.

ഈ മൾട്ടിമെറ്റീരിയൽ 3 ഡി പ്രിന്റിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ റെസിൻ ചെറിയ തുള്ളികൾ നിക്ഷേപിക്കാൻ ആയിരക്കണക്കിന് നാസിലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവ ഒരു സ്ക്രാപ്പർ അല്ലെങ്കിൽ റോളർ ഉപയോഗിച്ച് സുഗമമാക്കുകയും അൾട്രാവയലറ്റ് വെളിച്ചം ഉപയോഗിച്ച് സുഖപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, സുഗമമായ പ്രക്രിയയ്ക്ക് സാവധാനം സുഖപ്പെടുത്തുന്ന റെസിനുകൾ സ്ക്വിഷ് ചെയ്യുകയോ സ്മിയർ ചെയ്യുകയോ ചെയ്യാം, ഇത് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന വസ്തുക്കളുടെ തരങ്ങൾ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

എംഐടി, ഇടിഎച്ച് സൂറിച്ച് ഗവേഷകരിൽ നിന്ന് ഒരു മുന്നേറ്റം

എംഐടി, എംഐടി സ്പിനൗട്ട് ഇങ്ക്ബിറ്റ്, ഇടിഎച്ച് സൂറിച്ച് എന്നിവിടങ്ങളിലെ ഗവേഷകർ ഒരു പുതിയ 3 ഡി ഇങ്ക്ജെറ്റ് പ്രിന്റിംഗ് സംവിധാനം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. 3 ഡി പ്രിന്റിംഗ് ഉപരിതലം യാന്ത്രികമായി സ്കാൻ ചെയ്യാനും ഓരോ നോസിൽ നിക്ഷേപത്തിന്റെയും റെസിൻ അളവ് തത്സമയം ക്രമീകരിക്കാനും അവരുടെ പ്രിന്റർ കമ്പ്യൂട്ടർ വിഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

റെസിൻ സുഗമമാക്കാൻ മെക്കാനിക്കൽ ഭാഗങ്ങൾ ആവശ്യമില്ലാത്തതിനാൽ, പരമ്പരാഗതമായി 3 ഡി പ്രിന്റിംഗിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന അക്രിലേറ്റുകളേക്കാൾ സാവധാനം സുഖപ്പെടുത്തുന്ന വസ്തുക്കളുമായി ഈ കോൺടാക്റ്റ്ലെസ് സിസ്റ്റം പ്രവർത്തിക്കുന്നു. മന്ദഗതിയിലുള്ള ചില മെറ്റീരിയൽ കെമിസ്ട്രികൾക്ക് കൂടുതൽ ഇലാസ്തികത, ഈടുനിൽപ്പ് അല്ലെങ്കിൽ ദീർഘായുസ്സ് എന്നിവ പോലുള്ള അക്രിലേറ്റുകളേക്കാൾ മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം നൽകാൻ കഴിയും.

3D പ്രിന്റിംഗിലെ വേഗതയും കൃത്യതയും

ശ്രദ്ധേയമായി, ഓട്ടോമാറ്റിക് സിസ്റ്റം അച്ചടി പ്രക്രിയ നിർത്തുകയോ മന്ദഗതിയിലാക്കുകയോ ചെയ്യാതെ ക്രമീകരണങ്ങൾ തുടരുന്നു. തൽഫലമായി, ഈ പ്രൊഡക്ഷൻ ഗ്രേഡ് പ്രിന്റർ താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന 3 ഡി ഇങ്ക്ജെറ്റ് പ്രിന്റിംഗ് സിസ്റ്റത്തേക്കാൾ 660 മടങ്ങ് വേഗതയുള്ളതാണ്.

മൃദുവും ദൃഢവുമായ വസ്തുക്കൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന സങ്കീർണ്ണവും റോബോട്ടിക് ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ഈ പ്രിന്റർ ഉപയോഗിച്ചു. ഉദാഹരണത്തിന്, അവർ പൂർണ്ണമായും 3 ഡി പ്രിന്റഡ് റോബോട്ടിക് ഗ്രിപ്പർ നിർമ്മിച്ചു, ഇത് ഒരു മനുഷ്യ കൈയുടെ ആകൃതിയിലുള്ളതും ശക്തിപ്പെടുത്തിയതും എന്നാൽ വഴക്കമുള്ളതുമായ ഒരു കൂട്ടം ടെൻഡോണുകളാൽ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു.

“ഇവിടെ ഞങ്ങളുടെ പ്രധാന ഉൾക്കാഴ്ച ഒരു മെഷീൻ വിഷൻ സിസ്റ്റവും പൂർണ്ണമായും സജീവമായ ഫീഡ്ബാക്ക് ലൂപ്പും വികസിപ്പിക്കുക എന്നതായിരുന്നു. ഇത് ഒരു പ്രിന്ററിന് ഒരു കൂട്ടം കണ്ണുകളും തലച്ചോറും നൽകുന്നതിന് തുല്യമാണ്, അവിടെ കണ്ണുകൾ എന്താണ് അച്ചടിക്കുന്നതെന്ന് നിരീക്ഷിക്കുന്നു, തുടർന്ന് യന്ത്രത്തിന്റെ മസ്തിഷ്കം അടുത്തതായി എന്താണ് അച്ചടിക്കേണ്ടതെന്ന് നിർദ്ദേശിക്കുന്നു,” എംഐടിയിലെ ഇലക്ട്രിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ്, കമ്പ്യൂട്ടർ സയൻസ് പ്രൊഫസറും എംഐടി കമ്പ്യൂട്ടർ സയൻസ് ആൻഡ് ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് ലബോറട്ടറിയിലെ കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ഡിസൈൻ ആൻഡ് ഫാബ്രിക്കേഷൻ ഗ്രൂപ്പിന് നേതൃത്വം നൽകുന്നതുമായ വോജ്സിച് മാറ്റുസിക് പറയുന്നു.

ഇ.ടി.എച്ച് സൂറിച്ചിലെ ഡോക്ടറൽ വിദ്യാർത്ഥിയായ പ്രധാന എഴുത്തുകാരൻ തോമസ് ബുച്ച്നർ, സഹ-അനുബന്ധ രചയിതാവും ഇ.ടി.എച്ച് സൂറിച്ചിലെ സോഫ്റ്റ് റോബോട്ടിക്സ് ലബോറട്ടറിക്ക് നേതൃത്വം നൽകുന്ന റോബോട്ടിക്സ് അസിസ്റ്റന്റ് പ്രൊഫസറുമായ റോബർട്ട് കാറ്റ്ഷ്മാൻ എന്നിവരും പ്രബന്ധത്തിലുണ്ട്. അതുപോലെ ETH സൂറിച്ച്, ഇങ്ക്ബിറ്റ് എന്നിവിടങ്ങളിലെ മറ്റുള്ളവരും. നേച്ചര് ജേണലില് നവംബര് 15ന് പഠനം പ്രസിദ്ധീകരിക്കും.

കോൺടാക്റ്റ് ഫ്രീയും വൈവിധ്യമാർന്നതുമായ അച്ചടി

ഈ പേപ്പർ 2015 ൽ ഗവേഷകർ അവതരിപ്പിച്ച മൾട്ടിഫാബ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ള മൾട്ടിമെറ്റീരിയൽ 3 ഡി പ്രിന്റർ നിർമ്മിക്കുന്നു. അൾട്രാവയലറ്റ് ശുദ്ധീകരിച്ച റെസിൻ ചെറിയ തുള്ളികൾ നിക്ഷേപിക്കാൻ ആയിരക്കണക്കിന് നാസിലുകൾ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട്, മൾട്ടിഫാബ് ഒരേസമയം 10 മെറ്റീരിയലുകൾ വരെ ഉപയോഗിച്ച് ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ 3 ഡി പ്രിന്റിംഗ് പ്രാപ്തമാക്കി.

ഈ പുതിയ പ്രോജക്റ്റ് ഉപയോഗിച്ച്, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന വസ്തുക്കളുടെ ശ്രേണി വിപുലീകരിക്കുന്ന കോൺടാക്റ്റ്ലെസ് പ്രക്രിയ ഗവേഷകർ തേടി.

വിഷൻ-കൺട്രോൾഡ് ജെറ്റിംഗ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു സാങ്കേതികവിദ്യ അവർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, ഇത് നാല് ഉയർന്ന ഫ്രെയിം-റേറ്റ് ക്യാമറകളും അച്ചടി ഉപരിതലത്തെ വേഗത്തിലും തുടർച്ചയായും സ്കാൻ ചെയ്യുന്ന രണ്ട് ലേസറുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആയിരക്കണക്കിന് നാസിലുകൾ റെസിൻ ചെറിയ തുള്ളികൾ നിക്ഷേപിക്കുമ്പോൾ ക്യാമറകൾ ചിത്രങ്ങൾ പകർത്തുന്നു.

കമ്പ്യൂട്ടർ വിഷൻ സിസ്റ്റം ഇമേജിനെ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഡെപ്ത് മാപ്പിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് നിർവഹിക്കാൻ ഒരു സെക്കൻഡിൽ താഴെ സമയമെടുക്കും. ഇത് ഡെപ്ത് മാപ്പിനെ ഫാബ്രിക്കേറ്റ് ചെയ്യുന്ന ഭാഗത്തിന്റെ സിഎഡി (കമ്പ്യൂട്ടർ എയ്ഡഡ് ഡിസൈൻ) മോഡലുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുകയും അന്തിമ ഘടന ഉപയോഗിച്ച് വസ്തുവിനെ ലക്ഷ്യത്തിൽ നിലനിർത്താൻ നിക്ഷേപിക്കുന്ന റെസിൻ അളവ് ക്രമീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഓട്ടോമേറ്റഡ് സിസ്റ്റത്തിന് ഏത് വ്യക്തിഗത നോസിലിലും ക്രമീകരണങ്ങൾ വരുത്താൻ കഴിയും. പ്രിന്ററിന് 16,000 നോസിലുകൾ ഉള്ളതിനാൽ, ഫാബ്രിക്കേറ്റ് ചെയ്യുന്ന ഉപകരണത്തിന്റെ മികച്ച വിശദാംശങ്ങൾ സിസ്റ്റത്തിന് നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും.

“ജ്യാമിതീയമായി, ഒന്നിലധികം മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച നിങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമുള്ള എന്തും അച്ചടിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും. നിങ്ങൾക്ക് പ്രിന്ററിലേക്ക് അയയ്ക്കാൻ കഴിയുന്ന കാര്യങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ മിക്കവാറും പരിമിതികളൊന്നുമില്ല, നിങ്ങൾക്ക് ലഭിക്കുന്നത് യഥാർത്ഥത്തിൽ പ്രവർത്തനപരവും ദീർഘകാലം നിലനിൽക്കുന്നതുമാണ്,” കാറ്റ്ഷ്മാൻ പറയുന്നു.

സിസ്റ്റം നൽകുന്ന നിയന്ത്രണ നില മെഴുക് ഉപയോഗിച്ച് വളരെ കൃത്യമായി അച്ചടിക്കാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് ഒരു വസ്തുവിനുള്ളിൽ കാവിറ്റികൾ അല്ലെങ്കിൽ ചാനലുകളുടെ സങ്കീർണ്ണമായ ശൃംഖലകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള പിന്തുണാ വസ്തുവായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉപകരണം ഫാബ്രിക്കേറ്റ് ചെയ്തതിനാൽ ഘടനയ്ക്ക് താഴെയാണ് മെഴുക് അച്ചടിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇത് പൂർത്തിയായ ശേഷം, വസ്തു ചൂടാക്കപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ മെഴുക് ഉരുകുകയും പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് വസ്തുവിലുടനീളം തുറന്ന ചാനലുകൾ അവശേഷിപ്പിക്കുന്നു.

ഓരോ നോസിലുകളും നിക്ഷേപിക്കുന്ന മെറ്റീരിയലിന്റെ അളവ് തത്സമയം യാന്ത്രികമായും വേഗത്തിലും ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ, അത് നിലനിറുത്താൻ സിസ്റ്റത്തിന് അച്ചടി ഉപരിതലത്തിലുടനീളം ഒരു മെക്കാനിക്കൽ ഭാഗം വലിച്ചിഴക്കേണ്ടതില്ല. ഇത് കൂടുതൽ ക്രമേണ സുഖപ്പെടുത്തുന്ന വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കാൻ പ്രിന്ററെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, കൂടാതെ ഒരു സ്ക്രാപ്പർ പുരട്ടുകയും ചെയ്യും.

മികച്ച മെറ്റീരിയലുകൾ

3 ഡി പ്രിന്റിംഗിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പരമ്പരാഗത അക്രിലിക് മെറ്റീരിയലുകളേക്കാൾ മന്ദഗതിയിലുള്ള തയോൾ അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിച്ച് അച്ചടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ഈ സംവിധാനം ഉപയോഗിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, തയോൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വസ്തുക്കൾ കൂടുതൽ ഇലാസ്തികമാണ്, മാത്രമല്ല അക്രിലേറ്റുകളെപ്പോലെ എളുപ്പത്തിൽ പൊട്ടിപ്പോകില്ല. വിശാലമായ താപനിലയിൽ അവ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളവയാണ്, മാത്രമല്ല സൂര്യപ്രകാശവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ വേഗത്തിൽ നശിക്കില്ല.

“ഒരു യഥാർത്ഥ ലോക പരിതസ്ഥിതിയുമായി ഇടപഴകേണ്ട റോബോട്ടുകളോ സിസ്റ്റങ്ങളോ നിർമ്മിക്കാൻ നിങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുമ്പോൾ ഇവ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട സവിശേഷതകളാണ്,” കാറ്റ്ഷ്മാൻ പറയുന്നു.

നിലവിലുള്ള 3 ഡി പ്രിന്റിംഗ് സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിക്കാൻ അസാധ്യമായ നിരവധി സങ്കീർണ്ണമായ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഗവേഷകർ തയോൾ അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കളും മെഴുകും ഉപയോഗിച്ചു. ഒന്ന്, അവർ 19 സ്വതന്ത്രമായി പ്രവർത്തനക്ഷമമായ ടെൻഡോണുകൾ, സെൻസർ പാഡുകളുള്ള മൃദുവായ വിരലുകൾ, കട്ടിയുള്ള, ഭാരം വഹിക്കുന്ന അസ്ഥികൾ എന്നിവയുള്ള ഒരു ഫംഗ്ഷണൽ, ടെൻഡോൺ നയിക്കുന്ന റോബോട്ടിക് കൈ നിർമ്മിച്ചു.

“വസ്തുക്കളെ മനസ്സിലാക്കാനും അവ ഗ്രഹിക്കാനും കഴിയുന്ന ആറ് കാലുകളുള്ള നടത്ത റോബോട്ടും ഞങ്ങൾ നിർമ്മിച്ചു, ഇത് മൃദുവായതും ദൃഢവുമായ വസ്തുക്കളുടെ വായു കടക്കാത്ത ഇന്റർഫേസുകളും ഘടനയ്ക്കുള്ളിലെ സങ്കീർണ്ണമായ ചാനലുകളും സൃഷ്ടിക്കാനുള്ള സിസ്റ്റത്തിന്റെ കഴിവ് കാരണം സാധ്യമായിരുന്നു,” ബുച്ച്നർ പറയുന്നു.

സംയോജിത വെൻട്രിക്കിളുകൾ, കൃത്രിമ ഹൃദയ വാൽവുകൾ എന്നിവയുള്ള ഹൃദയം പോലുള്ള പമ്പിലൂടെയും നോൺ-ലീനിയർ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളുള്ള മെറ്റാ മെറ്റീരിയലുകളിലൂടെയും ടീം സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രദർശിപ്പിച്ചു.

“ഇതൊരു തുടക്കം മാത്രമാണ്. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയിലേക്ക് നിങ്ങൾക്ക് ചേർക്കാൻ കഴിയുന്ന അത്ഭുതകരമായ പുതിയ തരം മെറ്റീരിയലുകൾ ഉണ്ട്. മുമ്പ് 3 ഡി പ്രിന്റിംഗിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയാത്ത മുഴുവൻ പുതിയ മെറ്റീരിയൽ കുടുംബങ്ങളെയും കൊണ്ടുവരാൻ ഇത് ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു, “മാറ്റുസിക് പറഞ്ഞു.

ടിഷ്യു-എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഹൈഡ്രോജെലുകൾ, സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയലുകൾ, എപോക്സികൾ, പ്രത്യേക തരം ഡ്യൂറബിൾ പോളിമറുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് അച്ചടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ സിസ്റ്റം ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കാവുന്ന മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, അർദ്ധചാലക പോളിഷിംഗ് പാഡുകൾ, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ റോബോട്ടുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള പുതിയ ആപ്ലിക്കേഷൻ മേഖലകൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാനും അവർ ആഗ്രഹിക്കുന്നു.

അവലംബം: “കോമ്പോസിറ്റ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്കും റോബോട്ടുകൾക്കുമായുള്ള വിഷൻ നിയന്ത്രിത ജെറ്റിംഗ്” 15 നവംബർ 2023, നേച്ചർ.

DOI: 10.1038/s41586-023-06684-3