CASESTUDY กรณีศึกษา
พลังงานและพืชการเรียน
หุ่นยนต์อัตโนมัติเต็มรูปแบบที่ใช้เครื่องพิมพ์ 3D (หุ่นยนต์เรดาร์สำหรับเจาะพื้น)
NASA JPL’s Team CoSTAR
2021.10.04 อัปเดต
NASA JPL’s Team CoSTAR
เกินขอบเขตของการค้นหา
“DARPA Subterranean Challenge” (DARPA) มีเป้าหมายเพื่อส่งเสริมการวิจัยที่ทันสมัยสำหรับการทหาร/การค้า/รัฐบาล โปรเจ็กต์มุ่งเน้นไปที่การใช้งานภาคพื้นดิน เช่น การสำรวจดาวเคราะห์, เหมือง, ถ้ำ และการค้นหาและกู้ภัยหลังภัยพิบัติทางธรรมชาติ และได้พัฒนาระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบสำหรับการสำรวจโพรงใต้ดินเพื่อเปิดใช้งาน ฉันจะทำต่อไป
สมาชิกที่เข้าร่วมโครงการนี้เรียกว่า “NASA JPL’s Team CoSTAR” (ต่อไปนี้จะเรียกว่า “CoSTAR”), NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), Massachusetts Institute of Technology (MIT), California Institute of Technology (Caltech), สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูง แห่งเกาหลี (KAIST), มหาวิทยาลัย Leleo ประเทศสวีเดน เข้าร่วมเป็นสมาชิกและมีส่วนร่วมในการพัฒนาแอปพลิเคชัน
ประกอบด้วยวิศวกร 60 คนจากทั่วโลก “CoSTAR” เป็นหนึ่งใน 10 ทีมที่เข้าร่วมการแข่งขัน “DARPA” ความท้าทายนี้จะถูกทดสอบใน 3 ขั้นตอนของพื้นที่
ประกอบด้วยสามพื้นที่: “อุโมงค์”, “เมือง” และ “ถ้ำ” จากนั้น “กิจกรรมสุดท้าย” ที่รวม 3 สภาพแวดล้อมจะจัดขึ้น หากสำเร็จ จะมอบรางวัลมูลค่า 2 ล้านเหรียญสหรัฐเพื่อเป็นทุนสนับสนุนโครงการวิจัยในอนาคต ทีม “CoSTAR” ได้อันดับที่ 2 ในพื้นที่อุโมงค์และที่ 1 ในเขตเมือง และในขณะที่เขียนบทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้มีคุณสมบัติสำหรับพื้นที่ถ้ำและกิจกรรมสุดท้าย
หุ่นยนต์อิสระ (ชื่อ Nebula) ที่พัฒนาโดย “CoSTAR” ใช้ชิ้นส่วนประมาณ 15 ชิ้นที่สร้างด้วยเครื่องพิมพ์ 3D Markforged
(แปลตามตัวอักษรว่า「หุ่นยนต์กู้คืนอัตโนมัติอเนกประสงค์ใต้ดิน」)
THE CHALLENGE
ภูมิประเทศของแต่ละพื้นที่แตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ อาจมีภูมิประเทศไม่เรียบ, พื้นที่แสงน้อย หรือแม้แต่บันได หุ่นยนต์อัตโนมัติต้องสามารถนำทางในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร ดังนั้นจึงมักจะล้มทับหรือแตกชิ้นส่วนที่สำคัญในระหว่างการทดสอบ “CoSTAR” ไม่เพียงแต่เตรียมระบบอัตโนมัติที่ทนทานต่อแรงกระแทกและน้ำหนักเบาไว้ล่วงหน้าเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถบำรุงรักษาชิ้นส่วนที่แตกหักในสถานที่ทำงานได้อย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงการออกแบบอย่างรวดเร็วระหว่างการทดสอบ ผมต้องเอาชนะคู่แข่ง เพื่อให้ทันกับการแข่งขัน จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาชิ้นส่วนที่เสียหายอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนแปลงการออกแบบอย่างรวดเร็ว หากชิ้นส่วนล้มเหลวในไซต์
ดังนั้น “CoSTAR” อาจจบลงด้วยวิธีการนี้ไม่ได้ ทีมมักจะเสี่ยงภัยในดินแดนที่ไม่คุ้นเคยและต้องการเครื่องมือที่จะช่วยให้ตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว ทีมงานได้เกณฑ์ Boston Dynamics เพื่อช่วยสร้างหุ่นยนต์สำรองสำหรับการแข่งขัน วิศวกรและนักออกแบบของ CoSTAR ต้องออกแบบและสร้างชิ้นส่วนเพิ่มเติมอย่างรวดเร็ว เช่น โครงยึดและตัวเรือน ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวหรือมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ จนถึงตอนนี้ เราใช้ไม้, การตัดเฉือน, เครื่องตัดเลเซอร์ ฯลฯ เพื่อทำชิ้นส่วน แต่เราคิดว่าเราต้องการตัวเลือกอื่นเพื่อทำให้ตัวเองแตกต่างจากทีมอื่น ๆ เครื่องพิมพ์ 3D เป็นโซลูชันที่สมบูรณ์แบบสำหรับการทำซ้ำอย่างรวดเร็วและปรับเปลี่ยนชิ้นส่วนเฉพาะจุด “CoSTAR” ที่เข้าใจข้อดีของเครื่องพิมพ์ 3D ได้แนะนำเครื่องพิมพ์ PLA 3D ราคาถูก อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนที่เกิดจากเครื่องพิมพ์ 3D อาจได้รับความเสียหาย ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้กับชิ้นส่วนที่สำคัญได้ และชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่แข็งแรงพอสำหรับหุ่นยนต์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ไลดาร์ราคาแพงที่ติดอยู่ที่ส่วนบนของหุ่นยนต์จะต้องไม่แตกหัก เพื่อให้สามารถใช้สัญญาณจากเซ็นเซอร์ได้อย่างแม่นยำ วัสดุที่ใช้ป้องกันเซ็นเซอร์จะต้องมีความแข็งแกร่งและทนต่อการสั่นสะเทือนได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ เครื่องพิมพ์ 3D ของ PLA ยังผลิตชิ้นส่วนที่มีผิวสำเร็จที่ไม่ดี ดังนั้นจึงต้องใช้เวลามากมายในการประมวลผลภายหลังการขึ้นรูป พวกเขาต้องการระบบที่สามารถนำไปที่ร้านค้าเพื่อสร้างต้นแบบการออกแบบได้อย่างรวดเร็ว สร้างชิ้นส่วนการผลิตหลังการทดสอบ และหลีกเลี่ยงขั้นตอนหลังการประมวลผลที่ใช้เวลานาน
THE SOLUTION
โชคดีที่ทีมสามารถเข้าถึงเครื่องพิมพ์ 3D ของ Markforged NASA JPL สมาชิกของ “CoSTAR” ได้ซื้อเครื่องพิมพ์ 3D Markforged แล้ว ดังนั้น “CoSTAR” จึงตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่า Markforged เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในการบรรลุความต้องการทั้งหมดของพวกเขา
เราพบว่าโครงยึดและฐานยึดที่แกะสลักโดยใช้ Markforged ทำงานได้ดีกว่าและเบากว่าอะลูมิเนียมมาก ยิ่งไปกว่านั้น ชิ้นส่วน Markforged สามารถใช้งานได้ซ้ำแล้วซ้ำอีกโดยไม่แตกหักและมีความทนทานสูง ซึ่งเป็นประโยชน์ในทุกด้าน
“CoSTAR” ใช้เครื่องพิมพ์ Markforged 3D เพื่อแทนที่กรงเซ็นเซอร์ lidar ราคาแพง $7,000 ด้วยโมเดล Markforged โดยใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบต่อเนื่อง ส่วนนี้ได้รับผลกระทบบ้าง แต่เซ็นเซอร์ผู้ขับขี่ไม่เสียหายเลย และส่วนการทำงานก็เสร็จสมบูรณ์
ในระหว่างการแข่งขัน ทีมงานได้เพิ่มจำนวนเครื่องพิมพ์ Markforged จาก 1 เป็น 3 ด้วยความช่วยเหลือจาก GovSmart ผู้จัดจำหน่ายในท้องถิ่นของ Markforged จากนั้น Markforged ก็สนับสนุน “CoSTAR” ในปี 2020 และจัดหาเครื่องพิมพ์เครื่องที่ 4 “CoSTAR” นำเครื่องพิมพ์ออกมา ตั้ง 2-3 ห้องในโรงแรม และผลิตชิ้นส่วนข้ามคืนเพื่อใช้งานในสถานที่ในวันรุ่งขึ้น ทีมงานเชื่อมั่นใน Markforged อย่างมาก โดยสร้างชิ้นส่วนในชั่วข้ามคืนและทดสอบชิ้นส่วนเหล่านี้ในเช้าวันรุ่งขึ้น MarkTwo ของพวกเขาสร้างเฉพาะผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงที่น่าเชื่อถือเท่านั้น
ด้วยความสามารถในการทำซ้ำของชิ้นส่วนที่พิมพ์บนเครื่องพิมพ์ Markforged และความสามารถในการสร้างชิ้นส่วนที่สวยงามและใช้งานได้จริงที่ไม่ต้องการการประมวลผลภายหลัง Markforged จึงเป็นทางออกที่ดีที่สุด
THE Future
“DARPA” Grand Challenge อาจเป็นเพียงการแข่งขันสำหรับหลาย ๆ คน แต่สำหรับ “CoSTAR” นั้นมีมากกว่านั้นมาก สำหรับพวกเขา ความท้าทายนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสำรวจใต้พื้นผิวบนดวงจันทร์, ดาวอังคาร และแม้แต่ดวงจันทร์ของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี โดยการสร้างความสามารถของหุ่นยนต์สำหรับการแข่งขันครั้งนี้ ทีมงานจะสำรวจสภาพแวดล้อมใต้ดินในภารกิจ NASA JPL ในอนาคต สำรวจต้นกำเนิดของชีวิต สิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือไม่ และมนุษย์อาจมีอยู่ในอนาคตหรือไม่ อยากจะทราบ ถ้ามันน่าอยู่ และเทคโนโลยี AM (Additive Manufacturing) ก็ช่วยพิสูจน์ว่าเราไปถึงที่นั่นได้
Markforged ภูมิใจที่ได้เป็นซัพพลายเออร์และสปอนเซอร์ให้กับ Team CoSTAR
※เว็บไซต์อ้างอิง：https://markforged.com/jp/resources/nasa-jpl-team-costar
※แปลโดย บริษัท เดต้า ดีไซน์ โซลูชั่นส์ (ประเทศไทย) จำกัด
※Data Design Solutions Thailand Co., Ltd. เป็นผู้จัดจำหน่ายในประเทศของ Markforged