로봇 금속가공인이 NASA를 위해 토로이드 탱크를 부활시키고 있습니다.

1960년대와 1970년대에 NASA는 많은 시간을 보냈습니다. 생각하다 토로이드형(도넛 모양) 연료 탱크가 우주선에 적합한지 여부. 토로이드형 탱크는 기존의 구형 연료 탱크에 비해 많은 잠재적인 이점이 있습니다. 예를 들어, 거의 40% 동일한 공간 내에 여러 개의 구형 탱크를 사용하는 경우보다 토로이드 탱크 내에서 더 많은 볼륨을 얻을 수 있습니다. 그리고 아마도 가장 흥미로운 점은 토로이드 탱크의 중앙을 통해 물건(엔진 뒤쪽과 같은)을 밀어 넣을 수 있다는 것입니다. 탱크가 구조적 하중도 처리할 수 있다면 상당한 효율성 향상으로 이어질 수 있습니다.

토로이드 탱크는 비교적 복잡한 모양 때문에 구형 탱크보다 만들기가 훨씬 어렵습니다. 이 탱크가 더 나은 성능을 낼 수 있지만, NASA는 더 이상 제조할 전문성이 없습니다. 각각은 고도로 숙련된 인간이 손으로 만들어야 하기 때문입니다. 하지만 Machina Labs라는 회사는 대신 로봇으로 이를 할 수 있다고 생각합니다. 그리고 그들의 비전은 우리가 금속으로 물건을 만드는 방식을 완전히 바꾸는 것입니다.

Machina Labs가 해결하려는 근본적인 문제는 금속으로 부품을 효율적으로 대량으로 제작하려면 느린 과정이라는 것입니다. 대형 금속 부품은 자체 맞춤형 다이가 필요하며, 이는 가능한 한 유연하지 않은 매우 비싼 일회용 다이이고, 그런 다음 전체 공장이 이러한 부품을 중심으로 건설됩니다. 이는 막대한 투자이며, 새로운 지오메트리, 기술, 소재 또는 시장을 찾는 것은 중요하지 않습니다. 가능한 한 원래의 것을 많이 만들어서 그 막대한 사전 비용을 정당화해야 하기 때문에 빠르고 유연한 혁신의 잠재력이 억제됩니다.

스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 손으로 금속 부품을 하나씩 만드는 매우 느리고 비싼 공정이 있습니다. 수백 년 전에는 이것이 오직 금속 부품을 만드는 방법: 숙련된 금속 작업자가 수개월 동안 손 도구를 사용하여 갑옷과 무기와 같은 물건을 만듭니다. 전문 금속 작업자의 좋은 점은 기술과 경험을 사용하여 무엇이든 만들 수 있다는 것입니다. Machina Labs의 비전은 바로 여기에서 나온다고 CEO는 설명합니다. 에드워드 메어 SpaceX에서 근무한 후 3D 프린팅 팀을 이끈 후 Machina Labs를 공동 창립했습니다. 상대성 공간.

“장인들은 다양한 도구를 집어서 금속에 창의적으로 적용하여 온갖 일을 할 수 있습니다. 어느 날 그들은 망치를 집어서 금속판으로 방패를 만들 수 있습니다.” Mehr가 말했습니다. “다음에는 같은 망치를 집어서 금속 막대로 칼을 만듭니다. 그들은 매우 유연합니다.”

인간 금속 작업자가 금속을 성형하는 데 사용하는 기술을 단조라고 하며, 이는 금속이 가공될 때 금속의 입자 흐름을 보존합니다. 주조, 스탬핑 또는 밀링 금속(모두 금속 부품 생산을 자동화하는 방법)은 단순히 단조된 부품만큼 강하거나 내구성이 없습니다. 이는 (예를 들어) 우주로 가야 하는 물건에 대한 중요한 차별화 요소가 될 수 있습니다. 하지만 이에 대해서는 잠시 후에 더 자세히 설명하겠습니다.

인간 금속 작업자의 문제점은 처리량이 나쁘다는 것입니다. 인간은 느리고, 특히 고도로 숙련된 인간은 잘 확장되지 않습니다. Mehr와 Machina Labs의 경우, 로봇이 들어오는 곳입니다.

“우리는 ‘로봇 장인’이라는 플랫폼을 사용하여 자동화하고 확장하고 싶습니다. 우리의 핵심 지원자는 인간 장인의 운동학을 제공하는 로봇과 프로세스를 제어할 수 있는 인공 지능입니다.” Mehr가 말했습니다. “개념은 인간 장인이 할 수 있는 모든 프로세스를 할 수 있고, 실제로 인간이 할 수 없는 일부 프로세스를 할 수 있다는 것입니다. 왜냐하면 우리는 더 정확하게 더 많은 힘을 가할 수 있기 때문입니다.”

로봇 금속가공업자가 제공하는 이러한 유연성은 다른 방법으로는 만들기 어려운 맞춤형 부품을 제작할 수 있게 해줍니다. 여기에는 NASA가 눈독을 들였던 토로이드(도넛 모양) 연료 탱크가 포함됩니다. 지난 반세기 동안.

Machina Labs의 CEO인 Edward Mehr(오른쪽)이 15피트 토로이드 연료 탱크 뒤에 서 있습니다.마키나 랩스

“이러한 탱크의 가장 큰 과제는 지오메트리가 복잡하다는 것입니다.” Mehr가 말했습니다. “60년 전 NASA는 매우 숙련된 장인들과 함께 범프 성형을 했지만, 그들 중 많은 사람들이 더 이상 존재하지 않습니다.” Mehr는 그 지오메트리를 얻는 다른 유일한 방법은 다이를 사용하는 것이라고 설명하지만, NASA의 경우 반드시 단일 우주선에 맞게 맞춤 제작된 연료 탱크에 다이를 만드는 것은 정당화하기 거의 불가능할 것입니다. “그래서 우리가 토로이드 탱크를 사용하지 않는 주된 이유 중 하나는 그것을 만드는 것이 어렵기 때문입니다.”

Machina Labs는 현재 NASA를 위한 토로이드 탱크를 만들고 있습니다. 현재 로봇은 어려운 부분인 모양만 만들고 있습니다. 그런 다음 인간이 조각들을 용접합니다. 하지만 로봇이 전체 프로세스를 처음부터 끝까지, 그리고 더욱 효율적으로 수행할 수 없는 이유는 없습니다. 현재 그들은 NASA의 기존 계획을 기반으로 “인간” 방식으로 작업하고 있습니다. Mehr는 “미래에는” 실제로 이러한 탱크를 하나 또는 두 개의 조각으로 만들 수 있다고 말합니다. 이것이 NASA와 함께 탐구하고 있는 다음 영역입니다. 이제 인간의 인체공학을 중심으로 설계할 필요가 없으므로 어떻게 다르게 할 수 있을까요?”

Machina Labs의 ‘로봇 장인’은 판금 모양을 만들기 위해 짝을 지어 작업하는데, 판금의 각 면에 로봇이 하나씩 있습니다. 로봇은 도구를 금속 사이에 약간 오프셋하여 정렬하여 로봇이 판금을 가로질러 움직일 때 도구 사이에서 구부러지도록 합니다.마키나 랩스

위의 영상은 Machina의 로봇이 직경 4.572m(15피트)의 탱크에서 작업하는 모습을 보여줍니다. 아마도 달로 향할 것입니다. Mehr는 “주요 용도는 달 착륙선입니다.”라고 말합니다. “토로이드 탱크는 차량의 중심을 구형 또는 알약형 탱크보다 낮게 만듭니다.”

이런 식으로 금속을 다루도록 로봇을 훈련하는 것은 주로 Machina가 사내에서 개발한 물리 기반 시뮬레이션을 통해 이루어지며(기존 소프트웨어가 너무 느림), 그 다음에는 결과적인 실제 세계 데이터를 기반으로 한 인간이 안내하는 반복이 이어집니다. 금속이 압력을 받을 때 움직이는 방식은 꽤 잘 시뮬레이션할 수 있으며, 시뮬레이션과 실제의 격차가 확실히 여전히 있지만(로봇의 도구가 재료 표면에 어떻게 부착되는지 시뮬레이션하는 것은 특히 까다로움), 로봇이 너무 많은 경험적 데이터를 수집하고 있어서 Machina는 완전한 자율성을 향해 상당한 진전을 이루고 있으며, 심지어 프로세스를 개선할 방법을 찾고 있습니다.

마키나 로봇이 만들 수 있는 복잡한 금속 부품의 예입니다.마키나 랩스

궁극적으로 Machina는 로봇을 사용하여 모든 종류의 금속 부품을 생산하고자 합니다. 상업적인 측면에서, 그들은 자동차 차체 패널과 같은 것을 탐구하고 있으며, 색상뿐만 아니라 기하학적으로 자동차의 모양을 변경할 수 있는 옵션을 제공합니다. 이를 위해 몇 대의 육중한 로봇이 필요하다는 것은 로보포밍이 3D 프린팅만큼 보편화될 가능성은 낮다는 것을 의미하지만, 더 광범위한 개념은 동일합니다. 즉, 물리적 객체를 하드웨어 문제가 아닌 소프트웨어 문제로 만들어 규모에 맞게 사용자 정의할 수 있도록 하는 것입니다.