재프로그래밍 가능한 재료는 선택적으로 자체적으로 가능합니다.

Aug 06, 2023

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자동화된 제조는 오늘날 어디에나 존재하지만, 한때는 최초의 완전 자동화된 산업 공정을 창안한 것으로 알려진 올리버 에반스(Oliver Evans)와 같은 발명가가 제분소를 건설하고 1700년대 후반에 점진적으로 자동화하면서 탄생한 초기 분야였습니다. 자동화된 구조나 기계를 만드는 프로세스는 여전히 하향식이므로 사람, 공장 또는 로봇이 조립 및 제작을 수행해야 합니다.

그러나 자연이 조립하는 방식은 어디에서나 상향식입니다. 동물과 식물은 세포 수준에서 자가 조립되며, 우리를 계속 움직이게 하는 다양한 기능을 모두 인코딩하는 목표 기하학적 구조로 자가 접히는 단백질에 의존합니다. 보다 생체에서 영감을 받은 상향식 조립 방식을 위해서는 인간이 설계한 재료가 자체적으로 더 나은 성능을 발휘해야 합니다. 그러나 자연의 다재다능함을 모방할 수 있는 방식으로 확장 가능하고 선택적이며 재프로그래밍 가능하게 만드는 것은 몇 가지 문제를 의미합니다.

이제 MIT 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소(CSAIL)의 연구원들은 새로운 방법으로 이러한 성장통을 극복하려고 시도했습니다. 즉, 로봇 큐브와 같이 서로 다른 부품을 코팅하여 자체 조립할 수 있도록 자기적으로 재프로그래밍 가능한 재료를 도입하는 것입니다. 프로세스의 핵심은 이러한 자기 프로그램을 연결 대상에 대해 매우 선택적으로 만들어 특정 모양과 선택한 구성으로 강력한 자체 조립을 가능하게 하는 방법입니다.

연구원들이 사용한 연자성 재료 코팅은 저렴한 냉장고 자석에서 공급되었으며, 그들이 만든 각 큐브의 각 면에 자기 서명을 부여했습니다. 서명은 변환 및 회전 모두에서 각 면이 다른 모든 큐브의 다른 한 면에만 선택적으로 매력적임을 보장합니다. 약 23센트에 달하는 모든 큐브는 매우 미세한 해상도로 자기적으로 프로그래밍될 수 있습니다. 일단 물 탱크에 던져지면(데모에서는 8개의 큐브를 사용함) 완전히 무작위로 교란됩니다. 심지어 상자 안에서 흔들어도 됩니다. 서로 부딪칠 것입니다. 잘못된 짝을 만나면 떨어지지만, 적합한 짝을 찾으면 집착하게 됩니다.

의자에 조립해야 하는 가구 부품 세트를 생각해 보면 비유가 될 것입니다. 전통적으로 부품을 의자에 수동으로 조립하려면 일련의 지침이 필요했지만(하향식 접근 방식) 연구원의 방법을 사용하면 동일한 부품이 자기적으로 프로그래밍되면 단 하나의 도구를 사용하여 의자에 자체 조립됩니다. 충돌하게 만드는 무작위 교란. 그러나 생성된 서명이 없으면 의자의 다리가 잘못된 위치에 조립될 것입니다.

"이 작업은 특정 구조를 자체 조립할 수 있는 해상도, 비용 및 효율성 측면에서 한 단계 더 발전한 것입니다."라고 MIT 전기 공학 및 컴퓨터 과학과(EECS)의 박사 과정 학생인 Martin Nisser는 말합니다. CSAIL 소속이며 시스템에 관한 새 논문의 주요 저자입니다. "자기 조립의 이전 작업에서는 일반적으로 퍼즐 조각처럼 개별 부품이 기하학적으로 서로 달라야 했으며 이를 위해서는 모든 부품을 개별적으로 제작해야 했습니다. 그러나 자기 프로그램을 사용하면 균질한 부품을 대량 제조하고 특정 부품을 얻도록 프로그래밍할 수 있습니다. 중요한 것은 부품을 새로 제작할 필요 없이 나중에 새로운 모양을 얻을 수 있도록 재프로그래밍하는 것입니다."

팀의 자기 플로팅 머신을 사용하면 큐브를 플로터에 다시 붙이고 다시 프로그래밍할 수 있습니다. 플로터가 재료에 닿을 때마다 큐브의 연자성 코팅에 "북쪽" 또는 "남쪽" 방향의 자기 픽셀이 생성되어 필요할 때 큐브의 용도를 변경하여 새로운 대상 모양을 조립할 수 있습니다. 플롯을 작성하기 전에 검색 알고리즘은 각 서명이 이전에 프로그래밍된 모든 서명과의 상호 호환성을 확인하여 성공적인 자체 조립을 위해 충분히 선택되었는지 확인합니다.