可自我复制的3D打印机:能在月球上“自产自组装”

加拿大卡尔顿大学的研究团队研发出一种3D打印机,它可利用月球上发现的材料进行自我复制。 项目领导者、卡尔顿大学机械与航天工程系副教授亚力克斯·埃勒里(Alex Ellery)表示,这种技术将来可帮助人类3D打印月球基地,也可在月球上制造卫星和太阳护盾,以帮助对抗全球变暖。

埃勒里说:“我相信,这种可自我复制的机器将彻底改变太空探索行业,因为它可有效地绕过昂贵的发射成本。”

图:渥太华卡尔顿大学工程团队创造的3D打印发动机,这个团队尝试利用在月球上发现的材料制造可自我复制的3D打印机

工程师们设想,最初只需向月球上发射1台3D打印机,它可以利用月球上的现成材料,大量复制自己。当月球上的3D打印机数量足够多时,这个自我复制工厂的重点就会变成制造其他设备和基础设施,以便满足人类探索太空的需求。埃勒里说,他与同事们利用与月球上类似资源中提取的材料,已经接近完成3D打印全功能电动发动机的尝试。

埃勒里表示,虽然目前市场上有些3D打印机已经可以打印部分自我组装所需的零部件,但还没有任何打印机能够自主打印发动机和电子产品。他说:“我们最初以RepRap 3D打印机为模本,它可以打印许多自己所需的塑料部件。”这种打印机是一种开源设备,最初由英国巴斯大学的科学家开发。但是为了实现完全自我复制,它还需要打印金属棒、电动马达以及其他电子元件与软件,最后进行自我组装。

埃勒里及其团队正利用塑料和铁屑混合材料打印发动机的2个部件、定子以及转子,而需要制造混合材料的类似元素可从月球风化层(即月壤)中提取。

图:早期尝试利用3D打印技术在硅塑料基板上打印铝合金线,卡尔顿大学正开发这种3D打印机原型

月球3D打印机配有机械臂,可以铲起月壤,并利用所谓的菲涅耳透镜聚集阳光将其加热到900摄氏度高温。这个过程首先可从月壤中清除挥发性气体,随后可将钛铁矿分离出来,以便用于提取铁。埃勒里解释说:“虽然我们使用聚乳酸塑料打印零部件,但我设想利用硅塑料取代它,后者可利用月球上的挥发性碳化合物以及月球水制造。”

至于通过3D方式打印发动机的下一步,研究人员的目标是将铝卷打印到聚乳酸塑料基板上以取代发电机的线圈,因为后者可使用常规材料打印。在月球上,铝可以取代铁镍钴合金,而塑料可被陶瓷基板取代,后者可通过融化月壤获得。

埃勒里说:“通过将铝卷打印到塑料基板上产生的磁场实际上非常弱,为此我们还需要找到其他方法,以便增加更多层次,进而增加通过它们的电流量。但是最终,我们要做的是将它们整合到发动机中,以便利用3D打印技术制造出完整的核心。”

埃勒里相信,他可以在几个月内制造出3D打印的全功能发动机。完全自我复制机器的另一个先决条件——电子元件,可能需要更长时间来解决。他说:“我们正研究真空管,因为在月球上建造固态电子元件几乎是不可能的。如果你使用真空管,唯一需要的材料就是镍、钨以及玻璃,它们都可以在月球上提取。”

埃勒里表示,自我复制机器可能使用神经网络(即模仿人类大脑的计算机系统模型),因为与传统计算机系统相比,它体型更小,使用3D打印更容易。卡尔顿大学研发团队已经开发出试验性神经网络,并利用其控制小型登陆车。埃勒里称:“当发动机和电子控制器被打印出来后,我们就可以打印任何机器人,包括3D打印机本身,还有铣床、钻头、车床以及挖掘机等。如果你拥有可自我复制的机器,你就可以在月球表面建造起巨大的生产设施。”

这样的机器可以帮助建立月球基地,以迎接进入太空的宇航员。它还可以用来建造便宜的空基太阳能发电站,配备有太阳能电池板的卫星可以将阳光转化为能源,然后将其发送给地球。人类也可以建造太空盾保护地球,使其免受太阳辐射影响,这可能帮助对抗全球变暖。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2017-06-09

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