KI steuert Morphing-Oberflächen, um die Reibung in Maschinen zu reduzieren

03 (Nanowerk-Neuigkeiten) Mechanische Systeme, in denen bewegliche Teile regelmäßig in Kontakt kommen, sind anfällig für Schäden durch Reibungseffekte. Forscher der Universität Tohoku haben ein Kontaktkontrollsystem entwickelt, das von künstlicher Intelligenz gesteuert wird, um den Kontakt mit beschädigten Bereichen stark zu reduzieren. Obwohl es derzeit nur in Laborexperimenten getestet wird, glauben sie, dass es letztendlich dazu beitragen könnte, dass viele Arten von Maschinen reibungsloser laufen. „Dies könnte die Designstrategie mechanischer Systeme weg vom traditionellen Ansatz der Entwicklung neuer und überlegener Materialien hin zur Entwicklung von Oberflächen verlagern, die sich aktiv anpassen können, um den Schaden zu reduzieren“, sagt Professor Motoyuki Murashima. Die Arbeit (Tribologie International, „Neuartige Reibungsstabilisierungstechnologie für Oberflächenschadensbedingungen durch maschinelles Lernen“) war eine Zusammenarbeit zwischen Murashima am Department of Mechanical Systems Engineering der Tohoku University und Kollegen an der Nagoya University und dem Korea Photonics Technology Institute in Südkorea. So vermeiden Sie den Kontakt mit beschädigten Positionen mithilfe von Morphing-Oberflächen. (Bild: Motoyuki Murashima) Die Forschung konzentriert sich auf das Potenzial innovativer Materialien mit „morphenden Oberflächen“, die je nach Umgebung, in der sie eingesetzt werden, verändert werden können. Diese Materialien werden von mehreren Forschungsgruppen entwickelt, um eine gemeinsame Flexibilität nachzuahmen, die in gefunden wird lebende Systeme, wie z. B. Blattoberflächen, die sich als Reaktion auf Feuchtigkeitsschwankungen verändern. Ein Beispiel aus dem Ingenieurwesen, das zuvor von Murashima und Kollegen entwickelt wurde, ist eine Oberfläche, die aus einer Membran besteht, die von einem harten Substrat getragen wird, wobei Änderungen des Spannungsdrucks die Oberflächenmorphologien verändern. Das Team entwickelte ein Verfahren der künstlichen Intelligenz, bei dem Sensoren die Reibung zwischen zwei Oberflächen analysieren. Nachdem festgestellt wurde, wo Schäden auftreten, kann das Verfahren die „Morphing“-Fähigkeit der Oberfläche nutzen, um den Reibungskontakt mit beschädigten Bereichen zu minimieren.
So vermeiden Sie den Kontakt mit beschädigten Positionen mithilfe von Morphing-Oberflächen. ©Motoyuki Murashima „Dies ist die erste Forschung der Welt, die verwendet wird künstliche Intelligenz um die Form von Morphing-Oberflächen zu kontrollieren und die Position von Schäden auf interagierenden Oberflächen erfolgreich zu erkennen“, sagt Murashima. Im Verlauf der Analyse und Anpassung in simulierten Testfällen konnten die Forscher eine stetige Reduzierung der schwankenden Reibung erreichen, die durch den Kontakt zwischen betroffenen Teilen des untersuchten Materials verursacht wird.

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Das Proof-of-Concept-System verwendete Scheiben, die sich in einem Zylinder drehten. Der entscheidende nächste Schritt wird sein, sich Situationen anzunähern, in denen das Verfahren auf reale technische Herausforderungen angewendet werden könnte, wie z. B. Industriemaschinen. Das ultimative Ziel ist es, eine breite Palette von Maschinen mit weniger routinemäßigem Verschleiß und Schäden zu betreiben, eine längere Nutzungsdauer und Kosteneinsparungen durch weniger häufigen Austausch von Teilen zu erreichen. „Ein wichtiger nächster Schritt ist die Entwicklung ausgefeilterer Lern- und Steueralgorithmen, die die Zeit reduzieren, die zum Erlernen der Eigenschaften der analysierten Oberflächen benötigt wird, und somit eine verfeinerte und schnellere Steuerung erreichen, die Schäden verhindert“, sagt Murashima.

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62495.php