Pisanje s tekočo vrvjo

Ameriška raziskovalna skupina je z uporabo algoritmov strojnega učenja izpeljala novo strategijo nadzora gibanja tiskalne šobe. Ta pristop izkorišča nestabilnost tekočine in spontano odlaganje ter zvijanje filamenta in tako ustvarja tiskano sliko z večje razdalje. Izsledke so objavili v reviji Soft Matter.

Z računalniško krmiljeno šobo tridimenzionalnega tiskalnika ustvarjamo kompleksne tridimenzionalne vzorce. Napake pri tiskanju z višine se običajno pojavijo zaradi neenakomerno iztisnjenih oziroma odtisnjenih snovi in nestabilnosti viskoznega filamenta, kot je prepogibanje in zvijanje curka. Preprost trik za preprečevanje napak je vodenje trajektorije šobe tik nad tiskalno površino, tako da natanko posnema ciljni vzorec. Tako povečamo natančnost izrisa po posameznih slojih tridimenzionalnega predmeta, vendar je zato tiskanje običajno počasnejše.

Izhodišče študije je fizikalni model, ki opisuje lastnosti tankih niti viskozne tekočine, iztisnjene z višine. Ugotovili so, da je pri majhnih višinah curek raven in se z višanjem krmila začne počasi zvijati. Ob primerjavi z eksperimenti so opazili, da je treba za risanje želenega vzorca nadzorovati različne parámetre, denimo pozicijo krmila v prostoru in nagib ter hitrost šobe.

Znanstvenice in znanstveniki so se vprašali, ali se lahko naprava nauči krmiliti šobo ter pri tem uporabi strategije za nadzor parámetrov. V kodi so implementirali algoritme spodbujevanega učenja, oblike strojnega učenja, ki se od nadzorovanega učenja razlikuje po tem, da nam ni treba napovedati parov vhodnih in izhodnih podatkov. Pri spodbujevanem učenju zgolj podamo smernice za interakcijo z okolico v obliki nagrade oziroma kazni. Računalniško krmilo se mora o krmiljenju šobe odločati sámo, tako da zaporedje njegovih odločitev doseže ciljno stanje. V primeru šobe in viskozne tekočine je cilj končni vzorec, ki ga mora krmilo s priučenim vodenjem zadeti s filamentom.

Sprva so učenje računalniškega krmila preizkusili ob enostavnih nalogah, denimo narisati ravno črto in napisati ime mesta »Cambridge«. V nadaljevanju pa so naloge otežili in na kompleksnejših vzorcih preverili, ali se lahko krmilo poleg pisanja nauči še slikati. Za navdih so vzeli slike ameriškega slikarja Jacksona Pollocka, znanega po slogu »slikanja na daljavo«. Pri slikanju je pustil, da je barva curljala s čopiča ali palice, ki jo je držal daleč nad platnom, s čimer je izkoriščal nestabilnosti zvijanja curka tekočine. V raziskavi so se omejili na del slike, ki mu lahko sledimo kot neprekinjeni krivulji, ta del pa je krmilo uspešno reproduciralo.

Na koncu raziskave so pristop, razvit za viskozne tekočine, iztisnjene na gladke površine, preverili s tiskom čokoladnega sirupa na vafelj. Opazili so ustrezno ujemanje med natisnjeno obliko in ciljnim vzorcem. Ugotovili so, da krmilo med tiskanjem z višine naravno obvladuje hrapave površine, v nasprotju s tradicionalnim neposrednim tiskom. Predvidevajo, da je takšen pristop mogoče nadalje razširiti denimo na tiskanje na topografsko zanimivejše površine in zlaganje tekočega filamenta v več plasti.

ZbritOFF je natisnila Tina.

Vir naslovne slike: cnn.com/

DOI https://doi.org/10.1039/D3SM00177F