MIT研究人員在3D打印中整合人工智能，實(shí)現(xiàn)直接墨水書寫的閉環(huán)控制

導(dǎo)讀：隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，與之相關(guān)的應(yīng)用程序和技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。即使是對(duì)于在增材制造領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗(yàn)的工人，有時(shí)操作也很困難，特別是涉及到為3D打印調(diào)整參數(shù)的過程，這往往會(huì)需要大量人力資源和高昂的成本。3D打印的成功需要有合適的打印速度和相當(dāng)?shù)牟牧蠑?shù)量匹配，這些參數(shù)取決于技術(shù)和材料。

2022年8月11日，南極熊獲悉，為了在未來更容易解決打印參數(shù)修正的挑戰(zhàn)，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)使用人工智能（AI）來簡化這些問題。

研究人員開發(fā)的這種特殊人工智能是一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，目的是防止3D打印中材料加工內(nèi)的潛在錯(cuò)誤，并在必要時(shí)實(shí)時(shí)糾正它們，而且不需要人類的協(xié)助。首先，最重要的是，這個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)已經(jīng)通過模擬學(xué)習(xí)了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便它能夠理解哪些參數(shù)是正確的打印參數(shù)。經(jīng)過無數(shù)次的測(cè)試和試驗(yàn)，麻省理工學(xué)院的研究人員終于將他們的系統(tǒng)應(yīng)用于一臺(tái)3D打印機(jī)的實(shí)踐中，結(jié)果令人驚訝：由于匹配了合適的參數(shù)，3D打印的零件比平時(shí)要精確得多。

△數(shù)據(jù)顯示了打印過程中可能出現(xiàn)的不完美和問題。圖片來源：麻省理工學(xué)院

為什么人工智能會(huì)被應(yīng)用于3D打��？

由來自機(jī)械工程、電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的成員組成的研究團(tuán)隊(duì)在研究中一直有一個(gè)明確的目標(biāo)：簡化3D打印，從而也使公司更容易將新材料整合到他們的3D打印過程中，并對(duì)不斷變化的材料或環(huán)境條件作出完美反應(yīng)，從而不再對(duì)過程產(chǎn)生任何影響。主要作者以及麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授、計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）內(nèi)的計(jì)算設(shè)計(jì)和制造小組（CDFG）負(fù)責(zé)人Wojciech Matusik補(bǔ)充說："這個(gè)項(xiàng)目確實(shí)是建立一個(gè)使用機(jī)器學(xué)習(xí)來學(xué)習(xí)復(fù)雜控制策略的制造系統(tǒng)的第一個(gè)示范。如果你有更智能的制造機(jī)器，它們可以實(shí)時(shí)適應(yīng)工作場(chǎng)所不斷變化的環(huán)境，以提高產(chǎn)量或系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。你可以從機(jī)器中汲取到更多有用的東西"。

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)如今面臨著一個(gè)特別大的挑戰(zhàn)，即最佳的打印參數(shù)根據(jù)特定的情況而改變，這也意味著他們必須考慮材料在其他環(huán)境中的行為，與其他硬件的關(guān)系，甚至是否是新的批次。為了幫助他們了解3D打印機(jī)打印過程中的實(shí)時(shí)情況，本項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩個(gè)攝像頭，它們的焦點(diǎn)一直在打印機(jī)的噴嘴上，在打印時(shí)記錄材料的特性。然后對(duì)所提供的圖像進(jìn)行處理，以調(diào)整和避免在其余過程中記錄的缺陷。

通向成功的AI模擬之路

為了訓(xùn)練所開發(fā)的系統(tǒng)，研究人員使用 "試驗(yàn)和錯(cuò)誤 "的原則進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，其任務(wù)是讓系統(tǒng)自己選擇正確的壓力參數(shù)。如果發(fā)生錯(cuò)誤，通常是因?yàn)橄到y(tǒng)在打印時(shí)使用的材料過多或過少。研究人員還觀察到，3D打印過程在人工智能中的幫助下，經(jīng)過幾次模擬打印，展示出了更準(zhǔn)確的結(jié)果。

然而，現(xiàn)實(shí)世界不是模擬，這已不是什么秘密。為了同樣解決這個(gè)問題，研究人員還創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)字模型，將3D打印機(jī)的噪音等因素考慮在內(nèi)，這樣他們就可以將打印過程中出現(xiàn)的所有細(xì)節(jié)納入他們的系統(tǒng)。一位研究人員評(píng)論說："我們發(fā)現(xiàn)的有趣的事情是，通過實(shí)施這個(gè)噪音模型，我們能夠?qū)⒓兇庠谀�擬中訓(xùn)練的控制策略轉(zhuǎn)移到硬件上，而不需要用任何物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行訓(xùn)練。之后我們不需要在實(shí)際設(shè)備上做任何微調(diào)。"