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,。即使是對于在增材制造領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗(yàn)的工人,，有時操作也很困難,，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)的潛在錯誤，并在必要時實(shí)時糾正它們,，而且不需要人類的協(xié)助,。首先，最重要的是,，這個學(xué)習(xí)系統(tǒng)已經(jīng)通過模擬學(xué)習(xí)了一個神經(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

為什么人工智能會被應(yīng)用于3D打印,？

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："這個項(xiàng)目確實(shí)是建立一個使用機(jī)器學(xué)習(xí)來學(xué)習(xí)復(fù)雜控制策略的制造系統(tǒng)的第一個示范,。如果你有更智能的制造機(jī)器，它們可以實(shí)時適應(yīng)工作場所不斷變化的環(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)時情況,，本項(xiàng)目開發(fā)了一個機(jī)器視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩個攝像頭,，它們的焦點(diǎn)一直在打印機(jī)的噴嘴上,，在打印時記錄材料的特性。然后對所提供的圖像進(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)生錯誤，通常是因?yàn)橄到y(tǒng)在打印時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,。為了同樣解決這個問題，研究人員還創(chuàng)建了一個數(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),。一位研究人員評論說："我們發(fā)現(xiàn)的有趣的事情是,，通過實(shí)施這個噪音模型，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)。"