Продолжение. (начало👆)

Системой очистки пока можно пренебречь, так как еще непонятно, что именно и где там будет пачкаться. Вероятнее всего, какой-то мусор будет сыпаться сквозь сеть роборамок вниз, где, при необходимости может дежурить слой открытых коробок. Также пока можно не делать лизосому - деструктор, разрушающий застрявшие и не откликающиеся элементы робофабрики. Покровная система, «в поле» образующая внешние слои робоклетки для изоляции ее от окружающей среды, для прототипа не нужна — наоборот, интересно же видеть и снимать на камеру, как он работает.

Итак, имеем следующий набор органоидов прототипа робоклетки:

1. Рабочая часть
1. Элементный сепаратор
2. Система синтеза технологических материалов
3. Фабрикатор
2. Служебная часть
1. Опорно-двигательная система
2. Транспортно-складская система
3. Система питания
4. Система выделения


При этом, некоторые из них, особенно в рабочей части, могут оказаться сложными и распределенными и все должны быть совместимы между собой. Но единый стандарт и интерфейс для всех задать можно будет только после их появления. Поэтому начать можно с разработки хотя бы каких прототипов всех этих органоидов. Видя их работу в качестве прототипов, можно будет понять соображения для выбора оптимального типового размера для всех элементов, единых программных, материальных, тепловых и электрических интерфейсов и т.д..

Пока же при создании разрозненных и разношерстных составляющих робофабрику устройств стоит ориентироваться (не догматически) на объемы порядка 250х350х400 мм. То, что не может быть в них втиснуто, пусть лучше собирается из нескольких компонентов или разделится на несколько компонентов с разным функционалом. Все эти системы можно уже сейчас начать разрабатывать параллельно.

В результате, прототип робофабрики должен самостоятельно подъедать мусор из кучи или бака, и, питаясь электричеством от электросети и обмениваясь данными с персональным компьютером, производить копии всех тех компонентов, из которых состоит, автоматически располагать их в нужных местах и приводить в действие. Извне это должно выглядеть как сетчатый шкаф, кишащий транспортно-складскими коробочками и с ускорением растущий в заданном направлении. Затем его можно будет переключить на выпуск какой-нибудь продукции попроще чем он сам — и он должен будет ее выдавать в растущих объемах потребляя лишь электроэнергию и мусор, самостоятельно ремонтируясь путем утилизации и повторного производства всех своих компонентов.

Далее предстоит составить более точное описание рабочей части — как разделяются элементы (основной вариант - термохимия), куда что идет, какие материалы формируются (в минимальном варианте - PETG, PANI, PVA пластики и какие-нибудь соли железа и меди) и все это утрясти между собой.

Эскиз (био)химического цикла прототипа робоклетки. Красное - еще не дорисованные до ацетилена оборванные цепочки. Синее - производственные модули. Оранжевое - входы-выходы.

Лекции по технологической платформе "Нано" на YouTube:

1. Подходы и планы работ по созданию наномашин
2. Наноассемблер: электроника и софт
3. Наноассемблер: рабочий агрегат
4. Наноассемблер: дорожная карта

Готовлю материалы для лекции 5. "Устройство и работа простейшего нанофабрикатора".

Эскиз полного метаболического цикла прототипа робоклетки

Казалось бы, причем здесь робофабрика, естественным образом создающая на большой глубине километровые пустоты, нуждающаяся в тераваттах энергии и способная к непрерывной регенерации участков, находящихся в экстремальных условиях?

Развитие концепции робоклетки

Размещение привода в каждом блоке рамы требует весьма компактных печатаемых моторов и контроллеров. Чтобы на первых порах не зависеть от этого, сделаем многочисленные рамы максимально пассивными и простыми, перенеся привод и электронику в подвижные блоки. Таким образом, робоклетка может состоять из робоблоков шести типов:

Т-блоки – транспортные, выполняют роль тягачей. Способны перемещать любые другие блоки по сетчатой раме, включая блоки рамы. Могут смонтировать и демонтировать на место блок рамы или на него блок другого типа. Опционально, могут поворачивать блоки. Могут

Р-блоки – рамные. В развернутом состянии образуют пустотелую трехмерную сетку – раму – по которой тягачи могут двигаться в трех осях и перемещать прочие блоки. В свернутом сотоянии достаточно малы чтобы быть произведены и перемещаемы внутри рамы. Опционально, могут проводить и коммутировать электроэнергию, электрические и световые сигналы, жидкости и разы. Рама должна обеспечивать некоторую гибкость (подвижность, адаптивность) на случай ударных и сейсмических волн.

С-блоки – складские. Емкости или контейнеры для хранения и транспортировки различных предметов и химических веществ. Траспортируются при помощи Т-блока.

О-блоки – обрабатывающие. Обрабатывают другие блоки в широком смысле – производят, модифицируют, чистят, утилизируют. Например, один Ф-блок выполняет многокомпонентную 3D-печать, другой – гальванические операции, третий – сборочные и т.д. Между операциями обрабатываемый блок перемещается при помощи Т-блока. Обрабатываться может как блок, так и содержимое С-блока.

К-блоки – коннекторы (соединители). Используются для осуществления технологических процесов, при которых несколько блоков должны взаимодействовать одновременно. К-блок помещается между О-блоками (при помощи Т-блока) и выдвигает (сам или под воздействием Т-блока) соединительные разъемы, упирающиеся в разъемы О-блоков и соединяющие их. Таким образом, между О-блоками может передаваться вещество, тепло, электричество и т.д., что позволяет собирать сложные технологические установки. Ведь чтобы О-блоки можно было перемещать по раме, их размер должен быть несколько меньше шага рамы и между ними возникают пустоты. А механизм, автоматически осуществляющий соединение О-блоков через эти пустоты занял бы много дефицитного объема внутри О-блоков, поэтому он вынесен в отдельный К-блок. К-блоки так же как и Р-блоки должны выдерживать смещения и небольшие рывки соединяемых блоков. Опционально, К-блоки могут направлять передаваемые по ним предметы и субстанции, например, под углом, накапливать и коммутировать их.

Ф-блоки – функциональные. Выполняют те или иные специальные функции – опорно-двигательные, защитные, ввода-вывода, управляющие, коммуникационные и т.д. Размещаются внутри Р-блоков и перемещаются Т-блоками. Могут быть подвижными, например, блок-сборщик мусора.

Р-, Т- и С-блоки составляют транспортно-складскую инфраструктуру (цитоплазму) робоклетки. Ф-блоки (стенки и устройства ввода-вывода) формируют клеточную оболочку.
О- и К-блоки составляют химико-энергетический комбинат и производственные мощности клетки. Наконец, из Ф-блоков состоит компьютер (ядро), где хранится информация о структурах, производимых О-блоками.

Биоподобное программмирование и управление в робоклетке

Регулировка количества блоков разного типа в робоклетке, направления перемещения каждого блока в данный момент времений, их состояний осуществляется наподобие эндокринной системы, через “диффузию” цифровых сигналов по раме. Впервые данный механизм описан в работе А. Тьюринга (того самого) “Химические основы морфогенеза” в 1952 году.

На практике его можно реализовать на современном языке высокого уровня, например python, задавая перечень сигналов, характер их распространения между блоками рамы, условия их генерации и порядок отклика на них блоков. После чего данная “прошивка” записывается во все блоки робоклетки.

Например, блок, производящий волокно для работы 3D-принтера “генерирует” сигнал А (чем полнее буфер для готового волокна, тем интенсивнее). Например, при 100% заполнении, А=1. Соседний с ним блок рамы, принимает этот сигнал, делит пополам и в нем уже А = 0.5. Следующий за ним блок рамы таким образом, приобретает значение А = 0.25 и т.д. Т-блок с пустой емкостью для волокна может легко добраться до его источника, двигаясь в направлении градиента сигнала А.

Как только Т-блок оказался носителем не пустой, а полной волокна емкости, он начинает игнорировать сигнал А и наводиться по градиенту сигнала Б, точно так же продуцируемого “голодным” принтером, волокно в котором на исходе.

Так произвольное число Т-блоков будет курсировать между произвольным числом принтеров и источников волокна, рационально и без сложного детального программмирования.

Ингибирование сигналов может, напротив, заставить Т-блоки обходить стороной определенные участки клетки, например, препятствовать захламлению зон незавершенного строительства. Если Р-блок, не имеющий соседа, например, сверху будет издавать специальный сигнал, то по его уровню в каждой точке можно будет знать расстояние до верхней точки, а соотнеся с уровнем сигнала "снизу" - общий размер клетки.

Углы и ребра клетки могут издавать свои специфические сигналы. Можно ввести и разнообразные производные сигналы – интегральные, дифференциальные, булевы и т.д.

Заказали печать и передачу 16 экземпляров книги НТСГ в следующие библиотеки через книжную палату РГБ. Там есть библиотеки Парламента и Администрации Президента, не исключено, что кто-нибудь из государственных мужей, советников, экспертов туда заглядывет. И, получив задание разработать научно-техническую стратегию, возьмет - да и спишет с книжки 😌...

Пример дизайна компонента для полностью автоматического производства

Используемые технологии - многокомпонетная FDM-печать и гальваническое осаждение.

Одним из вызовов при разработке 100% самовоспроизводящегося FDM-принтера является производство экструдера, который подлежит нагреву до температуры плавления пластиков, с которыми работает принтер. Поэтому он не может состоять из них. Использование стадии электроосаждения позволет решить эту проблему.

Показаны используемые материалы и стадии изготовления экструдера:

А - многокомпонентная печать
Б - лабиринт для прокачки электролита с открытыми полимерными электродами после обработки растворителем №1
В - электроосажденный железный элемент с утоньшением в области резистивного нагрева
Г - электроосажденные медные элементы (проводники нагревателя, радиатор, теплопроводная оболочка сопла)
Д - готовый экструдер после удаления вспомогательных материалов растворителем №2
Е - показаны все слои, таким образом проект может выглядеть в специализированном CAD

Ориентировочный перечень НИОКР по разработке ядра платформы Милли (простейшей самовоспроизводящейся в природных условиях робофабрики):

I Этап. Фабрика, способная автоматически производить сложные металлопластиковые конструкции, расти, ограниченно саморемонтироваться.

* Переключатель филамента на основе Prusa MMU
* Принтер Direct типа (возможно, тоже Prusа, изначально совместимая с mmu)
* Экструдер филамента 1.75 мм
* Электрореактор для получения ПАНИ
* Реактор для синтеза ПВА водорастворимого пластика
* Ванночка для растворения металлолома (Fe, Cu) в электролит
* Устройство гальв. электроосаждения
* Система хранения катушек филамента
* Транспортер
* Опорная рамка
* Блок подключения внешнего питания и управления
* Алгоритмы управления и взаимодействия

II Этап. Способность к массовому производству несложных металлопластиковых изделий по ничтожно малой себестоимости. Снижение зависимости от внешней среды.

* Дробилка для пласт. отходов
* Термопластавтомат
* Блок удаления отходов
* Блок захвата сырья
* Блок установки электроники
* Блок хранения анилина
* Блок хранения HCL
* Блок приготовления солянокислого анилина
* Многоуровневая модель фабрики

III Этап. Способность к использованию и утилизации любых отходов и минералов. Отсутствие зависимости от покупного сырья и полное самовоспроизводство кроме оптоэлектроники.

* Реакторы для получения PETG и TPU и цепочка реакторов к ним и к PANI, и к PVA от ацетилена
* Реактор для получения ацетилена и CaOH из карбида и воды
* Электролизёр для получения металлического Ca
* Конкурирующий Mg цикл
* Реактор для восстановления смеси материалов Ca (желательно, с отводом энергии)
* Цепочка реакторов разделения смеси восстановленных элементов
* Реактор синтеза кварца (желательно заданной формы и с отводом энергии)
* Реактор синтеза сапфира (желательно заданной формы и с отводом энергии)
* Блок-радиатор
* Перевод всех блоков на собственную печатаемую конструкцию
* Блок 3d печати стеклом, кварцем или сапфиром для герметичных хим прибором
* Блоки хранения всех элементов и реагентов
* Блок клеточной оболочки
* Блок уборщик
* Генераторы электроэнергии разных типов
* Блоки автоматической добычи природных ресурсов

IV Этап. Полное самовоспроизводство, включая оптоэлектронику и ЭВМ. Способность массово автоматически производить сложные устройства (напрмер, дроны) по нулевой себестоимости.

* Процессы и материалы органической (опто)электроники, их синтез и применение
* Процессы и материалы литографической (опто)электроники, их синтез и применение
* Альтернативные направления электроники (механо, вакуумная, пневмо/гидро, электромагнитная и электростатическая, сегнетоэлектрическая, кристаллическая)
* Перевод всех блоков на собственную печатаемую электронику
* Блок-компьютер
* Блок доп. памяти
* Блок пользовательского интерфейса
* Блок беспроводных коммуникацией
* Блок умной утилизации
* Блоки контроля доступа

V Этап. Отладка, документирование и выпуск платформы в массовое использование.

* Согласование, взаимная увязка блоков, оптимизация их состава и производительности, надежности, исключения взаимного влияния
* Совмещение функций блоков где уместно для компактности ядра
* Исключение/обход узких мест тех. циклов ограничивающих продуктивность
* Формирование и тесты первой полноценной версии ядра
* Документирование ядра
* Копирование и распространение ядра
* Начало распределённой эксплуатации платформы
* Разработка и прототипирование многочисленной периферии

Порядок НИОКР по созданию полностью 3D-печатных БПЛА

БПЛА состоят из следующих групп компонентов (по возрастанию сложности производства): корпусных деталей, моторов, аккумуляторов, силовой электроники, электронно-вычислительной техники и доп.оборудования.

1.Освоение производства корпусных деталей путем 3D-печати, литья, электрохимического осаждения и других технологий.
- серийное производство деталей, востребованных в производстве популярных дронов
- произодство прототипов и экспериментальных корпусных изделий - расходного материала в НИОКР проводимых разраотчиками дронов
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона

2.Освоение производства электродвигателей для движителей БЛА коптерного и самолетного типов

Производство электродвигателей предполагается в частности, путем 3D-печати системы оправок и гальванического выращивания медных (проводники) и железных (магнитопроводы) компонентов.

- автоматическое производство электродвигателей существующих типов, востребованных в производстве популярных дронов
- опытное производство цельнопечатных электродвигателей
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными печатными двигателями

3.Освоение производства химических (тепловых) двигателей и трансмиссий

Путем 3D-печати системы оправок и гальванического выращивания металлических компонентов из лома.

- автоматическое производство двигателей существующих типов, востребованных в производстве популярных дронов
- опытное производство цельнопечатных двигателей
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными двигателями и элементов трансмиссии

4.Освоение производства печатаемых искусственных мышц на основе электроактивных полимеров

- синтез электроактивных материалов различных типов
- опытное производство печатаемых искусственных мышц
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными крыльями и их приводом на основе искусственных мышц

5.Освоение производства печатаемых аккумуляторов и химических источников тока

Одними из наиболее эффектвиных аккумуляторов на сегодня являются Li-Po с электродами на основе полианилина. В последнее время появляются научные статьи о перспективности кальция как материала для аккумуляторов как более распространенного элемента и обеспечивающего большую емкость.

- опытное производство Li-Po и перспективных Ca-Po акумуляторов популярных типоразмеров
- опытное производство печатаемых аккумуляторов, одноразовых батарей и топливных элементов с высоким отношением запасаемой энергии к массе
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными источниками тока

6. Освоение производства силовой электроники (драйверов бесколлекторных электродвигателей)
- автоматическое производство драйверов двигателей существующих типов, востребованных в производстве популярных дронов
- отработка различных технологий автоматического производства силовой электроники (литография, стереолитография, печать материалами органической электроники)
- опытное производство цельнопечатных драйверов
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными драйверами

7. Освоение производства электронно-вычислительной техники (полетных контроллеров, видеокамер, тепловизоров, приемопередатчиков, сенсоров)

Для выполнения большинства задач БПЛА достаточно зрения и интеллекта насекомого. Трехмерная печать позволяет располагать и соединять сенсорные и вычислительные элементы в объеме произвольным образом, пронизывая их сетями охлаждения, создавая высочайший параллелизм.
Примером являются биологические нервные узлы и сети, работающие с сигналами, распространяющимися в миллионы раз медленнее электронных, но за счет этих факторов обеспечивающие отличную производительность.

(продолжение 👇)

(начало 👆)

- автоматическое производство устройство электронно-вычислительной техники, востребованных в производстве популярных дронов
- отработка различных технологий автоматического производства электронно-вычислительной техники (литография, стереолитография, печать материалами органической электроники)
- опытное производство цельнопечатных устройств электронно-вычислительной техники
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными устройствами электронно-вычислительной техники

8. Освоение производства доп. оборудования (хвостовики, зарядные устройстава, РЭР, РЭБ, устройства маскировки и т.д.)
- автоматическое производство востребованной номенклатуры доп. оборудования
- опытное производство печатаемого доп. оборудования
- прототипирование цельнопечатной рамы перспективного дрона с интегрированными доп. оборудованием

9. Освоение производства цельнопечатных дронов

Огромные потребности в дронах с постоянно меняющейся конфигурацией и характеристиками могут быть закрыты только путем полностью автоматического производства без какого-либо участия человека. При этом средства производства должны быстро появиться в огромном количестве (распространиться за счет самовоспроизводства) и бы компактными, универсальными, рассредоточенными (многокомпонентная 3D-печать), использующими бросовое, распространенное сырье.

- прототипирование и всесторонние испытания образцов в разных условиях
- автоматическое массовое производство
- организация адаптации конструкции и технологии производства к непрерывным изменениям

Крылья и многокомпонентная печать

* Серые гуси достигают высоты свыше 10 км.
* Золотистая ржанка, которая без посадки пересекает участок Тихого океана между Аляской и Гавайскими островами, равный 3 500 км, со средней скоростью 50 км в час.
* Малый веретенник летит без остановки неделю, преодолевая 10-12 тыс км.
* Полярная крачка весом 100 грамм летит до места зимовки в одну сторону около 30-40 тыс. км.
* Черный стриж непрерывно находится в воздухе по 2-4 года, пролетая при этом по 500 000 км.

Вот межконтинентальное будущее дронов.

Искусственные мышцы различных типов на основе электропроводных/электроактивных полимеров разрабатываются давно, но благодаря многокомпонентной печати они могут быть снабжены недостающим пока компонентом: трехмерной интегрированной сетью сосудов управления, питания, охлаждения.

С другой стороны, крылья сравнительно с пропеллерами предъявляют гораздо меньшие требования к скоростным характеристикам и износостойкости узлов и материалов, что удобно для 3d печати, так как не нужны скоростные и термостойкие подшипники. Так же использование мышц вместо электромагитных двигателей позволяет значительно упростить конструкцию множества 3D-печатных объектов, в том числе самих 3D-принтеров, облегчая и ускоряя их размножение.

Кроме того, конечно, птицы в полете подстраиваются под потоки воздуха, используя их для набора высоты и дармовых перемещений, иногда преодолевая огромные расстояния без единого взмаха крыла.

Нельзя также не отметить преимущества крыльев движимых мышцами перед пропеллерами, вращаемыми электромоторами и ДВС с точки зрения акустического и электромагнитного шума. А птицеподобный полет развивает уже начавшуюся тенденцию мимикрии беспилотников под пернатых.

Еще в большей мере это относится к плавникам.

Робот, печатающий сам себя. Именно такие робокорни, растущие аналогично растительным, предполагается использовать в робофабриках для добычи полезных ископаемых, прокладки коммуникаций, преодоления оборонительных сооружений...

Для этого должен быть оснащен вот такой землеройной головой или чем-то в этом роде.

https://youtu.be/nqkKtJniUFs?si=WRgaUI2WS4c_23cO

Пример архитектуры робофабрики с рамками и транспортерами.

Вот видите, говорят, что мы забегаем слишком вперед, а на самом-то деле мы опаздываем...

⚡️В отсутствии боеприпасов Украина пытается построить 1.000.000 дронов на мощностях маленьких рассредоточенных предприятий, — Wall Street Journal.

Главное из статьи:

— Мастерская на западе Украины — один из десятков стартапов, производящих тысячи FPV-дронов ежемесячно;

— Из-за российских ударов производители БпЛА делают свои предприятия маленькими — пару десятков сотрудников в одном здании, чтобы сохранить производство в тайне;

— В настоящее время Украина производит 62 вида беспилотников. Идет работа, чтобы они летели дальше, несли больше нагрузки и имели хорошую защиту от РЭБ;

— Только одно предприятие, состоящие из пары десятков работников производит 3000 FPV-БпЛА в месяц и планирует нарастить производство до 10000 дронов;

— Большинство деталей изготавливается на 3D-принтерах самостоятельно;

— Одна компания разработала крупный ударный дрон, способный нести 9 кг взрывчатки. Идет работа над внедрением искусственного интеллекта.

Пришли печатные экземпляры. Кто-нибудь может посодействовать в их передаче государственным мужам? 🤔

Аналитическое агенство Exactitude Consultancy опубликовало аналитический отчет по исследованию рынка военной 3D-печати

Ожидается, что глобальный рынок военной 3D-печати вырастет на 26% в год в период с 2020 по 2029 год. К 2028 году он превысит 2029 миллиардов долларов США.

Факторы, способствующие расширению рынка военной 3D-печати:
1. Растущая потребность в эффективных и доступных технологиях производства деталей и оборудования для военного применения.
2. Возможность производить детали "по требованию" может устранить необходимость в огромных запасах и длительных цепочках поставок.

Ключевые игроки рынка:
3D Systems Inc.,
ExOne Company,
General Electric Company,
Markforged,
Materialize NV,
Stratasys, Ltd.,
Proto Labs, Inc.,
Autodesk Inc,
Dassault Systems,
Optomec, Inc,
Fracktal Works Private Limited,
Ultimaker

С точки зрения получения дохода Северная Америка доминирует на рынке военной 3D-печати.

Полный отчет можно почитать тут