Fem teknikskiften som kan förändra all tillverkning

2018-07-05 06:00  

Generativ design, molekylmekanik och skräddarsydda konsumentvaror. Från det obskyra till det vi tar för givet: Här är några av de mindre omskrivna teknikspår, som kan förändra tillverkningsindustrin i grunden.

Bygga molekyler: stor potential på nanonivå

Läkemedelsindustrin har länge intresserat sig för mikroskopiska, dna-baserade robotar som kan analysera biokemiska prover eller bygga aktiva substanser till läkemedel. Den befintliga tekniken har dock varit för långsam för att användas i större skala.

Nyligen har dock forskare vid Münchens tekniska universitet utvecklat en 25 nanometer lång dna-robot, som kan användas för att flytta omkring molekyler eller nanopartiklar. Eftersom dna-molekyler är negativt laddade kan den styras mycket snabbt med hjälp av riktade elektriska impulser. Ny Teknik skrev om innovationen tidigare i våras.

Enligt forskargruppen kan man initiera rörelser som är upp till 100 000 gånger snabbare än vad som tidigare varit möjligt på biokemisk väg.

I andra sektorer finns aktörer som inte bara drömmer om att bygga med molekyler, utan även om att sätta ihop själva molekylerna. Nya elektrolyter för bättre batterier, höjd verkningsgrad hos solceller, och katalysatorer som direkt omvandlar solljus till flytande bränsle är bara några av de idéer detta skulle kunna realisera.

Problemet är att elektronernas beteende, även i en förhållandevis enkel molekyl, är alltför komplext för dagens datorer att hantera.

Men nu har forskare vid ett IBM-labb utanför New York lyckats få en kvantdator på sju qubits att simulera den exakta strukturen hos berylliumhydrid. Den består bara av tre atomer men är den mest komplexa molekyl som någonsin modellerats med ett kvantsystem. Rimligtvis blir det möjligt att simulera större molekyler i takt med att utvecklarna bygger kvantdatorer med fler qubits.

Montera kretskort med ljus: billigare än robotar

I dag krävs dyra robotar för att montera och löda delar i elektroniska komponenter. Det är en process som har blivit allt svårare och mer tidskrävande i takt med att komponenterna blivit mindre och mindre.

En internationell forskargrupp vid University of Glasgow har utvecklat en ljusbaserad plattform, som skulle kunna användas för att tillverka komponenter till datorer och smartphones.

Den ljusbaserade metoden bygger på en optisk fälla, eller optoelektronisk pincett, som använder ljus för att fånga och manipulera små föremål i vätska. Forskargruppen har också utvecklat en metod för att frystorka bort vätskan på ett sätt som inte rubbar föremålens inbördes ordning.

-I princip kan vi flytta 10 000 lödkulor på samma gång. Kombinerat med vår frystorkningsmetod skapas en mycket billig plattform som passar för massproduktion, sa forskaren Shuailong Zhang i en artikel i Science Daily i vintras.

Forskargruppen leds av Steven Neale, som i en intervju i engineering.com liknade den optoelektroniksa pincetten med dragstrålen i Star Trek:

-De krafter som skapas av dessa optoelektroniska pincetter har jämförts med en Star Trek-lika dragstrålar som kan flytta föremål utan att något vidrör föremålen, sa han till tidningen.

Här går det att se hur lödkulorna flyttas:

Generativ design: datorn går från redskap till arbetspartner

Att själv skapa 3d-modeller av tänkta koncept är tidskrävande, och hämmas av den mänskliga hjärnans begränsade förmågor. Generativ design innebär, enkelt uttryckt, att designa algoritmer som instruerar artificiell intelligens att så effektivt som möjligt imitera olika naturliga händelseförlopp.

Programmet matas med information om vilka egenskaper produkten ska ha – vikt, styrka, material och så vidare – och kan utifrån de givna värdena föreslå tusentals olika varianter av samma produkt.

Mjukvaruföretaget Autodesk har redan en programvara på marknaden, kallad Fusion 360. Ska vi föra design och tillverkning närmare varandra måste vi automatisera designprocesserna, som Autodesks vd Andrew Anagnost sade till Ny Teknik i våras i en intervju.

Mass customisation: betala för din individualism

Begreppet masskundanpassning kan låta som en självmotsägelse, men syftar helt enkelt på möjligheten att skräddarsy sina egna produkter. Det är något vi som konsumenter vant oss vid att många leverantörer erbjuder.

Men kanske kommer det att förändra produktions- och konsumtionsmönster i större utsträckning än vi är riktigt medvetna om. Systemet kombinerar de låga enhetskostnaderna för massproduktion med flexibiliteten hos individuell anpassning.

Drivkraften bakom det hela är dock inte främst att nya tekniker, som 3d-skrivare, gjort masskundanpassning enklare och billigare. Enligt professor Frank Piller vid den tekniska högskolan EWTH Aachen i västra Tyskland handlar det minst lika mycket om shoppingupplevelsen: människor tycker helt enkelt om att leva ut sin kreativitet i skapandet av den egna produkten.

Enligt fjolårets Kundbarometer från tyska KPMG och handelsforskningsinstitutet IFH Köln har tre av tio konsumenter vid något tillfälle designat sin egen produkt – och över hälften av dem är beredda att betala mer för varor de själva varit med och utformat.

Ultrasnabb 3d-printing: infrarött ersätter laser

Det är svårt att få ekonomi i additiv tillverkning för massproduktion. Men Neil Hopkinson, professor i maskinteknik vid University of Sheffield, har i över tio år arbetat på en metod han kallar höghastighetssintring.

Enligt Hopkinson och hans forskargrupp är metoden nu kostnadsmässigt jämförbar med formsprutning när det handlar om att göra stora serier av små och komplexa delar.

Tekniken ersätter det dyra och långsamma lasersystemet med en infraröd lampa och ett bläckstråleskrivhuvud. Detta levererar mönster av strålningsabsorberande material till pulverbädden. Därefter smälter infrarött ljus pulvret i mönster.

Maskinen skapar tunna skikt på samma sätt som lasersintringen gör – men vid hastigheter i storleksordningen 100 gånger snabbare än lasersintring av vissa typer av komponenter, enligt Neil Hopkinson.

I den här filmen visas hur tekniken går till:

Tommy Harnesk

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Aktuellt inom

Prevas

Debatt