Đang tải... (xem toàn văn)
baif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunongbaif tap caht lunong
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẠ LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -MÔN HỌC: CÁC VẤN ĐỀ HIỆN ĐẠI CỦA KHMT ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MÁY IN 4D Giảng viên hướng dẫn: LÊ MẠNH HÀ Sinh viên thực hiện: Lê Công Lương Lớp: Khoa học Máy tính K2 ng Bí, ngày 24 tháng 10 năm 2018 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trong năm 2014, cơng nghệ in 3D có bước phát triển vượt bậc, với việc tạo phận giả để thay thể người hay lần nhà du hành tạo đồ vật vũ trụ máy in 3D Tuy nhiên Skylar Tibbits lại cho tương lai công nghệ in 4D Tiến sĩ Skylar Tibbits đồng nghiệp đại học Massachusetts tiến hành nghiên cứu dự án với công ty Stratasys Autodesk Inc, nhằm tạo vật thể vượt trội công nghệ in 3D Với ý tưởng đối tượng thơng minh có khả thay đổi hình dạng gặp phải điều kiện tương tác khác từ bên ngồi Skylar Tibbits cho biết “Thơng thường sử dụng máy in 3D tạo đồ, lắp ghép chúng hồn thành cơng việc Nhưng mục tiêu tạo thứ thay đổi hình dạng theo thời gian, có khả tùy biến Khi cần tạo đồ để thay tồn bộ” Đó cơng nghệ in 4D Ý tưởng phát triển dự án in 4D đến với Skylar Tibbits tình cờ thi MIT Cuộc thi với thách thức nhà khoa học phải để tạo đồ vật mà không sử dụng đến cảm biến, động thiết bị kỹ thuật Trong tìm lời giải, Skylar tìm đến người bạn Stratasys (một cơng ty in 3D hàng đầu) Người bạn nói với ông họ phát triển loại vật liệu có khả mở rộng 150% gặp nước Tuy nhiên câu hỏi đặt làm thể để tạo xác hình dạng mà muốn Skylar tìm câu trả lời hình học Skylar tìm cách tính tốn xác thay đổi hình dạng, mở rộng hay uốn cong vật liệu dựa hình dạng ban đầu kết cấu Từ đó, ơng biết xác hình dạng vật thể sau biến đổi Và ơng tạo thiết kế ban đầu để có hình dạng mong muốn sau biến đổi Skylar tiếp tục tiến hành nghiên cứu tác động điều kiện khác ngồi nước nhiệt độ, áp lực dòng điện.Hiện Skylar đồng nghiệp tạo kết cấu đặc biệt thay đổi hình dạng gặp mơi trường nước Với khớp nối làm từ loại vật liệu nói trên, gặp nước chúng khiến vật thể ban đầu có hình dạng hồn tồn khác Các nhà khoa học cho biết ứng dụng công nghệ rộng rãi tương lai Quân đội Mỹ tài trợ cho đại học Harvard, Đại học Pittsburgh Đại học Illinois để tìm phương pháp giúp tạo đối tượng thay đổi hình dạng Gọn nhẹ vận chuyển lúc cần thiết trở thành cầu nổi, cữ dã chiến hay loại vũ khí, giới …Bên cạnh xây dựng lĩnh vực áp dụng cơng nghệ in 4D, với kết cấu có khả thay đổi tù thuộc vào điều kiện thời tiết nắng mưa Không dừng lại đó, tiến sĩ Skylar muốn kết hợp nghiên cứu với cơng nghệ nano phát triển để tạo bước tiến Khi kết hợp với công nghệ nano, nhà khoa học kiểm soát tốt biến đổi loại vật liệu cấp độ phân tử, tăng độ xác cần thiết Vừa qua, buổi diễn thuyết TED talk, ông Skylar Tibbits, Giám đốc phòng thí nghiệm Self-Assembly MIT giới thiệu sơ cơng nghệ in 4D tính định hướng ứng dụng tương lai công nghệ Về bản, công nghệ in 3D in chồng nhiều lớp vật liệu để tạo thành vật thể chiều cơng nghệ in 4D sử dụng phương pháp tương tự công nghệ 4D cho phép vật thể tự lắp ráp, biến đổi thành nhiều hình dạng, cấu trúc khác xác định trước theo thiết kế Để đơn giản, bạn tưởng tượng mua số đồ nội thất ép phẳng, mang nhà, thưởng thức ly cà phê xem chúng tự lắp ráp thành khối nội thất thực thụ Tibbits khẳng định cơng nghệ in 4D có khả thay đổi mặt xây dựng sản xuất đặc biệt môi trường khắc nghiệt (bao gồm ngồi khơng gian hành tinh khác) Nếu áp dụng in 4D tầm vĩ mơ, đòi hỏi kết hợp cách xác gần tuyệt đối vật liệu, khối hình với nguồn lượng thích hợp mang lại biến đổi ý muốn Trong trình thiết kế, chun gia phòng thí nghiệm Self-Assembly sử dụng phần mềm Autodesk có tên gọi Project Cyborg cho phép họ mơ q trình phản ứng kết hợp xảy trộn lẫn nhiều thành phần tầm vĩ mô nano Công nghệ in 4D mở nhiều ý tưởng táo bạo tương lai phòng thí nghiệm tự xây đáy biển, tàu vũ trụ tự tạo hình mà khơng cần phi hành gia phải lắp ráp thủ cơng Thậm chí, xa thể, cơng nghệ ứng dụng thể người cách cấy ghép loại vật liệu siêu nhỏ sau phình to định hình tác dụng sóng siêu âm Self-Assembly tin cơng nghệ có khả trở thành cách mạng loạt lĩnh vực, bao gồm "sinh học, khoa học vật liệu, phần mềm, người máy, sản xuất, giao thông vận tải, sở hạ tầng, xây dựng, nghệ thuật, chí thăm dò không gian." Sự biến đổi loại vật liệu theo thiết kế yếu tố tác động công nghệ 4D thực mang bước tiến vượt bậc so với công nghệ in 3D in 3D chưa phổ biến nhiều Có thể tương lai không xa, với giúp sức cơng nghệ in 4D, tạo robot biến hình thực phim viễn tưởng “Transformer” Qua tập lớn này, xin gửi lời cảm ơn tới thầy Lê Mạnh Hà cảm ơn thầy cho tư vấn hữu ích, giúp tơi hồn thiện đề tài Trong trình tìm hiểu hồn thiện, đề tài khơng thể tránh khỏi sai sót, khuyết điểm Vì vậy, tơi hy vọng nhận đánh giá đóng góp nhiệt tình từ phía thầy bạn để tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! I ĐỊNH NGHĨA ĐỊNH NGHĨA In 4D hay In ấn 4D trình khác sử dụng để tạo vật thể ba chiều, thêm vào khả vật liệu lập trình để tự lắp ráp Nói cách khác, in 4D “phiên mới” in 3D, với chiều thứ khả “tự lắp ráp” Hoặc hiểu theo cách khác, chiều thứ “thời gian” tăng thêm để hồn thiện hình dạng vật thể Nếu máy in 3D in chồng lớp vật liệu thành khối để tạo vật thể chiều in 4D sử dụng kỹ thuật chồng lớp Nhưng thay tạo vật thể 3D “tĩnh”, sản phẩm máy in 4D mơ hình “thơng minh” lập trình để tự biến đổi lắp ráp thành nhiều hình dạng theo thiết kế khác II TÌM HIỂU VỀ MÁY IN 4D Máy in 4D Nếu máy in 3D in chồng lớp vật liệu thành khối để tạo vật thể chiều in 4D sử dụng kỹ thuật chồng lớp Nhưng thay tạo vật thể 3D “tĩnh”, sản phẩm máy in 4D mơ hình “thơng minh” lập trình để tự biến đổi lắp ráp thành nhiều hình dạng theo thiết kế khác Nói cách khác, in 4D “phiên mới” in 3D, với chiều thứ tư khả tự lắp ráp Hoặc hiểu theo cách khác, chiều thư “ thời gian” tăng thêm để hoàn thành vật thể Sản phẩm công nghệ in 4D tập hợp đối tượng có khả tự thay đổi hình dạng, di chuyển, kết hợp với gặp phải lượng kích hoạt từ mơi trường bên ngồi Năng lượng đến từ nhiều nguồn khác nhau: nhiệt, điện, ánh sáng, âm thanh, rung động… thí nghiệm mà Tibbits trình diễn TED Talks–nhúng nước Tất nguồn lượng tiềm để kích hoạt đối tượng 4D phổ biến, tìm thấy khơng gian nên phạm vi ứng dụng công nghệ không giới hạn Một thí nghiệm Tibbits: nhờ từ tính sinh bị lắc, đơn vị hình học tiếp xúc với tự động lắp ráp thành cấu hình xác (hình cầu) Vật chất tự xây dựng nên (Things that makes themselve) Cơng nghệ in 4D đời từ ý tưởng “nương nhờ vào tự nhiên” Trong vấn, Tibbits cho biết: Thiên nhiên có sẵn lực vơ kỳ diệu, khả phát triển tự nhiên có định hướng Chẳng hạn cối thường tự động sinh trưởng uốn hướng nhiều ánh sáng để quang hợp tạo oxy Trong người lại tốn nhiều cơng sức để loay hoay lắp ráp thành hình dạng theo ý mình, tạo vật phức tạp phận phức tạp Sao không để phận tự động xếp, thay đổi hình dạng xây dựng thành vật thể tương tự Từ đó, ý tưởng cơng nghệ in 4D hình thành tảng: tích hợp đặc tính vốn có vật liệu thiên nhiên vào hình dạng nhân tạo lập trình sẵn để tạo kiểu vật thể “bán sinh học, bán tổng hợp” Bí tạo nên khả “tự lắp ráp” kết hợp công nghệ in 3D với vật liệu thông minh có khả thay đổi theo thời gian Quy trình máy in 4D Một quy trình in 4D bắt đầu việc chọn loại vật liệu thích hợp mà ta biết phản ứng chúng tiếp xúc với nguồn lượng Ví dụ loại nhựa tổng hợp có khả hấp thụ nước Khi bị nhúng ngập nước, loại nhựa nở rộng làm cấu trúc vật thể xoắn vặn uốn cong Bước thứ thiết kế máy tính mơ hình vật thể 3D cấu thành từ nhiều phần khác vật liệu cho đạt mục tiêu mong muốn Quá trình gọi “lập trình vật chất” (matter programming) VD: thiết kế vật thể 3D hình sợi gồm nhiều đoạn nhỏ nối với nhau, cho chịu tác động lượng, chúng gấp khúc lại theo góc độ quy định Thiết kế mơ hình vật thể máy tính Bước 3: “in” phận vật thể kỹ thuật chồng lớp in 3D dùng lượng kích hoạt q trình tự lắp ráp Đoạn cao su thẳng tự gấp khúc thành hình khối lập phương cho vào nước Một yếu tố quan trọng phải lập trình máy in 3D để tạo đơn vị hình học có mức độ phản ứng với lượng kích thích khác Nghĩa số phần cấu trúc vật thể biến đổi phận lại giữ ngun hình dạng Trong thí nghiệm minh họa Tibbits, số đoạn đường thẳng uống cong, phần khác thẳng để tạo thành hình lập phương Như vậy, với cơng nghệ in 4D, vật thể tạo có cấu trúc đơn giản gắn kết, chuyển đổi thành hệ thống phức tạp đa chức Theo nhóm nghiên cứu, mục tiêu công nghệ thay vai trò người cơng nghệ lắp ráp, mà thơng qua lập trình hành vi, giúp tăng cường hiệu sản xuất khả tự sửa chữa vật thể In 4D không tạo cỗ máy làm thay người, thay vào loại vật liệu lập trình để tự xây dựng thân Cùng với đời cát thông minh (Smart sand), công nghệ in 4D cho thấy lên kỹ thuật “tự tháo ráp” tương lai không xa Tibbits nhấn mạnh, in 4D mở hướng với thiết kế sáng tạo có khả tự chép, lắp ráp sửa chữa Kỷ nguyên sản phẩm tự lắp ráp Khía cạnh thú vị cơng nghệ thực hóa việc “khoa học viễn tưởng” Chỉ cần thêm ánh sáng, nước, nhiệt… vật thể tự tạo sở lập trình sẵn Ban đầu, nhóm nghiên cứu dự định cho đời đồ nội thất tự lắp ráp Tương lai, hy vọng giới “mãn nhãn” với nhiều ứng dụng tinh xảo khác công nghệ in 4D như: bao bì tự bọc, quần jean tự vá rách, tòa nhà tự sửa chữa, ống dẫn nước tự nở rộng tùy lưu lượng nước qua tự uốn cong để truyền nước mà không cần máy bơm… Xa phòng thí nghiệm tự xây đáy biển, trạm nghiên cứu khơng gian, chí tàu vũ trụ tự tạo hình mà khơng cần phi hành gia phải “thân chinh” lắp ráp Sản phẩm in 4D tương lai ứng dụng thể người, chẳng hạn phận cực nhỏ đưa vào thể, sau phình to định hình tác dụng sóng siêu âm Nếu so sánh, nói in 3D công nghệ tạo vật thể “tĩnh” từ vẽ Trong đó, in 4D đề cập đến tập hợp thành phần 3D có khả lắp ráp với để tạo thành cấu trúc phức tạp linh hoạt In 4D xuất khơng có nghĩa công nghệ in 3D lỗi thời Thực tế, “bắt tay” hai kỹ thuật để tạo cơng nghệ hồn hảo tròn vẹn In 3D tạo vật thể in 4D làm cho chúng hoạt động, bổ sung lẫn để đạt đến tầm cao Một máy in 4D dùng lượng kích hoạt nước III Ứng dụng tác động in 4d: Sự đột phá ứng dụng to lớn công nghệ in 4d 10 Với công nghệ in 4D mà nhóm nhà nghiên cứu đến từ trường đại học Carnegie Mellon(Mỹ) vừa phát triển, không cần phải in 3D trực tiếp sản phẩm, mà thứ sau lò đơn giản vật liệu phẳng, sau cho vào nước nóng, tự lắp ráp thành kết cấu mà bạn định sẵn từ đầu Đó ghế, bơng hoa, thỏ… Q trình vật liệu phẳng tự gấp thành hình dạng định, tác động nhiệt gọi “Thermorph” Mấu chốt chỗ, nhóm nghiên cứu sử dụng nhựa nhiệt dẻo, loại chất liệu mềm dược làm nóng co cứng lại nguội, phối trộn chất liệu khác có tính chất giống với cao su,vốn khó bị co lại, để làm nguyên liệu đầu vào cho máy in 3D Bằng cách lựa chọn xác tỷ lệ hai loại chất liệu trên, họ định sẵn hình dạng cuối mà phẳng in tạo hình Tiềm công nghệ in 4d không dừng lại đồ mơ hình kích thước nhỏ thấy, mà tương lai, dùng để in kết cấu lớn đồ nội thất lắp ráp, tàu thuyền, vệ tinh hay hầm trú ẩn Nhờ đó, vật thể cồng kềnh vận chuyển dạng phẳng muốn sử dụng, cầnmột nguồn nhiệt súng nhiệt hay đơn giản ánh sáng mặt trời chờ chúng tự lắp ráp! Trong sản xuất: Các nhà nghiên cứu từ Đại học Hồng Koong phát minh phương pháp in 4d giới vật liệu gốm Các sản phẩm có hình dạng phức tạp sử dụng lĩnh vực khác 11 Máy in 4D vật liệu gốm Về phương pháp tương tự in 3D với trợ giúp phần tử phụ Sản phẩm chế tạo tác động nhiệt độ từ trường thay đổi hình dạng để tạo thành biên dạng phức tạp Các nhà khoa học định thử nghiệm với vật liệu gồm, loại vật liệu nóng chảy nhiệt độ cao, khơng thể chế tạo phương pháp in lazer thông thường Để giải vấn đề này, nhà nghiên cứu nghĩ loại “mực gốm” Loại mực cấu tạo từ vật liệu polime hạt gốm dạng nano, giúp cho chi tiết chịu tác động từ bên Các nhà phát triển không loại trừ sản phẩm họ tương lai sử dụng ngành điện tử, công nghiệp hàng không không gian, loại gốm có tính chất khác việc truyền tín hiệu điện từ Trước nhà khoa học Anh từ Đại học Newcastle lần lịch sử thành công việc sử dụng máy in 3D để tạo giác mạc cho mắt người Sau thử nghiệm lâm sàng cấy ghép lên thể người Để tạo loại giác mạc nhân tạo, chuyên gia sử dụng tế bào đặc biệt mô liên kết – tế bào sừng Chúng đặt Hydrogel có cấu tạo từ collagen Natri alginate Trong y học: Một ứng dụng khác y học dùng kỹ thuật để chế tạo stents động mạch tim mạch can thiệp Ravid chia sẻ: "Chúng muốn in phận tồn suốt đời bên thể cần thiết." Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển để in cấu trúc lớn nhỏ "Hiện tại, chúng tơi tạo cấu trúc với kích thước vài cm Đối với vật cấy ghép vào thể ngươi, kích thước phải giảm xuống từ 10 đến 100 lần.Nhưng đồ gia dụng, kích thước phải 12 lớn từ 10 lần trởlên." Tuy nhiên, Ravid cho biết thách thức lớn nghiên cứu thời gian tới tìm loại vật liệu in 4D thích hợp Các mẫu thử nghiệm biến đổi số lượng chu kỳ có giới hạn, sau ướt - khô, gấp mở vài chu kỳ, loại vật liệu khả thay đổi hình dạng ban đầu Do đó, họ muốn nhanh chóng tìm loại vật liệu thích hợp để để hoạt động lâu dài, đồng thời có phản ứng với nhiệt ánh sáng nhằm sử dụng nhiều tình thực tế Một ứng dụng ứng dụng in4d sử dụng kỹ thuật in 4d để tái tạo ngực cho bệnh nhân Ông Ling Rui – bác sĩ phẫu thuật hệ mạch Bệnh viện Xijing Đại học Quân y số Bốn Xian, tỉnh Shaanxi cho biết “ca phẫu thuật tiến hành ngày 8/8/2016, ngực “in” phát triển tốt với mơ bệnh nhân” Trước đó, bệnh nhân phẫu thuật cắt bỏ vú trái Ông Ling cho “so với kỹ thuật in 3D, in 4D bổ sung thêm chiều khác thời gian”.Các bác sĩ thu thập liệu kích thước khối u ngực ban đầu bệnh nhân, tái tạo lại vú phân hủy sinh học Ca cấy ghép phát triển bệnh viện phòng thí nghiệm quốc gia Đại học Jiaotong Xian Phó giáo sư Zhang Juliang từ bệnh viên Xijing – người tham gia thực ca phẫu thuật – cho biết “khối ngực đủ khỏe, phân hủy theo mốc thời gian thiết kết, trường hợp bệnh nhân từ đến năm” Tính xốp tự nhiên cho phép mô người phát triển bên cuối thay khối ngực 4D Bác sĩ Ling cho biết “trong mười tháng kể từ tiến hành phẫu thuật, mô cấy ghép phát triển tốt, mô tĩnh mạch bệnh nhân bắt đầu phát triển trở lại” Và so sánh với phương pháp tái tạo ngực nay, phương pháp có phản ứng phụ IV TỔNG KẾT 13 Trong tương lai, có nhiều ứng dụng Kỹ thuật tạo nên thiết bị biến đổi theo nhiệt độ nhằm cải thiện tính tạo thoải mái cho người dùng Một thí dụ dễ thấy chế tạo sản phẩm chăm sóc trẻ em phản ứng với nhiệt độ độ ẩm, dùng để chế tạo quần áo giày dép có khả cảm biến mơi trường xung quanh Hiện nay, nhà nghiên cứu in phận để cấy ghép vào thể Với kỹ thuật in 4D, tạo nên cấu trúc biến đổi hình dạng chức bên thể mà không cần can thiệp từ bên 14 ... MÁY IN 4D Máy in 4D Nếu máy in 3D in chồng lớp vật liệu thành khối để tạo vật thể chiều in 4D sử dụng kỹ thuật chồng lớp Nhưng thay tạo vật thể 3D “tĩnh”, sản phẩm máy in 4D mơ hình “thơng minh”... vẹn In 3D tạo vật thể in 4D làm cho chúng hoạt động, bổ sung lẫn để đạt đến tầm cao Một máy in 4D dùng lượng kích hoạt nước III Ứng dụng tác động in 4d: Sự đột phá ứng dụng to lớn công nghệ in 4d. .. vật thể “tĩnh” từ vẽ Trong đó, in 4D đề cập đến tập hợp thành phần 3D có khả lắp ráp với để tạo thành cấu trúc phức tạp linh hoạt In 4D xuất khơng có nghĩa cơng nghệ in 3D lỗi thời Thực tế, “bắt