Z elektronických digitálních materiálů budou obvody místo lidí stavět roboti

Studenti Úspěchy Věda

Při prototypování desek plošných spojů nebo na místech, kde jsou omezené zdroje materiálu. Tam by mohly v blízké budoucnosti najít využití elektronické digitální materiály, na něž se specializuje student Fakulty elektrotechnické Vojtěch Lapuník.

V uplynulém akademickém roce dokončil diplomovou práci, která se právě těmto materiálům věnuje a která zaujala redakci časopisu Material Times i odbornou veřejnost. Pojednává o vývoji funkčních digitálních materiálů, z nichž bude možné jako z dílků stavebnice sestavovat elektrické obvody, a zároveň také o systému pro jejich automatické sestavení. Obvody totiž nebudou dávat dohromady lidé, ale na magnetických platformách je sestaví roboti.

Digitální materiály podle Vojtěcha Lapuníka představují alternativní prostředek k budování jakýkoliv výrobků napříč obory. „Princip spočívá v rozložení výrobku na malé unifikované stavební bloky, které lze skládat a zase rozebírat podle potřeby a vytvářet tak výrobky univerzální. Právě univerzalita konečných výrobků je jednou z klíčových výhod výroby v konceptu digitálních materiálů, přestože zde výhody zdaleka nekončí. Díky tomu, že všechny stavební bloky jsou v podstatě stejné, tak je usnadněna robotizace procesu skládání a rozkládání,“ říká s tím, že je potřeba zmínit také environmentální přínosy takových materiálů: „Dnes se spoustu výrobků nevyplatí opravovat, ba dokonce ani recyklovat. Avšak ve chvíli, kdy by tyto výrobky byly vytvořeny z digitálních materiálů, roboti by jednoduše produkt rozebrali, nahradili poškozené části a složili nazpět. Proces opravy by se tedy výrazně nelišil od procesu výroby a díky tomu by byl ekonomicky výhodný. Důsledkem toho by vznikalo méně odpadu a výrobky by se celkově zlevňovaly,“ pokračuje.

Jako velmi jednoduchý a názorný příklad digitálních materiálů uvádí student stavebnici LEGO. „Ta splňuje všechny požadavky, aby se dala označit za digitální materiály. Jak víme, z LEGO lze postavit například hrad, následně ho rozebrat a ze stejných bloků sestavit vesmírnou loď. Ne snad, že by naším cílem bylo dělat z hradů vesmírné lodě, ale lze na tomto příkladu vidět onu obrovskou univerzalitu tohoto konceptu,“ vysvětluje.

Cílem diplomové práce bylo vytvořit funkční digitální materiály pro účely produkce elektrických obvodů a vytvořit systém pro automatické sestavení těchto materiálů. „Jelikož již na počátku bylo jisté, že pro manipulaci s digitálními materiály bude využita magnetická platforma, museli jsme návrh podřídit právě pro potřeby této platformy. I z toho důvodu jsme se rozhodli digitální materiály vytvářet na úrovni jednotlivých elektrických součástek, a nikoliv na úrovni jednotlivých vodivých a nevodivých materiálů. Jednoduše řečeno, naše digitální materiály nebudou skládány tak, aby tvořily určité součástky, ale digitální materiály budou přímo obsahovat určitou elektrickou součástku a jejich skládání bude tedy vlastně skládání součástek. Na těchto požadavcích byl zhotoven návrh, který je schopen pomocí magnetů vytvářet elektrické i mechanické spojení mezi jednotlivými bloky a tím vytvářet elektrické obvody,“ popisuje Vojtěch Lapuník.

Druhá část práce spočívala ve vytvoření genetického algoritmu, který po zadání elektrického obvodu vypočítá, jak a z jakých konkrétních bloků může být zhotoven. „Vlastně vygeneruje návod, jak určité bloky poskládat, aby vytvořily námi požadovaný obvod. Posléze je tento návod použit pro další algoritmus, který již ovládá přímo magnetickou platformu a je tak schopný obvod reálně vytvořit. V praxi to tedy vypadá tak, že do aplikace na počítači zadáme obvod, který chceme vytvořit, a algoritmy ve spolupráci s magnetickou platformou se postarají o zbytek,“ dodává student.

Téma digitálních materiálů, nejen těch elektronických, je pro vědce stále tak trochu neprobádaným územím, ale zejména v posledních deseti letech v jejich odborných článcích více a více rezonuje. Vojtěch Lapuník a jeho kolegové při výzkumu čerpali především od výzkumné skupiny z MIT, konkrétně z The Center for Bits and Atom pod vedením profesora Neila Gershenfelda.

Podle Vojtěcha Lapuníka bychom se s digitálními materiály mohli setkávat čím dál častěji. Potenciál mají. „Pokud se budeme bavit přímo o našich elektronických digitálních materiálech, ty by se mohly například stát šikovným pomocníkem při prototypování desek plošných spojů nebo by mohly být využity na místech s omezenými zdroji materiálu. Třeba při takové kolonizaci Marsu by jistě nebylo na škodu mít s sebou automatizovaný systém, který dokáže vytvořit všelijakou elektroniku rychle, snadno, a pokud by již zařízení nebylo potřeba, mohl by jej jednoduše rozebrat a vytvořit z něj zařízení jiné,“ zamýšlí se.

Galerie


Magnetická platforma s digitálními materiály.

První verze.

Druhá verze.

Rozsvícený obvod.

Zhasnutý obvod.

Fakulta elektrotechnická

Pavel Korelus

29. 11. 2021


Výzkumné centrum NTIS se představuje v nových videích

Univerzita Věda Veřejnost

Fakulta aplikovaných věd

10. 01. 2022

Univerzitní knihovna v kampusu renovovala nábytek

Studenti Veřejnost Zaměstnanci

Univerzitní knihovna

20. 01. 2022

Studentky prvního ročníku Porodní asistence prezentovaly svoji praxi

Konference Studenti Univerzita

Fakulta zdravotnických studií

25. 01. 2022

Český komiks IOGI získal prestižní ocenění v Japonsku

Tisková zpráva Univerzita Úspěchy

Fakulta designu a umění Ladislava Sutnara

03. 01. 2022

Kurzy poučí pedagogy o duševním zdraví

Další vzdělávání Veřejnost Zaměstnanci

Celouniverzitní

26. 01. 2022