اتوماسیون (Automation)

انجام کارهای دستی همچون ساخت ربات برای بیشتر افراد فرح بخش است مگر زمانی که کارها به صورت یکنواخت و تکراری در آمده باشد

در دنیای امروز نیاز به کارهای یکنواخت به علت نیاز بازار به تولید انبوه و مرغوبیت کالا وجود دارد که استفاده از دستگاه های مجهز به وسایل خودکار کامپیوتری یا اتوماسیون کامپیوتری به جای استفاده از نیروی کار انسانی مطرح می گردد به علت تغییرناپذیری و گرانی دستگاه های اتوماسیون که به اتوماسیون سخت (Hard Automation) معروفند، باعث شده که ربات ها در خط تولید محصولات مختلف به کار روند همین امر سبب می گردد که در زمینه های مختلف رباتیک مانند:

• حرکت شناسی یا سینماتیک (Kinematics)

• دینامیک (Dynamics)

• برنامه نویسی (Programming Language)

• برنامه ریزی (Planning System)

• کنترل (ِControl)

• حس تشخیص (Sensing)

• هوشمندی ماشین (Machine Intelligence)

تحقیقات وسیعی اتفاق بیفتد معمولا زمانی که می خواهیم یک ربات را بسنجیم قابلیت های همچون خصوصیات مکانیکی مانند قابلیت تکرار کار یا حداکثر قدرت جابه جایی بار یا سرعت و شتاب ربات را در نظر می گیریم اما علاوه بر این خصوصیات عنوان شده دو خصوصیت حرکت شناسی و دینامیک ربات هم باید به خوبی بررسی شود تا ربات به سادگی قابل کنترل باشد

در حالت کلی اتوماسیون بر 2 نوع است :

1. اتوماسیون سخت (Hard Automation) : به نوعی از اتوماسیون گفته می شود که با استفاده از سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و یا مکانیکی انجام می گیرد

2. اتوماسیون نرم (soft Automation) : به نوعی گفته می شود که در کنترل آن از برنامه نویسی سطح بالا یا سطح پایین استفاده می شود (High or low level programming language)

اگر بخواهید مزایای استفاده از ربات ها را بر شماریم خواهیم دید که:

1. ربات نسبت به اتوماسیون سخت دارای قابلیت تغییر پذیری بالایی است

2. از رباتها  می توان در محیط های کاری خطرناک استفاده نمود

3. بالا بودن سطح تولید از مزایای دیگر آن است

4. کیفیت تولید یکنواخت است

5. نیاز به کاربران کمتر و همین طور عدم نیاز به کارگر کم تجربه

در مباحث بعدی به کاربردهای این اتوماسیون ها در صنعت و ربات ها خواهیم پرداخت

شنل نامرئی هری‌پاتر، دیگر تخیلی نیست

شنل نامرئی هری‌پاتر، دیگر تخیلی نیست

فناوری -  پژوهشگران پوشش استتاری جدیدی ساخته‌اند که در برابر ریزموج‌ها، نامریی است

دانشمندان پوشش جدیدی از جنس متامتریال بافته‌اند که باعث می‌شود باز‌تاب ریز‌موج‌ها (مایکروویو) هنگام برخورد به سطوح ناهموار، همانند بازتاب آن‌ها از سطوح تخت باشد.

این پوشش جدید وقتی روی اجسام را بپوشاند، آن‌ها را در مقابل گستره وسیعی از ریزموج‌ها نامریی می‌کند. البته این اولین دستاورد نامریی پژوهشگران نیست، اما پوشش‌های قبلی انعطاف‌پذیر نبودند و به همین دلیل، فقط در برابر پرتو‌هایی با طول‌موج ثابت می‌توانستند اجسام را نامریی کننند.

به گفته دیوید اسمیت و همکارانش از دانشگاه دوک در کارولینای شمالی، در آینده می‌توان این پوشش‌ها را به سادگی در شکل‌های مختلف و خواص گوناگون ساخت که یکی از مهم‌ترین این ویژگی‌ها، نامریی‌شدن در برابر نور مریی خواهد بود. گزارش تحقیقات این گروه اخیرا در نشریه ساینس منتشر شده است.

ولادیمیر شالاوف از دانشگاه پوردو در ایندیانا که تحت تأثیر سیستم خودکار طراحی این فرایند قرار گرفته، می‌گوید: « این پیشرفت بسیار مهمی است. بدون این شکل از طراحی نمی‌توانید یک کار جدی و موفق در این زمینه انجام دهید. »

قالیچه افسانه‌ای
این پوشش نامریی‌کننده از ماده‌ای به نام متامتریال ساخته شده که ساختاری متشکل از اتم‌های مصنوعی چند میلی‌متری دارد. این اتم‌ها فقط برای واکنش به امواج الکترومغناطیسی مانند نور یا ریز‌موج و به روشی غیر‌معمول طراحی شده‌اند.

هر اتم، یک فیبر مدار چاپی است که با لایه بسیار نازکی از فلز پوشیده شده است. این لایه فلزی مطابق الگویی از پیش تعیین شده برش خورده است. برای یک پوشش جدید که بیشتر شبیه یک سطح مشبک است، لایه‌های فلزی H شکل هستند. ریزموج‌ها جریان الکتریکی را در این لایه نازک القا می‌کنند و سپس همان لایه نازک، ریزموج‌ها را بازمی‌تاباند.

اگر لایه‌های فلزی درون هر اتم از لحاظ اندازه و شکل نسبت به لایه‌های اتم بعدی در وضعیت درستی قرار گیرند، شبکه‌ای تورمانند از رشته‌های درهم ایجاد خواهد شد که به شکل مؤثری، تابش را در مسیر تعیین‌شده هدایت خواهد کرد.

برای مثال، این شبکه به صورتی طراحی می‌شود که بتواند تابش ریزموج را خم کند و آن‌را از طرفین جسم زیر پوشش عبور دهد تا بیننده احساس کند که اصلا جسمی وجود ندارد. شالاوف می‌گوید: « این همان ماهیت طراحی و مهندسی فضا برای نور است. »

پوشش جدید بر پایه تحقیقات جان پندری و جانسون لی، فیزیک‌دانان کالج سلطنتی لندن طراحی شده است. این دو اخیرا نحوه استفاده از این قوانین را برای ساخت یک فرش استتاری جهت پوشاندن اجسامی که روی سطوح انعکاسی قرار می‌گیرند، شرح داده‌اند.

این دو فیزیک‌دان نشان داده‌اند، امواج الکترومغناطیسی که با سطوح محدب محصور بین پوشش نا‌مریی و آینه برخورد می‌کنند، عینا مثل امواجی بر‌می‌گردند که از آینه بازتاب شده‌اند. پس این‌طور به نظر می‌رسد که چیزی روی سطح وجود ندارد. انگار که در آنجا آینه‌ای تخت قرار دارد.

فقط آینه!
اسمیت و همکارانش از فرش استتاری به عنوان یک نمونه عالی برای آزمایش دستگاه خودکار محاسبه عددی تازه‌شان استفاده کردند. پوشش اولیه‌ای که اسمیت در سال 2006 ساخته بود، تنها 10 نوع اتم مختلف داشت، در حالی‌که این فرش استتاری ممکن است به شش‌هزار اتم مختلف نیاز داشته باشد.

تهیه این فرش با استفاده از نیروی انسانی و به صورت دستی می‌تواند بسیار وقت‌گیر باشد. اما دستگاه خودکار گروه دانشگاه دوک شکل هر اتم را محاسبه می‌کند، نقشه مدار را روی یک فیبر مدار چاپی بزرگ حکاکی می‌کند و در نهایت، اتم‌ها را برای اتصال مجدد آن‌ها به هم از بقیه صفحه جدا می‌کند.

این پوشش تنها برای استتار اجسامی که از یک نقطه مشخص و با زاویه تابش برابر به آن برخورد می‌کنند، کاربرد دارد؛ با این حال ویژگی مهم آن، این است که جسم زیر پوشش متامتریال را از دید امواجی با بسامد 13 تا 16 مگاهرتز ( متناظر با طول‌موج 19 تا 23 میلی‌متر) پنهان می‌کند.

اسمیت و همکارانش احتمال می‌دهند این پوشش بتواند امواج زیر 1گیگاهرتز را هم مهار کند. البته این یک فرضیه است و امکان سنجش آن به وسیله دستگاه فعلی وجود ندارد.

با این‌که جسم پنهان‌شده زیر پوشش باید روی سطح آینه قرار بگیرد، اما اسمیت می‌گوید: « زمین در برابر ریزموج‌ها درست مثل یک آینه عمل می‌کند.» انحنا‌های مختلف نیاز به پوشش‌های نا‌مریی جداگانه‌ای دارند، اما سیستم خودکار محاسبه عددی به سادگی می‌تواند پوشش مربوط به هر انحنا را ایجاد کند.

اسمیت می‌گوید: « طراحی ساختار‌هایی مشابه و در ابعاد کوچک‌تر برای استتار در برابر پرتوهای مریی و امواج فروسرخ کاری دور از دسترس نیست. من فکر می‌کنم تا 6 ماه آینده شاهد نمونه‌هایی از این دست باشیم. »

نیچر، 15 ژانویه / ترجمه: محبوبه عمیدی 

نانوحفره‌ها؛ معرفی و کاربرد

1.مقدمه

نانوحفره‌ها یا مواد نانومتخلخل؛ درارای حفراتی کوچک‌تر از 100 نانومتر می‌باشند و کاربرد ویژه‌ای در فیلتراسیون در سطح اتمی و مولکولی دارند. این مواد منافذی تو در تو دارند و منافذشان یک الگوی تکرار انتقالی در فضای سه بعدی دارد و نیاز به هیچ نظم و قاعده‌ی خاصی در آرایش منافذ نیست تا ماده‌ای را نانوحفره بنامیم.

جامدات نانومتخلخل می‌توانند ترکیبات گوناگونی نظیر کربن، سیلیکون، سیلیکات‌ها، پلیمرها، سرامیک‌ها، فلزات و ترکیبات آلی-‌ فلزی داشته باشند. بسیاری از مواد متخلخل از نظر ترمودینامیکی پایدار نیستند و به محض این‌که بر انرژی جنبشی مرزها غلبه شود، از بین می‌روند. به عنوان مثال، سیلیکات متخلخل، ماده‌ای نیمه‌پایدار است که با افزایش دما و رسیدن به نقطه‌ی ذوب، ذرات اولیه آن در شبکه ذوب می‌شوند. در این مرحله، جدایش فلزات اتفاق می‌افتد و یک فاز سیلیکاتی نانومتخلخل ایجاد می‌شود. کنترل انرژی فصل مشترک و وضعیت نیمه‌پایدار حفرات نانومقیاس در هنگام ایجاد مواد نانومتخلخل از اهمیت خاصی برخوردار است.

2. طبقه‌بندی نانوحفره‌ها

مواد نانوحفره‌ای را می‌توان بر اساس دو معیار اصلی دسته‌بندی کرد:

الف) طبقه‌بندی به وسیله اندازه منافذ:

1. موادی با حفره‌های ریز ، با اندازه حفره‌های 0-2 نانومتر

2. موادی با حفره‌های متوسط ، با اندازه حفره‌های 2-40 نانومتر

3. موادی با حفره‌های درشت ، با اندازه حفره‌های بزرگ‌تر از 50 نانومتر

ب) طبقه‌بندی بر اساس شبکه مواد: یکی از مهم‌ترین اهداف در زمینه نانوحفره‌ها؛ دست یافتن به ترکیبی شیمیایی با یک دسته منافذ در ساختار می‌باشد و این امر موجب می‌شود که مواد به دو دسته‌ی معدنی و آلی (مانند پلیمرها) تقسیم شوند.

3. خواص و کاربردها

 اصلی‌ترین کاربرد نانوحفره‌ها، سبک‌سازی مواد معدنی است به گونه‌ای که پایداری این ترکیبات شیمیایی را حفظ کرده و افزایش نیز دهد. به عنوان مثال، آئروژل‌ها نانوحفره‌هایی فوق‌العاده سبک هستند و می‌توانند تا 100 برابر وزن خودشان را به راحتی تحمل کنند.

مساحت سطحی یک جامد، پس از نانومتخلخل شدن افزایش می‌یابد و این امر سبب بهبود خواص کاتالیروزی، جذبی و حذب سطحی آن می‌گردد. مساحت سطحی جامدات نانومتخلخل اغلب در حد چند صد مترمربع بر گرم می‌باشد. یک نمونه از این مواد زئولیت‌ها می‌باشند. زئولیت‌ها مواد معدنی با حفراتی در مقیاس نانو می‌باشند و ده‌ها سال به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. خواص جذبی و جذب سطحی این مواد معرف قابلیت آن‌ها در رفع مشکلات زیست‌محیطی است (مانند حذف فلزات سنگین نظیر جیوه و آرسنیک).

با توجه به جذب سطحی بالای این مواد، می‌توان از آن‌ها به عنوان سرندهای مولکولی نیز استفاده کرد. در این صورت این مواد با واکنش‌های سطحی، برخی از مولکول‌ها را جدا می‌کنند. این مواد به دلیل سطح آزاد بالایی که دارند می‌توانند در واکنش‌های کاتالیستی نیز نقش مهمی را داشته باشند.

4. روش های تولید

بهترین روش تولید تمام انواع نانوحفره‌ها، قالب‌بندی است. به این ترتیب که یک ترکیب آلی (و گاهی اوقات معدنی) به عنوان نگهدارنده عمل می‌کند که در مراحل بعدی به صورت یک حفره در مواد نانومتخلخل درمی‌آید. قالب‌بندی، امکان کنترل توزیع اندازه و گاهی شکل منافذ را ممکن می‌سازد.

از روش سل-ژل نیز می‌توان در ساخت مواد مبتنی بر ژل سود جست، مانند آئروژل‌ها. آئروژل‌ها از انتشار یک گاز در یک ژل، به جامدی بسیار سبک (گاهی فقط چهار برابر سنگین‌تر از هوا) تبدیل می‌شود. روش‌های مروسم لیتوگرافی و تلفیق لیتوگرافی نرم با حکاکی نیز، می‌تواند نانوحفره ایجاد نماید. به عنوان مثال، روش پرتو یونی به خوبی حفره‌های بزرگ و کوچک تولید می‌کند.

روش دیگر، کنترل اندازه حفره‌ها در غشاها می‌باشد که در اواخر سال 2000 پدید آمد. در این روش، پرتو ماوراء بنفش مولکول‌ها را در لایه نازکی از سیلیکات خودآرا شده با ساختار متناوب، در هم می‌شکند. با قرار گرفتن محصول حاصل در معرض نور، جامد شدن سیلیکا مطابق الگوی متناوب رخ می‌دهد. تغییر تابش نور به نجو بسیار منطقی اندازه حفره‌ها را تغییر می‌دهد.

گردآوری: مریم ملک‌دار