The Customer
DARPA Subterranean Challenge เป็นการแข่งขันที่จัดขึ้นเพื่อผลักดันงานวิจัยเทคโนโลยีหุ่นยนต์อัตโนมัติ เพื่อสำรวจสภาพแวดล้อมใต้ดินทั้งบนโลกและในอวกาศ ทีมผู้เข้าแข่งขันจะต้องพัฒนาหุ่นยนต์อัตโนมัติเพื่อสำรวจภูมิประเทศใต้พื้นผิว เช่นการค้นหาและกู้ภัยในเหมืองถ้ำหรือหลังเกิดภัยธรรมชาติ
ทีม CoSTAR เป็นความร่วมมือระหว่าง NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), Massachusetts Institute of Technology (MIT), California Institute of Technology (Caltech), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) และ Luleå University of Technology ของสวีเดน (LTR) ด้วยทีมวิศวกร 60 คนจากทั่วโลก CoSTAR เป็นหนึ่งในสิบทีมที่เข้าร่วมการแข่งขัน DARPA Subterranean Challenge การแข่งขันมีทั้งหมด 4 สนามแข่ง ประกอบด้วย Tunnel Circuit, Urban Circuit และ Cave Circuit ตามด้วย Final Event ซึ่งรวมเอาสภาพแวดล้อมทั้งสามเข้าไว้ด้วยกัน ทีมที่ชนะจะได้รับเงิน 2 ล้านเหรียญสหรัฐเพื่อเป็นทุนสนับสนุนโครงการวิจัยในอนาคต ทีม CoSTAR ได้อันดับสองใน Tunnel Circuit และชนะอันดับแรกใน Urban Circuit ระหว่างที่เขียนบทความนี้ทีม CoSTAR กำลังเตรียมพร้อมสำหรับ Cave Circuit และ Final Event
The team’s autonomous robots (named Nebula) each have roughly 15 Markforged 3D printed parts
The Challenge
ภูมิประเทศของแต่ละสนามแข่งมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างมาก มีทั้งพื้นผิวขรุขระและสภาพใต้ดินที่มืดมิด หุ่นยนต์ของทีมต้องสามารถนำทางได้ในสภาวะที่ยากลำบาก ในระหว่างการทดสอบหุ่นยนต์มักจะล้มลงทำให้ชิ้นส่วนที่สำคัญเสียหาย ทีม CoSTAR ไม่เพียงต้องเตรียมหุ่นยนต์ก่อนการแข่งขัน แต่ยังต้องทำการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหายอย่างรวดเร็ว และพัฒนา Design ให้เหนือกว่าคู่แข่งระหว่างรอบการแข่งขัน ทีม CoSTAR จึงต้องการเครื่องมือที่ช่วยตอบสนองต่อปัญหาเฉพาะหน้าได้อย่างรวดเร็ว
ทีม CoSTAR ร่วมมือกับบริษัท Boston Dynamics และมี Spot Robot หลายตัวที่ยืมมาใช้ในการแข่งขัน วิศวกรของ CoSTAR ต้องออกแบบและผลิตชิ้นส่วนอย่างรวดเร็ว เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถผ่านสนามแข่งได้สำเร็จ ก่อนหน้านี้พวกเขาใช้เครื่อง CNC และเครื่องตัดเลเซอร์เพื่อผลิตชิ้นส่วน แต่การผลิตด้วยวิธีนี้ใช้เวลานาน ไม่สามารถแก้ไขแบบหน้างานได้
เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ทีมงานได้นำเครื่อง 3D Printer วัสดุ PLA แบบธรรมดามาใช้ แต่ก็ใช้พิมพ์ได้เฉพาะงานต้นแบบเท่านั้น ไม่สามารถนำชิ้นส่วนไปใช้จริงได้ ชิ้นส่วนที่พิมพ์จากพลาสติก PLA ไม่แข็งแรงพอที่จะนำไปใช้ในภาคสนาม ตัวอย่างที่สำคัญคือเซนเซอร์ LIDAR ราคาแพงที่อยู่ด้านบนของหุ่นยนต์ซึ่งต้องได้รับการปกป้องไม่ให้เกิดความเสียหาย วัสดุที่ใช้ป้องกันเซนเซอร์จะต้องมีความแข็งและสามารถดูดซับแรงสั่นสะเทือนเพื่อให้สัญญาณ Output จากเซนเซอร์ถูกต้องและใช้งานได้ ทีมงานยังพบว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์จากวัสดุ PLA มีความคลาดเคลื่อนสูงและมีผิวหยาบ จึงต้องเสียเวลาขัดแต่งชิ้นงานหลังจากพิมพ์ออกมา
The team 3D printed a 'cage' for their $7,000 lidar sensor, which took a few knocks but was never damaged
The Solution
ทีม CoSTAR เลือกใช้ 3D Printer ของ Markforged ทดแทน 3D Printer ตัวเก่า และพบว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์โดยใช้แพลตฟอร์ม Markforged นั้นมีประสิทธิภาพดีกว่าอลูมิเนียมและมีน้ำหนักเบากว่ามาก ยิ่งไปกว่านั้นชิ้นส่วนที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ Markforged สามารถใช้งานได้ระยะยาวโดยไม่เกิดปัญหาใดๆ โดยกรงครอบเซนเซอร์ LIDAR เป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยวัสดุเสริม Carbon Fiber ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายต่อตัวเซนเซอร์ได้เป็นอย่างดี
DARPA Subterranean Challenge อาจเป็นเพียงการแข่งขัน แต่สำหรับทีม CoSTAR พวกเขามองว่างานแข่งขันนี้เป็นจุดเริ่มต้นในการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการสำรวจพื้นผิวใต้ดินบนดวงจันทร์ ดาวอังคาร และแม้แต่ดวงจันทร์ของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี ทีมงานหวังว่าขีดความสามารถของหุ่นยนต์อัตโนมัติจะช่วยให้ NASA สามารถสำรวจสภาพแวดล้อมบนดาวเคราะห์ดวงอื่น เพื่อค้นหาร่องรอยสิ่งมีชีวิตนอกโลก รวมถึงการศึกษาความเป็นไปได้ในการอยู่อาศัยของมนุษย์ในอนาคต และเทคโนโลยี 3D Printing กำลังช่วยให้พวกเขาไปถึงจุดหมายดังกล่าว
ผลิตชิ้นงาน 3D วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ด้วย
Markforged 3D Printer