Dari pergelangan tangan Anda hingga mengorbit matahari, mekanisme yang sesuai dirancang untuk hidup selama beberapa dekade tanpa pemeliharaan. Di EPFL dan CSEM, para ilmuwan sedang mengerjakan mekanisme jenis ini yang memiliki berbagai macam aplikasi, termasuk ruang dan metrologi presisi tinggi.
Pada sambungan tradisional, dua atau lebih elemen memenuhi untuk memungkinkan beberapa jenis gerakan mekanis. Namun, bagian yang dapat dipindahkan dalam kontak satu sama lain menghasilkan gesekan. “Gesekan adalah masalah besar, dan Anda tidak dapat mencegahnya,” jelas Gilles Feusier, Dosen untuk Program Pendidikan Teknologi Luar Angkasa EPFL dan Kepala Teknologi dan Sains di EPFL Space Center. Feusier memimpin bersama Konferensi Esmats tentang mekanisme ruang dan tribologi, yang diselenggarakan oleh EPFL, CSEM dan Almatech dan diadakan di Swiss Convention Center dari 24 hingga 26 September.
Seiring waktu, keausan menciptakan puing -puing dan memimpin mekanisme untuk tidak berfungsi. Inilah sebabnya mengapa bagian pelumas atau penggantian sangat penting. Tetapi pemeliharaan ini menjadi tantangan ketika mekanisme ini harus bertahan selama lebih dari satu dekade dalam kondisi ekstrem di lokasi terpencil seperti ruang.
Di sinilah mekanisme yang sesuai, juga dikenal sebagai mekanisme fleksibel atau lentur, memainkan peran penting dalam industri seperti ruang atau pembuatan jam. Sifat elastis mereka memungkinkan gerakan presisi tinggi sambil menghindari sambungan, karenanya menghilangkan gesekan. “Mekanisme yang sesuai tidak membutuhkan pelumas dan tidak memiliki keausan. Ini adalah keuntungan besar,” kata Feusier.
Terlepas dari presisi mereka yang tinggi, mekanisme yang fleksibel memiliki batas: mereka tidak dapat melakukan garis atau lingkaran lurus yang sempurna, atau menghasilkan rotasi yang tidak terbatas seperti yang bisa dilakukan oleh rekan -rekan tradisional mereka. “Lentur terbatas pada sapuan sekitar 40 derajat sebelum mencapai batas elastis mereka. Merupakan tantangan untuk melampaui itu,” kata Simon Henein, profesor di Laboratorium Desain Mikromekanis dan Horologis EPFL (Lab Instan). Di sisi lain, batasan ini memastikan umur panjang. Selama sudut rotasi tetap di bawah ambang batas tertentu, mekanisme ini tidak menderita kelelahan material, sehingga menjaga struktur material internal – secara teoritis memungkinkan jumlah siklus yang tak terbatas. “Mekanisme ini sangat dapat diandalkan”, kata Henein.
Meningkatkan kinerja dan memperluas penggunaannya
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Simon Henein dan Florent Cosandier merancang jenis -jenis lentur baru yang menahan beban yang lebih tinggi dan sapuan yang lebih besar. Mereka juga menemukan cara untuk mengkompensasi kekuatan pemulihan yang dialami elemen-elemen ini ketika mengungsi (efek “snap-back” alami dari bahan elastis). “Tidak seperti sendi yang ideal, fleksibel cenderung kembali ke posisi alami mereka. Jadi kita perlu menemukan cara baru untuk mengatasi kekuatan ini,” kata Henein.
Salah satu pendekatan memanfaatkan gerakan parasit yang dihasilkan oleh lintasan kompleks Flexures. Teknik baru ini memungkinkan penerapan mekanisme yang sesuai dengan presisi tinggi untuk sistem robotika dan kedirgantaraan, seperti mekanisme penunjuk untuk teleskop di masa depan dan posisi gantri medis. Para ilmuwan juga mengembangkan osilator berbasis fleksibel baru dengan dua derajat kebebasan yang menunjukkan ketahanan tinggi terhadap akselerasi linier dan sudut eksternal, membuatnya cocok untuk satelit di orbit. Selain itu, partisipasi EPFL adalah kunci dalam eksperimen sains besar seperti teleskop Einstein, detektor gelombang gravitasi Eropa yang kuat, yang saat ini sedang dikembangkan. “Teleskop Einstein akan berfungsi pada suhu cryogenic dan membutuhkan resolusi gerak yang sangat tinggi. Lingkungan yang sempurna untuk mekanisme yang sesuai,” komentar Henein.
Beberapa kemajuan ini sering diterjemahkan ke dalam paten yang ditawarkan EPFL melalui berbagai peluang lisensi. “Kami melakukan penelitian kami secara mandiri, tetapi ketika kami memiliki ide -ide bagus, kami mematenkannya,” kata Henein. Kantor Transfer Teknologi EPFL (TTO) menyediakan akses ke paten ini, dan sebelas dari mereka telah dihasilkan di lab instan untuk total pendapatan lebih dari satu juta franc Swiss, dengan distribusi kepada para penemu, laboratorium dan lembaga.
Membangun Lentur
Mekanisme yang fleksibel dapat dibuat dari keragaman bahan, termasuk baja, titanium, dan aluminium. Proses aditif menjadi teknik yang kuat untuk menghasilkan komponen kompleks tanpa perlu perakitan dan manufaktur yang rumit. “Perkumpulan bagian berarti menambahkan bahan dan berat, yang selalu menjadi masalah di ruang angkasa. Pabrikan aditif merupakan keuntungan karena Anda dapat mengurangi total massa muatan,” kata Henein.
CSEM berkolaborasi erat dengan EPFL dalam pengembangan mekanisme yang sesuai baru. Di sana, insinyur menggunakan beberapa aditif, proses pembuatan, termasuk laser bed bubuk fusion (LPBF). Dalam teknik ini, lapisan bubuk disimpan di atas permukaan, dan laser memanaskan dan melelehkan yang diberikan yang akan membentuk bagian logam akhir. “CSEM memiliki keahlian yang luas dalam pembuatan aditif dari mekanisme kompleks presisi tinggi, berkat banyak mesin dan strategi optimasi parameter. Fasilitas telah memungkinkan pencetakan mekanisme arloji dimensi yang akurat dan finish permukaan, serta mekanisme presisi tinggi untuk satelit”, kata Emmanuel Onillon, instrumen bisnis di CSEM. “Beberapa mekanisme ini harus sekitar 100 mikron, setipis rambut manusia. Mencapai ketipisan ini masih menantang. Kami memiliki permintaan dari Badan Antariksa Eropa yang membutuhkan mengadaptasi prosedur kami.”
Dari orbit ke jam tangan dan obat
Baik untuk pemindaian, menunjuk, mengkalibrasi, pengambilan sampel, atau menstabilkan instrumen satelit dan muatan seperti kamera dan sensor, mekanisme yang sesuai dengan kondisi ruang yang keras. Keuntungan intrinsik mereka termasuk resistensi terhadap variasi suhu ekstrem, ketahanan di lingkungan yang berdebu, dan kemampuan desain “kehidupan tak terbatas” berkat tidak adanya keausan. Selain itu, mereka dapat berfungsi sebagai sistem redaman yang efektif, menyerap getaran pada perangkat yang menuntut presisi ekstrem, seperti sistem komunikasi laser antar-satelit atau cermin teleskop. “Jika kita ingin mencapai titik yang sangat tepat, kita harus memperbaiki atau menyaring gangguan yang dihasilkan oleh peralatan berputar di dalam satelit,” jelas Fabrice Rottmeier, alumni EPFL dan CTO dari Almatech, sebuah perusahaan Swiss yang berspesialisasi dalam memberikan layanan perangkat keras dan rekayasa kritis untuk sektor luar angkasa.
Namun aplikasi mekanisme yang sesuai meluas jauh melampaui ruang. “Di bidang biomedis, keuntungan utama mereka adalah desain monolitik mereka, yang membuat sterilisasi lebih sederhana dan lebih efisien. Fitur ini sama -sama bermanfaat dalam eksplorasi planet, di mana kontaminasi harus dihindari secara ketat,” kata Rottmeier. Dalam Horologi, teknologi yang sama dihargai karena keandalannya yang presisi dan jangka panjang, menggemakan kemampuan uniknya untuk pindah dari pergelangan tangan kita ke instrumen mutakhir yang mengungkapkan rahasia alam semesta kita.
Konferensi Esmats
Dari 24 hingga 26 September, EPFL memegang mekanisme ruang Eropa dan Simposium Tribologi (Esmats). Konferensi, yang diselenggarakan oleh EPFL, CSEM, dan Almatech, adalah ruang unik di mana para ahli dalam rekayasa mekanisme ruang dapat memenuhi dan membahas kemajuan terbaru di sektor ini.
