Durch das Drucken und Testen immer weiter optimierter Varianten hat sich das KI-System Mama Bear der Boston University bis zu einem Schockabsorber-Design mit Rekordwerten vorgearbeitet. (Bild: Boston University)
Was braucht es für einen erfolgreichen Konstrukteur? Für Keith Brown, Professor für mechanical engineering an der Boston University, lautet die Antwort: 3D-Drucker, ein Roboterarm, eine Waage und natürlich eine Künstliche Intelligenz. Aus diesen Zutaten hat er eine vollautomatisierte Entwicklungs- und Test-Umgebung geschaffen, die jetzt einen Schockabsorber mit einer Rekord-Effizienz entwickelt hat.
Mama Bear heißt das System, kurz für "Mechanics of Additively Manufactured Architectures Bayesian Experimental Autonomous Researcher". Frei übersetzt etwa Bayesscher Experimenteller Autonomer Forscher für die Mechanik von Additiv gefertigten Strukturen. Mama Bear druckt kleine Test-Strukturen, erfasst dann Werte wie das Gewicht der Struktur und platziert sie in einem Hydraulikstempel, wo sie zerdrückt und die Energieabsorption gemessen wird. Anschließend wird das Design leicht verändert und der Prozess beginnt von vorne - rund um die Uhr. Das folgende Video zeigt einen Durchlauf:
In den letzten drei Jahren gab es mehr als 25.000 dieser Durchläufe - und die haben schließlich zu einem Durchbruch geführt. Vor Mama Bear lag die beste Struktur, die je beobachtet wurde, bei etwa 71 Prozent Effizienz bei der Energieabsorption, sagt Brown. Doch an einem Januartag im Jahr 2023 konnten Brown und seine Mitarbeiter beobachten, wie eine Struktur einen Wirkungsgrad von 75 Prozent erreichte und damit den bekannten Rekord brach. Die Ergebnisse wurden jetzt in Nature Communications veröffentlicht.
Die von Mama Bear gefundene Form sieht nicht unbedingt aus, wie man sich den perfekten Schockabsorber vorstellt: Sie hat vier Spitzen, die wie dünne Blütenblätter geformt sind, und ist höher und schmaler als die früheren Modelle. Die enormen Datenmengen, die im Laufe des Prozesses gesammelt wurden, sollen nicht nur dazu verwendet werden, den autonomen Entwicklungsprozess weiterzuentwickeln und zu beschleunigen. Sie bei der Entwicklung neuer Helmpolsterungen für Soldaten der US-Armee helfen. Die 3D-Struktur, die für die Polsterung verwendet wird, unterscheidet sich von dem rekordverdächtigen Stück - sie ist in der Mitte weicher und kürzer, um den Komfort zu erhöhen.
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Für die besonders effizienten Schockabsorber gibt es auch eine ganze Reihe anderer Anwendungen - etwa als Polsterung für empfindliche Elektronik, die um die Welt transportiert wird, oder für Knieschoner und Handgelenkschützer für Sportler. "Aus unserer Datenbibliothek könnte man zum Beispiel bessere Stoßstangen für Autos oder Verpackungsmaterial ableiten", sagt Brown.
Mama Bear ist im Übrigen nicht das einzige autonome Entwicklungssystem, das Brown und seine Kollegen entwickelt haben. PANDA - kurz für Polymer Analysis and Discovery Array-BEAR - testet Tausende von dünnen Polymermaterialien, um dasjenige zu finden, das am besten in Hochleistungs-Batterien funktioniert. Brown. "Die Philosophie ist, maschinelles Lernen zusammen mit Automatisierung nutzen, um Forschung viel schneller durchzuführen."
Mama Bear läuft unterdessen munter weiter. Vielleicht wird es seinen eigenen Rekord ein weiteres Mal brechen.
