طراحی و کنترل هوشمند اوریگامی الکتروحرارتی با چاپ چهاربعدی و یادگیری تقویتی

اوریگامی فعال الکتروحرارتی پتانسیل بالایی در حوزه هایی مانند رباتیک نرم و مواد هوشمند دارد، اما با محدودیت های اساسی در زمینه سختی مکانیکی پایین و کنترل ناپایدار فرآیند بازشدگی مواجه است. این پژوهش با هدف غلبه بر این چالش ها، یک چارچوب یکپارچه شامل چاپ چهاربعدی کامپوزیتی، مدل سازی چندفیزیکی و کنترل هوشمند را ارائه می دهد. فرضیه اصلی بر این استوار است که تقویت پلیمر حافظه دار حرارتی با الیاف کربن پیوسته و هدایت تحریک آن توسط هوش مصنوعی، می تواند سازه ای با سختی بالا، پاسخ سریع و دقت کنترل استثنایی ایجاد کند. روش کار شامل سه مرحله است: ۱) ساخت نمونه ها با چاپ هم زمان پلیمر و الیاف کربن به عنوان محرک الکتروحرارتی، ۲) توسعه یک مدل تحلیلی-عددی چندفیزیکی برای پیش بینی رفتار حرارتی-مکانیکی، و ۳) طراحی یک سیستم کنترل ترکیبی مبتنی بر شبکه عصبی پیش بین و یادگیری تقویتی برای دستیابی به زاویه بازشدگی هدف با بهینه سازی مصرف انرژی. نتایج تجربی نشان می دهد که کامپوزیت ساخته شده مدول الاستیک را تا ۳۰۰ درصد افزایش داده و بازیابی شکل کامل تری را امکان پذیر می سازد. مدل چندفیزیکی با دقت بالا (خطای کمتر از ۵ درصد) می توان رفتار سازه را شبیه سازی کرد. مهم تر آنکه کنترل کننده هوشمند در مقایسه با روش سنتی حلقه باز، خطای موقعیت یابی نهایی را تا ۷۰ درصد کاهش و بهره وری انرژی را تا ۴۰ درصد بهبود بخشید. اعتبارسنجی نتایج از طریق هم خوانی داده های تجربی و شبیه سازی، ارزیابی کمی عملکرد کنترل و استناد به پژوهش های معتبر در حوزه های چاپ چهاربعدی و کنترل هوشمند انجام شده است. این چارچوب، بنیانی برای توسعه سازه های اوریگامی هوشمند با قابلیت تطبیق پویا فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

اوریگامی الکتروحرارتی ، چاپ چهاربعدی کامپوزیتی ، کنترل هوشمند مبتنی بر یادگیری تقویتی