Forestill deg at bedriften Rottefella har en banebrytende idé den vil ha testet ut før en viktig skisamling i neste uke. Hvor skal den henvende seg for å få en funksjonell prototyp raskt? Å bruke vanlige støpeformer i stål vil ta altfor lang tid.

Unge, kreative gründere opplever et lignende problem: Siden støpeformer i stål er dyre, blir usikre prosjekter lagt på is. Gründere klarer rett og slett ikke å finansiere en slik produksjon.

Nå vil en rekke industri- og forskningspartnere finne en løsning på problemet. De har gått sammen i forskningsprosjektet «AddForm» for å utvikle best mulig 3D-utskrevne støpeformer i plast.

Fra stål til plast

– Ved store kvanta egner maskinert stål og også 3D-printede stålformer seg godt. Som når Lego lager klosser i millionantall, forteller Erik Andreassen på Sintef Materialer og kjemi.

Men skal man støpe få enheter og drive prøvestøping, kan 3D-printede støpeformer i plast, eller rettere sagt polymermaterialer fylt med keramiske partikler eller metallpartikler, være tingen.

– Slike former kan lages i løpet av en dag eller to, og så kan produktet sprøytestøpes i riktig plastmateriale, sier Andreassen.

Sprøytestøping er støpemetode for masseproduksjon av gjenstander av for eksempel termoplaster, gummi og metaller. Store kvanta er nødvendig for lønnsom produksjon, siden formverktøyene er relativt dyre å framstille.

Får ut produktene i riktig materiale

3D-utskriving, eller «additiv tilvirkning», startet opp kommersielt for drøyt 25 år siden, og forskere ved Sintef har arbeidet med temaet i mange ulike sammenhenger.

I det nye prosjektet er jobben å forstå egenskapene til formmaterialene med tanke på belastningene de utsettes for ved sprøytestøping. For at industrien skal få et raskt og godt resultat, må materialene testes opp mot hverandre for å sjekke ulikheter.

– Det finnes en rekke prosesser for 3D-printing og ulike materialtyper, og alle har sine styrker og svakheter med tanke på å lage forminnsatser, forklarer Andreassen.

Forskerne vil jobbe for å finne raskere måter å montere formene på og effektive overflatebehandlinger for å gi overflaten i formen en ønsket finish.

Ikke bare skal industrien få sprøytestøpte prototyper raskt og billig, men den skal også få ut produktene i riktig materiale; det materialet som skal brukes i fullskalaproduksjonen og som har de spesielle egenskapene som er ønsket.

– Det er viktig å merke seg at for de fleste industrielle anvendelser kan man ennå ikke 3D-skrive deler i plast med «riktige produktegenskaper», som slagstyrke eller brannhemming. Man må gå veien via sprøytestøping for å få til dette, sier Andreassen.

Biologene har lenge kjent til muskelen 3Ax, som billene bruker til å åpne og lukke vingene. Men før nå har ingen visst at billene også bruker denne lille muskelen til å svinge når de flyr.

I redningsaksjoner

– Nå som vi fant ut at muskelen i vingen er viktig for styringsevnen, har vi for første gang klart å styre flyvingen mer presist. Tidligere har vi lykkes med å få billene til å lette og lande, men vi har hatt vanskelig for å styre dem når de flyr. Det sier Michel Maharbiz ved UC Berkeleys fakultet for informatikk og elektrovitenskap, i en pressemelding.

Tanken er at kyborg-biller vil kunne brukes som droner, for eksempel i redningsaksjoner – omtrent som kyborg-kakerlakken som forskning.no har skrevet om tidligere.

– Vi kan enkelt montere en mikrofon og temperaturmåler på billene og skape et nyttig hjelpemiddel. Dette er teknologi som kan la oss utforske steder som ikke har vært tilgjengelige før, for eksempel små områder i en sammenrast bygning, sier Hirotaka Sato ved Nanyang Technological University i Singapore, som har samarbeidet med UC Berkeley om prosjektet.

Forsøkene ble gjort med den store billen Mecynorrhina torquata. Billene var i gjennomsnitt 6 centimeter lange og veide 8 gram — omtrent like mye som en femkronemynt.

Mindre batterier, store framskritt

Nadi Bar, som er førsteamanuensis på Institutt for kjemisk prosessteknologi ved NTNU, har montert lignende apparater på flaggermus. Han forteller at mindre og bedre batterier har ført til store framskritt for denne typen forskning de siste årene.

– Folk har brukt instrumenter på fugler, pattedyr og fisk i mange år. Men nå har mikroteknologien har blitt bedre, særlig batteriene, sier Bar til Forskning.no.

Han ser for seg mange bruksområder for slike kyborg-skapninger:

– De vil kunne brukes i overvåking og til militære formål. Men det er kanskje mer sannsynlig at de vil brukes til å studere naturlige fenomener, for eksempel til å studere andre insekter eller rovfuglers adferd, sier Bar.

Bille med ryggsekk

Forskerne valgte å jobbe med de store billene fordi de kan løfte tungt. På ryggen fikk de montert en «ryggsekk» bestående av en mikrokontroll, en trådløs sender og mottaker, og seks elektroder koblet til billens synssenter og muskulatur. Alt dette ble drevet av et 3,9-volts batteri. Utstyrets samlede vekt var mellom 1 og 1,5 gram.

Nadi Bar forteller at større dyr kan bære mer utstyr, og dermed rustes med flere egenskaper, enn billene.

– På insekter er det først og fremst styringen man kan jobbe med. Vi har ikke små nok kameraer, og de vil uansett trenge altfor mye energi. Men større dyr kan bære større instrumenter.

Bar ser at slik forskning kan være en etisk utfordring:

– Alt som handler om å styre dyr er etisk problematisk, fordi du forvandler dyret til en robot og fjerner dets frie vilje. Så jeg tror mange vil mislike dette. Men i vår forskning med flaggermus observerer vi bare, vi styrer ikke dyret. Da er det mindre problematisk, sier Bar.

Trådløst

Hirotaka Sato  tror det er den trådløse teknologien som skal ha takk for at forskerne oppdaget den lille muskelens betydning. En viktig del av prosjektet var nemlig å utvikle et styrings- og overvåkningssystem som lar dem observere de flyvende billene uten bruk av ledninger.

– Når biologer tidligere har jobbet med å analysere flyvende insekter, har dette oftest blitt gjort med ledninger koblet til insektet. Dermed har det vært vanskelig å si om ledningene har påvirket hvordan insektet flyr, sier Sato.

Referanse:

Hirotaka Sato m.fl.: Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation, Current Biology 2014, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.01.051. Sammendrag.