ידענים: מדע בדיוני | ננו-טק | עתידנות טכנולוגית | רובוטים בחלל

מאת 3 במאי 2010 21 תגובות

האם בעתיד נוכל לייצר כל אביזר תוך שעות בודדות, במכשירים דמויי-מיקרוגל? בעצם, למה בעתיד, אם מכשירים דומים קיימים כבר כיום?

תהליך היצור באמצעות EBF3. צילום: נאס"א

תהליך היצור באמצעות EBF3. צילום: נאס"א

קפטן פיקארד מספינת החלל האנטרפרייז התעורר בבוקר וידע בדיוק מה הוא צריך. הוא קם ממיטתו, ניגש בצעד בוטח למכשיר דמוי המיקרוגל הקבוע בקיר והורה בקול תקיף, "תה, ארל גריי, חם." המכשיר היסס לרגע, השמיע זמזום קצר וצפצף לסיום התהליך. פיקארד פתח את דלת המכשיר והוציא ספל תה לוהט. הוא גמע בזהירות מן הכוס, והעווה פניו. שוב שכח לבקש סוכר.

המכשיר הבדיוני מהסדרה "מסע בין כוכבים" אינו רק מכונת תה. הוא היה מסוגל לייצר כמעט כל אביזר אפשרי, ממעדני גורמה מפוארים ועד לאקדחים מתוחכמים. הוא היה יכול אפילו ליצור שכפולים מדויקים של כלים שהוכנסו לתוכו. משכפל כל יכול שכזה עדיין בגדר מדע בדיוני, אך בחודשים האחרונים המציאו מהנדסים בנאס"א 'משכפל' הפועל במציאות ומסוגל לייצר מחדש כמעט כל כלי העשוי ממתכת, בהינתן תכנית הייצור. במילותיה של קרן טמינגר, המנהלת הטכנולוגית של פרויקט המחקר בווירג'יניה, "אתה מתחיל עם שרטוט של החלק שאתה רוצה לבנות, לוחץ על כפתור והחלק יוצא החוצה."

המשכפל של נאס"א, המכונה EBF3, מתבסס על הזרקת מתכת לתוך תא ואקום. קרן אלקטרונים רבת עוצמה ממיסה את המתכת, שמוזרקת ומתמצקת בנקודות הנדרשות לפי השרטוט. בכל שלב בתהליך נוצרת עוד שכבה של מתכת על גבי השכבה הקודמת, וכל השכבות ביחד מהוות את התוצר הסופי, הנוצר על גבי כן מסתובב. כדי ליצור חפץ שלם במשכפל יש צורך רק בשרטוט התלת ממדי שלו ובמתכת המתאימה לשימוש עם קרן האלקטרונים. ראוי לציין שאלומיניום, חומר בעל שימושים רבים בייצור מטוסים, מתאים במיוחד לשימוש במשכפל אך המכשיר מסוגל לעבוד גם עם טיטניום, ניקל, פלדת אלחלד, סגסוגות מתכתיות למיניהן, ואפילו לשלב שתי מתכות או יותר בבניית המוצר.

קיימים יישומים תעשייתיים רבים למשכפל של נאס"א, וטמינגר חוזה כבר עתה כי בתוך כמה שנים ייוצרו כלי טיס שיכילו חלקים מבניים גדולים שהתגשמו באמצעות המשכפל. היתרון העצום של המכשיר על פני שיטות הייצור הרגילות ברור לעין. בשיטות הייצור כיום יש לגלף ולחצוב בגוש חומר עד לקבלת הצורה הרצויה. בדרך זו, אם אנו מעוניינים ברכיב טיטניום למטוס במשקל 150 קילוגרם, הרי שנצטרך לגלף אותו (בתהליך המכונה: כרסום) מתוך גוש טיטניום במשקל 3,000 קילוגרם. תוצר הלוואי יהיה 5,700 קילוגרם של חומר עודף, ועוד כמה אלפי ליטרים של נוזלי חיתוך שבהם משתמשים בתהליך. המכשיר נהנה מיתרון גם על שיטות דומות לייצור עצמים, המסתמכות על ריתוך של אבקות מתכתיות ודורשות הספק אנרגיה גבוה בהרבה.

"עם EBF3אתה יכול לבנות אותו רכיב על-ידי שימוש ב-175 קילוגרם בלבד של טיטניום, ולהסיר בחיתוך רק 25 קילוגרם בתהליך הגימור", אמרה טמינגר. "ותהליך ה-EBF3דורש הרבה פחות חשמל."

לפי הערכתה של טמינגר יוכל המשכפל להפחית את עלויות הייצור ב-2000 דולר לקילוגרם בערך, בהשוואה לשיטות הנהוגות כיום. אך היתרון של המשכפל אינו רק בהפחתת עלויות הייצור. מהנדסים יוכלו לתכנן מראש מנועים ורכיבים קלים יותר, המכילים חללים פנימיים שאינם פוגמים בחוזקם – משימה שעד היום הייתה קשה מאוד לביצוע. אותם רכיבים יהיו בהכרח משוכללים יותר, ויוכלו גם להכיל חיישנים שייקבעו בתוכם עוד בתהליך היצירה.

מעבר למגוון היישומים שיימצאו למכשיר על פני האדמה, סביר להניח שחלק גדול מהשימוש בו יצא לפועל בחלל החיצון, שם מוגבלים האסטרונאוטים בחלקים שאותם הם יכולים ליצור. גרסה בזעיר אנפין של המכשיר כבר הורכבה ונבדקה בהצלחה בתנאים של חוסר משקל, והצעד הבא הוא להדגים את פעולת המכשיר בתחנת החלל הבין-לאומית.

המשכפל המקורי ממסע בין כוכבים היה תוצר דמיונם הפורה של סופרי מדע בדיוני, אך המציאות מדביקה כל דמיון. כבר בעתיד הנראה לעין, בסיסים שיוקמו על הירח יוכלו לנצל את המשכפל ליצירת חלקי חילוף כפי הנדרש, ולא יצטרכו להסתמך על אספקת חלקים שתשוגר מכדור הארץ. האסטרונאוטים יוכלו לחצוב את חומרי הגלם מקרקע הירח, או אפילו למחזר חלקים קיימים שכשלו או שחלף זמנם. בעתיד הרחוק יותר אפשר לחלום על משכפלים שיוכלו לשלב מגוון רחב של חומרים, כפלסטיק, מתכות ורקמות אורגניות ויהיו מסוגלים להפיק מגוון רחב של תוצרים – ממדפסת דיו, דרך סטייק עסיסי ועד למשכפל קטן יותר. אותם משכפלים עתידיים בוודאי לא יסתמכו על אותם עקרונות בדיוק שעליהם מבוסס המשכפל הנוכחי, אך כפי שאמר המהנדס צ'רלס קטרינג כבר לפני מאה שנה, "הדמיון שלנו הוא הגבול היחידי למה שאנו יכולים לקוות להשיג בעתיד."

המאמר הופיע במקור בגלילאו, כתב עת למדע ומחשבה. תודה לעורכת נופר קידר ולעורך המדעי צבי עצמון על עבודתם על המאמר.

קישור למקור באתר נאס"א

21 תגובות ל “כשהעתיד הופך למציאות: המשכפל של מסע בין כוכבים מגיע לנאס"א”

  1. AR

    ever heard of the simple term : version.
    the is gen1….
    when they get to gen7 you'll be getting higher complexity levels.
    crude terms speaking….

  2. משתמש אנונימי (לא מזוהה)

    מה עם שכםול זהב, יהלומים, גז ונפט. אחמדינג'אד עלול לנצל את המכשיר לשכפול פצצות אטום.

  3. עובר אורח

    אי אפשר לתקן את המספרים השגויים בצורה בולטת? 3000 בשביל רכיב של 150 ק"ג ? ועוד נשאר 5700 מ3000 !! זה מזכיר את הגשש!
    6 צודק, זה יותר שיכפול כמו של מפתחות מאשר מכשיר הממיר אטומים לחומר מורכב דבר המצריך רמות אנרגיה בלתי נתפסות או דרך עוקפת לא מוכרת !
    אגב מדפסת דיו, גם מכשיר הממיר אנרגיה לחומר לא יוכל לייצר כי זאת מכונה מורכבת ולא יחידה מוצקה! חוץ מזה בתקופה בה יפעל כזה מתקן כזה כנראה לא יזדקקו למדפסת דיו/לייזר ! זה בקטנה אבל בהחלט מדובר במתקן מיוחד ושונה מהמוכר עד כה , אגב לא רצוי שיתחילו במשקלים נמוכים של גרמים? שם קשה יותר למיכשור הקיים להתעסק בהם בגלל גודלם הקטן!

  4. משה בוזנח

    ממש לא מתקרב למכשיר המדהים מהאנטרפרייז.
    מצטרף לתגובה 6 ולתגובה 15.
    ביום שבו אוכל לקחת אוסף אטומים – לזרוק אותם למכשיר ולבקש שתצא שווארמה טעימה בלאפה עם חומס-'ציפס-סלט – הכתבה הזו תהיה רלוונטית.

  5. אייל.א

    רועי, תודה על הכתבה.
    יש רק אי אלו טעויות בתרגום המספרים של הכירסום.

    מעבר לכך, באמת מדובר בפריצת דרך באם השיטה תתפוס. זו שיטה שונה לחלוטין מכל השיטות לייצור חלקי מתכת שקיימות כיום (והיו קיימות עוד לפני..הרבה זמן). עוד בחיתוליה, אך אם אכן קיימים לצידה היתרונות המוזכרים, אז בוודאי ימצאו את הדרכים לשכלל אותה ולשלוט בתכונות השונות של החומר.

  6. משתמש אנונימי (לא מזוהה)

    יוסף מ.

    כבר היום אפשר לשכפל אוכל.

    שמים אוכל באדמה ואז הוא יוצר עוד הרבה אוכל שאפשר לשים אותו בתורו באדמה כדי שכל אחד מהיחידות אוכל החדשות יצרו גם המון אוכל וכן הלאה והלאה.
    אפשר גם לתת לאוכל שעושה "מו" לאכול את האוכל הנ"ל וגם אז יהיה לך המון אוכל מהסוג החדש הזה, אבל בשביל זה צריך לפחות שתי יחידות אוכל שעושה "מו" ושתי היחידות תהיינה מסוג שונה. הדבר נכון גם לגבי חלק מסוג האוכל ששמים באדמה.

  7. יוסף מ.

    כשיהיה אפשר לשכפל מזון ,אז נדבר ונתלהב.
    הכותרת בומבסטית
    לסערה בכוס מים (אפילו לא תה ארל גריי)

  8. גיל

    הרעיון באמת יהיה רווחי לכל מפעל
    ואיי כמה מטבעות כסף אפשר לשחפל כך 🙂
    אני מקווה שבקרוב יצא מכונה גם לשטרות של 100$, לפני שהם יהפכו לנייר טואלט.

  9. D.P

    רועי, אני רואה הרסו לך טיפה את ההתלהבות.

    אני ראיתי את המדפסת ה-3D לפני כמה שנים, אבל היא לא השאירה עלי רושם כמו הדבר הזהף 🙂

    יש לזה פוטנציאל אדיר ועוד כמה שנים זה יתפתח הרבה יותר (אני בטוח) – כי הרעיון יהיה רווחי לכל מפעל בערך.

    תודה על הכתבה הטובה והמעניינת 🙂

  10. אבי בליזובסקי

    שלום יאיר.
    א. שחררתי את החסימה שהושמה בטעות על היכולת להשאיר תגובות.
    ב. מה הקשר בין זכרון המגנטיות ובין זכרון של תכונות ריפוי כביכול שאליהם מתייחסים חסידי השטות ההומיאופטית? אולי גם כתבות על זיכרון במחשב מאשרות את ההומיאופתיה?

  11. יאיר

    היום פרסם הידען מאמר על חומרים הזוכרים את המבנה שלהם, בליוי המאמר המקורי.
    אין אפשרות להגיב שם, ולכן אני שואל את מי שמרגיש עצמו מומחה די הצורך: בעבר התקיים ויכוח בעיתונות המדעית והפופולרית על השאלה האם משתמר במים זכר ("זיכרון") של מהילה חימית כלשהי, גם לאחר שהתמיסה המקורית נמהלה אלפי פעמים. ההכרעה בזמנו שללה את האפשרות הזאת, אבל,
    האם יש למאמר החדש השלכה על השאלה הזאת?

  12. חיים

    ל-6 . תמיהני, "לפתות קוראים…" במה בדיוק לפתות?!

  13. דודי

    גם אין לו דלדת למשכפל מהאנטרפרייז

  14. אילון

    המשכפל של סטארטרק אינו דומה כלל, הוא אינו מוגבל לסוג חומר אחד, הוא ממיר אנרגיה ויוצר כל מולקולה נדרשת, בכל מורכבות מבנית. המשכפל של נאס"א מזכיר פיתוחים קיימים כמו מדפסת תלת מימדית לפולימרים.
    כתבה זאת אינה שונה מכתבות רבות בעיתונות שנותנות כותרת מושכת אשר בינה לכתבה הקשר הוא קלוש. חבל שהכותב מנסה לפתות קוראים בדרכים שאינן ראויות.

  15. גולן

    ששמעתי על המדפסות תלת מימדיות של פולמרים של פלסטיק הופתעתי, עכשיו כבר פחות

  16. שי

    מאד מעניין, אבל מהשסרטון לא נראה שלחלקים המיוצרים יש רמת גימור גבוהה במיוחד. האם זה רק בגלל החלקים הספציפיים או שאפשר ליצור גם חלקים בעלי קצוות חדים ומשוייפים.

  17. משה משיח

    לפני כ-4 שנים הייתי במצגת שהראתה כמעט בדיוק באותו שיטה איך לבנות כתרים לשיניים, גם אז לא היתפעלתי כי עדיין זה רחוק מישלמות והדרך עוד ארוכה
    שאכן זה יקרה בעשור הקרוב.

  18. ארז

    תמיד יוכלו לעשות יציקת מתכת באמצעות תבניות כמו לפני 100 שנים…

הוספת תגובה

  • (will not be published)