「もうあるものにもう一役」という3つのニュース
どうもしぶちょーです。 ものづくりnoシテンは、産業機械の現役エンジニアである私、しぶちょーが、ものづくりに関するトピックを独自の視点で解説する番組です。
最初に一つだけお伝えしておきたいんですけど、この番組はAIが原稿を生成して、それを音声化してお届けしている AIポッドキャストなんですね。
普段のものづくりnoラジオとは別のラインで、最新のニュースをAIに整理してもらって、そこにしぶちょー視点を乗っけた台本を読み上げてもらっている、いわば実験的な番組です。
なので、内容にたまに事実と微妙に違うところとか、ニュアンスが本来とちょっとずれている箇所が混じる可能性があるっていうのは、ぜひ頭の片隅に置いておいてほしいのよね。
気になった情報は概要欄のリンクから一時ソースを確認してもらえると、より楽しめると思います。
さて今日は今週分のニュースから、もうあるものにもう一役っていう視点でつながる3本を揃えました。
改造なしの3Dプリンターが電子部品を埋め込む
1本目は3Dプリンターが吸っている途中で、自分で電子部品を拾って埋め込んでいく話。
プリンターは一切改造していなくて、部品をつかむのはいつものノズルです。
2本目は荷物を運ぶドローンが坂を下る自転車みたいに、風と重力を使って静かに飛ぶようになった話。
そして3本目は温度センサーがないのに、先の温度がピタッと決まる、ちょっと不思議なハンダゴテの話です。
何かを足したくなった時、もうそこにあるものにもう一つ役目を持たせられないか。
それでは早速いきましょう。まずは3Dプリンターの台の上から擦り上がったばかりのロボットが自分で歩いて出ていく話から、
イギリスのブリストル大学とドイツの研究所のチームがプリント&プレスっていう手法を発表しました。
ホタルの形をしたロボットを3Dプリンターで擦るんだけど、擦っている途中でプリンターが自分で電子部品を中に埋め込んでいくんです。
最後の配線が置かれたところで回路がつながって、台が冷えて本体が外れるとロボットはそのまま歩き出す。
擦り始めたら途中で人が手を出さなくていいのよ。いやーこれはめちゃくちゃ見てみたいよね。
これまで3Dプリントしたものに電子部品を入れたいときは造形を途中で止めて人が手で部品を置くか擦り終わってから組み立てるのが普通だったんですね。
電気を通す樹脂で配線ごとする方法もあるけど電気が流れにくくて大きな電流は流せない。
じゃあ部品をつまむロボットの手をプリンターに足せばいいじゃないって思うでしょ。ところがこのチームはプリンターを一切改造していないんです。ここが今日の肝なのよ。
どうやって部品を持つのか。ノズルが部品の真上に行って溶けた樹脂をちょっとだけ出す。そこでノズルの温度を下げると樹脂が固まって部品がノズルにくっつくんです。
そのまま持ち上げて造形中の本体に開けておいた穴まで運ぶ。置いたらノズルを温め直すか横に素早く動かして部品を離す。
ノズルに残った樹脂はブラシでぬぐい取る。つまり樹脂を接着剤の代わりにしているんですね。
樹脂を出す。温度を変える。決まった場所へ動く。これ全部3Dプリンターが元々やっていることじゃん。
新しい手を足していない。もうあるノズルに掴むっていう役をもう一つ持たせただけなんです。
私は機械の設計をしているけど機能を増やしたい時ってつい部品を足したくなるのよね。でも部品を足せば重くなるし調整する場所も壊れる場所も増える。
足さずに済むならそれが一番強い設計なんですよね。でも樹脂でくっつけるだけのノズルにどこまで細かいものが持てると思う?
小さな基板はもちろん長さ2ミリほどの米粒より小さなチップ部品まで拾えるんです。
しかも部品同士をつなぐ配線まで拾えるんですよ。銅を織り込んだ布の細いテープです。
さっきの回路をつなぐ最後の配線がこのテープなのよ。この細かい動きを人が決めるのは大変だけど
3Dのモデルに配線と部品を書き込めばプリンターへの指示が自動で作られるそうです。
ただね良いことばかりじゃない。置ける速さは基板だと1時間で14個半ぐらい。電子基板の工場で部品を載せる機械とは比べ物にならない遅さです。
部品が増えるほどどこかで失敗する見込みも重なっていく。部品を9個埋め込むホタルのロボットはちゃんと動く設計に
たどり着くまでにおよそ10回設計を直したそうです。それにノズルは部品を回せないので人が先に完成した時と同じ向きで部品をトレイに並べておく必要がある。
手を足していない分できないこともちゃんと残っているわけです。私も東京でバンブラボのX2Dを使ってるけど実験に使われたのは別のメーカーの機械でこの手法はまだ試せてないのよ。
それでも改造がいらないっていうのは試すまでの距離がぐっと近いよね。だからあなたも次に今ある装置に何か部品を足したくなったらその前に今ある動きにもう一つ役目を持たせられないか
紙に一つだけ書き出してみてください。足すのはそれからでも遅くないはずだからね。 さっきはノズルにもう一つ掴むっていう役を持たせた話でした。
Ziplineが風と重力で配送ドローンを静音化
今度は空の上で同じことをやった話です。 役を任された相手は風と重力。
自転車で坂を下る時、ペダルを漕がなくても勝手にスピードが出るじゃないですか。 あれと同じことを荷物を運ぶドローンがやり始めたんです。
離陸したら機体の頭をスッと下げて落ちる勢いでスピードを稼ぐ。 飛行の終わりが近づいたら今度はふわっと上に跳ね上がって登りながらスピードを落とす。
やっているのはジップライン。ドローンの配送では世界で一番大きい会社です。 なんでこんな飛び方をするのか。
狙いは音なんですよ。ドローンの配送って便利だけど頭の上をぶんぶん飛ばれたら本当にうるさいじゃない。
ジップラインの技術のトップも我慢して使ってもらうんじゃなくて好きになってもらいたいって話してるんですね。
もともとジップラインは静かなプロペラを作ったり、配達の時も機体を100メートルほど上に留めたり、音にはずっとこだわってきた会社なのよね。
今回手を入れたのは飛び方。そこにジップラインの機体の作りが効いてくるのよ。 多くのドローンは浮いているために全部のモーターを回し続けないといけない。
でもジップラインの機体には飛行機みたいな翼がついていて、 スピードと高さが乗ったらモーターを一つだけ残して後は止めちゃうんです。
鳥や飛行機と同じように翼で飛ぶんですね。
となると静かにしたいのは翼で飛ぶ状態に切り替えるまでの加速と最後の減速のところだったらそこをモーター任せにしないで風と重力にやってもらおうっていうのが今回の飛び方です。
離陸するとき、機体についたセンサーでその場の風を測る。それを機体に乗せた音の計算モデルと組み合わせて、
今の風ならどう飛ぶのが一番静かになるかをその場で選ぶ。あらかじめ決めた道筋をなぞるんじゃなくて、毎回風と相談して決めているってことです。
結果がどうなったか。去年の機体と比べて1回の飛行で周りに届く音の量が68%減ったそうです。
ただしこれは他の部品やソフトの改良も合わせた数字でしかも会社の中の計算で出したもの。そこは差し引いて聞いてくださいね。
で、私が面白いと思ったのはその先なのよ。静かになっただけじゃなくて、飛ぶ時間が平均で53秒短くなった。
1回あたりのエネルギーも21%減ったそうです。翼で飛ぶ状態への切り替えが速くなって翼で飛んでいる時間が5割ほど伸びたからだそうです。
モーターをほとんど止めて飛べる時間が伸びたんだから電気が浮くのもわかるよね。
私は機械の設計をしているけど音を抑えたいときってまずカバーで覆うことを考えがちなんですよね。
でもカバーをつければ重くなるしお金もかかる。静かさと引き換えに何かを差し出すのが普通です。
ところが今回は静かさと速さと省エネがいっぺんに手に入っている。この飛び方そのものは音を抑える部品を足したわけじゃなくて
音の元になっていた加速と減速をもうそこにあった風と重力に任せただけだから足して抑えるんじゃなく
薬を渡して元から減らす。いやーこれは強いよね。
だからあなたも機械の音や熱や振動を抑えたくなったらカバーを探す前にその元になっている動きを
周りにある力に任せられないか一つ案を出してみてください。 うまくはまれば抑えたかったものと一緒に時間も電気も浮いてくるはずなのよ。
材料のキュリー温度で制御する自作はんだごて
風と重力に薬を渡したら足さずに済んだ。そういう話でしたよね。 最後は薬を渡す相手が材料そのものっていう話です。
温度センサーがついていない温度を合わせる回路もない。それなのにコテの先の温度が決まったところでピタッと止まる。
そんなハンダゴテがあるんです。 ハンダゴテって電子部品を基板にくっつけるときに使う
先が厚くなるペンみたいな道具ね。 フランクジャオさんというエンジニアがこの方式のハンダゴテを自分で設計して作ったっていう記事が出ていました。
名前はホットワンド。 温度を調整できる普通のハンダゴテは奥にあるヒーターで熱を作ってそれをコテの先まで伝えるんですね。
先の温度をセンサーで測って厚すぎたら弱める、冷めたら強めるっていう制御を回路でやっている。
今回のハンダゴテは温め方から違います。 コテの中のコイルに高い周波数の電気を流してコテの先の金属そのものを直接発熱させる。
台所のIHのコンロが鍋そのものを熱くするのと同じ理屈なのよ。 直接温めるから反応が早い。
冷たい部品に当てて温度が下がってもすぐ戻るんです。 市販の製品もあるんだけどとにかく高い。
フランクさんも職場にあるものを素晴らしいけどとても高いって書いているのよね。
じゃあセンサーなしでどうやって温度を止めるのか。 ここが本当に面白いところでね。
鉄みたいな金属が磁石にくっつく性質って実はある温度を超えると消えちゃうんです。 この境目の温度をキュリーテンって言います。
IHって磁石がくっつく鍋じゃないとうまく温まらないでしょ。 それと同じでコテの先の材料がキュリーテンに届くと温める効き目がガクッと落ちる。
冷めればまた効き始める。 だから先の温度は材料のキュリーテンのあたりで勝手に落ち着くんですね。
これお湯を沸かすのに似てるなと思ったのよ。 鍋の水ってどれだけ火を強くしても沸いている間はおよそ100度のままじゃない?
誰も温度を測っていないのに水の性質が勝手に上限を決めてくれている。 このハンダゴテも同じで温度を見張っているのは
センサーでも回路でもなくてコテの先の材料そのものなんです。 私は機械の設計をしているけど今時何かを一定に保ちたいときはセンサーをつけて
マイコンで制御するっていうのが定番なんですよね。それはそれで正しい。 でもセンサーも配線もいつかは壊れる。
物の性質そのものが見張ってくれるなら一番熱くなるコテの先から壊れる部品を減らせるんです。
ただし難しさが消えたわけじゃなくてね。 記事によるとその分の複雑さは高い周波数の電気を作る電源の方に集まっている。
フランクさんもUSBの充電器や電池でも動くように電源周りをかなり作り込んでいます。
しかも基板の注文が5枚からだったので2種類を5台ずつ作って8台をロボット格闘のチームの仲間たちに送ったそうです。
いやーこういう人好きなのよね。私自身はこの方式のハンダコテはまだ触れてないんだけど設計のデータは公開されているので気になる人は概要欄からどうぞ。
3つの事例に共通する設計思想
たすんじゃなくてもうそこにある材料にもう一つ役を持たせる。 今日の3本にこの共通している考え方ですね。
だからあなたも次にセンサーと制御を足して何かを一定に保とうとしたらその前に材料や形の性質そのものにその番を任せられないか
一つ探してみてください。見つかればそれが一番壊れにくい制御になるはずだからね。 今日は3d プリンターが自分で電子部品を埋め込む話
風と重力を使って静かに飛ぶドローンの話 そして温度センサーなしで温度が決まるハンダコテの話
この3本をお届けしました。 並べてみるとね全部もうあるものにもう一役って話だったのよ
部品を掴む手を足さずにノズルにノズルに掴む役を持たせた。 音を抑える部品を足さずに風と重力に加速の役を渡した。
センサーと回路を足さずに材料の性質に温度の番を任せた。 足せば確かに機能は増えるけど重さも手間も壊れる場所も一緒に増えるんですよね
だからあなたも今週仕事の中で何かを足して解決したくなったら 足す前にもうそこにあるものの名前を紙に3つ書き出してみてください
その中のどれかがもう一つ役目を引き受けてくれるかもしれないからね というわけで今回はここまでとさせていただきます
私は技術ブログ 支部長技術研究所も運営していますのでそちらの方もぜひチェックしてください
Xの方も毎日ものづくりに関する投稿してますのでよろしくお願いします ポッドキャストものづくりのラジオの方も毎週土曜日
週一で配信中ですお時間あればぜひ聞いてください というわけで今回はここまで
以上支部長でしたではでは
