Jika Anda pernah memercikkan madu ke sepotong roti panggang, Anda pasti memperhatikan bagaimana cairan kuning itu terlipat dan berputar ke dalam saat menyentuh roti panggang. Hal yang sama dapat terjadi pada pencetakan 3D dan 4D jika nozel pencetakan terlalu jauh dari media pencetakan. Ilmuwan Harvard mengambil satu halaman dari metode inovatif seniman Abstrak Ekspresionis Jackson Pollock— juga dikenal sebagai “master splatter” — mengeksploitasi fisika dasar daripada mencoba mengendalikannya untuk mempercepat proses secara dramatis, menurut seorang peneliti. Kertas baru Diterbitkan di majalah Soft Matter. Dengan bantuan pembelajaran mesin, penulis dapat menghias kue dengan sirup coklat untuk membuktikan kelayakan pendekatan baru mereka.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Pollock awal menggunakan teknik “flying string” atau “flying catenary” sebelum ia menguasai teknik pointillist. Cat tersebut membentuk berbagai benang lengket yang dilempar ke kanvas vertikal. Teknik menetesnya dilakukan dengan meletakkan kain datar di lantai lalu menuangkan cat di atasnya. Terkadang dia menuangkannya langsung dari kalengnya. Terkadang dia menggunakan tongkat, pisau, atau kuas; Terkadang dia menggunakan jarum suntik. Seniman biasanya bergerak “secara berirama” di sekitar kanvas saat ia berkarya. Metodenya telah memesona para fisikawan sejak lama, sebagaimana dibuktikan oleh… Kontroversi disekitarnya Pertanyaan apakah lukisan Pollock menunjukkan bukti atau tidak Pola fraktal.

Pada tahun 2011, ahli matematika Harvard Lakshminarayanan Mahadevan berkolaborasi dengan sejarawan seni Claude Cernowski dalam sebuah studi baru. Artikel untuk Fisika hari ini Meneliti penggunaan Pollock “Ketidakstabilan berliku” Dalam lukisannya. Studi ini secara matematis menggambarkan bagaimana cairan kental terlipat ke dalam dirinya sendiri seperti tali melingkar, seperti… Tuangkan sirup maple dingin Pada pancake.

Pola yang terbentuk bergantung pada seberapa kental fluida (viskositasnya) dan seberapa cepat pergerakannya. Cairan kental membentuk garis lurus jika disebarkan dengan cepat ke atas kain, tetapi akan membentuk lingkaran, coretan, dan angka delapan jika dituangkan perlahan. Mahadevan kemudian mengukur ketebalan garis dan jari-jari kumparan pada lukisan Pollock yang menunjukkan efek ini, dan tim menggunakan data tersebut untuk memperkirakan laju aliran cat saat tangan seniman bergerak melintasi kanvas. A studi tahun 2019 Dia menentang kesimpulan ini, dan malah menemukan bahwa sebagian besar jejak Pollock dihasilkan karena sang seniman secara efektif menghindari ketidakstabilan yang melingkar – meskipun penulis mengakui bahwa jejak mereka tidak mungkin menjadi keputusan akhir mengenai masalah tersebut.

Kini, Mahadevan mengalihkan perhatiannya untuk menerapkan apa yang ia pelajari tentang ketidakstabilan putaran Pollock pada tinta langsung, media serbaguna untuk pencetakan 3D dan 4D. Kerugiannya adalah proses penulisan tinta langsung sangat lambat karena aliran tidak beraturan yang jatuh dari ketinggian akan melengkung atau terlipat, sehingga mengakibatkan ketidaksempurnaan pada objek cetakan. Artinya, nozel cetak harus diposisikan hanya beberapa milimeter dari permukaan cetakan agar dapat meniru pola cetak target secara tepat. Keterbatasan lainnya adalah topologi yang lebih kompleks sulit untuk dicetak, dan juga sulit untuk mengontrol tikungan tajam tanpa merusak filamen yang diekstrusi.

Jadi, alih-alih berfokus pada pengendalian nosel, Mahadevan dan rekan-rekannya memutuskan untuk mencari cara mengeksploitasi ketidakstabilan putaran ini daripada menekannya, seperti yang dilakukan Pollock dalam lukisannya. Kuncinya adalah kelas algoritme pembelajaran mesin yang dikenal sebagai metode pembelajaran penguatan, di mana sistem “belajar” melalui interaksi berulang dengan lingkungan, memperbaiki kesalahannya pada setiap iterasi.

“Jika Anda melihat printer 3D tradisional, Anda menyediakan jalur dari titik A ke titik B, dan nosel menyimpan tinta di sepanjang jalur tertentu.” kata rekan penulis Gaurav Chaudhary, mantan peneliti pascadoktoral di laboratorium Mahadevan dan sekarang di MIT. “Tetapi metode Pollock melempar cat dari ketinggian berarti bahwa meskipun tangannya bergerak pada jalur tertentu, cat tidak mengikuti jalur tersebut karena percepatan gravitasi. Gerakan kecil dapat menyebabkan percikan cat dalam jumlah besar. Dengan menggunakan teknik ini, Anda dapat mencetak lebih jauh dari yang dapat Anda gerakkan karena Anda memperoleh percepatan bebas dari gravitasi.

Mahadewa dkk. Mereka menguji kesimpulan mereka dengan melakukan simulasi numerik bersama dengan serangkaian percobaan laboratorium. Mereka menggunakan cairan kental sederhana yang didispersikan melalui nosel dengan laju aliran konstan, mengendapkan cairan di sepanjang jalur yang telah ditentukan di atas selembar kertas halus yang ditempelkan pada platform stasioner datar.

Eksperimen pembuktian prinsip mereka menggunakan cairan sederhana dengan hanya satu lapisan bahan yang dicetak pada permukaan datar – termasuk menuangkan sirup coklat ke atas wafer yang dihias – untuk mengeja kata ‘Cambridge’. Tim menemukan bahwa mencetak dari ketinggian menggunakan metode mereka “mengatasi permukaan kasar secara alami, tidak seperti penulisan tinta langsung tradisional, di mana permukaan yang tidak beraturan menciptakan ketidakteraturan pada bahan yang disimpan,” tulis mereka.

Pekerjaan di masa depan akan mengatasi tantangan bekerja dengan cairan yang lebih kompleks seperti polimer cair, pasta, atau bahkan makanan, serta menumpuk banyak lapisan untuk membuat objek 3D. “Memanfaatkan proses fisik untuk mencapai hasil fungsional adalah ciri perilaku cerdas dan merupakan inti dari desain teknik.” kata Mahadewa. “Contoh kecil ini menunjukkan, sekali lagi, bahwa memahami evolusi yang pertama dapat membantu kita menjadi lebih baik dalam menghadapi yang kedua.”

DOI: Materi Lunak, 2023. 10.1039/D3SM00177F (Tentang ID digital).