Институт за современи композити и роботика

Институтот за современи композити и роботика (Institute for advanced composites and robotics) е првиот приватен институт на Балканот од оваа област. Институтот во рамките на европскиот истражувачки простор е единствениот кој ги има петте клучни технологии за развој на современи композити за индустријата на авиони, за вселенската индустрија, како и за индустријата на гас и нафта за да се обезбеди нов и поекономичен транспорт и складирање на енергија. Целта на институтот е да изгради соодветна истражувачка инфраструктура која ќе ја развие науката во областа на современите композити и роботика преку интердисциплинарен пристап, со посебен акцент на нивната имплементација.
Од основањето на институтот има објавено трудови и има настапувано на меѓународни конференции во Италија, Романија, Обединетото Кралство, САД, Чешка и Словачка.
1 Краток опис на Институтот за СКР
Институтот за современи композити и роботика е приватна високообразовна институција, која врши високообразовна дејност од втор циклус на студии, научно-истражувачка и апликативна дејност во полето на техничко-технолошките науки, областа на материјалите, автоматиката и роботиката и други со нив поврзани наставно-научни, истражувачки и стручни области. Ова е единствен Институт во Европа каде се наоѓаат сите клучни технологии за развој на современи композити на едно место. Основан е 2009 година од компанијата Микросам АД Прилеп и претставува голем исчекор за македонската наука бидајќи делува во подрачјата на Композитните материјали и Контролата на движење, научни подрачја кои се на списокот на најзначајните технологии што ќе го раководат 21 век. Од 2011 г. Институтот за СКР е акредитиран од Министерството за образование и наука на Р Македонија, за спроведување на втор циклус (магистерски) студии од областа на современите композити и роботика и истовремено е единствен Институт каде науката за композити се поврзува со примена на роботиката за производство на современите композити. Училниците на Институтот за СКР каде се одвиваат постдипломските студии се опремени со најнова технологија, а сопствената библиотеката може да се пофали со неколку илјаден книжен фонд.
Примарна дејност на Институтот за современи композити и роботика е:
*Вршење на научно истражување
*Развој на нови производи
*Технолошки тестирања
*Изработка на прототипови
*Образование на кадри од областа на современите композити и роботиката
Во рамките на Институтот се работи на реализација на проекти за развој на нови технологии и процеси на производство на современи композитни материјали. За таа цел во новиот објект на институтот е оформена прототипска работилница и лабораторија со најсовремена опрема. Институтот располага и со лабораторија за софтверско инженерство како и со лабораторија за истражување на различни платформи во контрола на движење, со оваа лабораторија се поврзува и лаботоријата за автоматско управување со процесите каде се проучуваат разни модели за прибирање на податоци на технолошки процеси и управување со истите. Примарни области за научно истражување на ИСКР се следните:
*Електроника, електротехника и копјутерско инженерство
*Машинско инженерство
*Технологија на материјалите
*Нано-технологија
2 Современи композити
Композитните материјали датираат од многу одамна, уште пред 4000 години п.н.е..Така на пример,макро-композитните материјали биле користени како градежен материјал,со мешање на слама и кал, при изградба на домовите за живеење. Иако, во тоа време, луѓето не биле свесни за своето научно дејство при создавање на нов композитен материјал, сепак знаеле дека прават смеса од две или повеќе компоненти, за да добијат нов зајакнат материјал, материјал којшто ги надминува својствата на поединечно употребените компоненти и успешно задоволува одредени потреби.Како би го дефинирале композитниот материјал?Композитен материјал е материјал во цврста состојба, составен од повеќе од една компонента, од кои едната се нарекова матрица или сврзувачки материјал, а тоа е обично полимер, керамика или метал, во која се додава другата компонента т.е. честичката или зајакнувачот (влакна, нано-цевки, плочки, сферични честички итн....) Постојат најразлични поделби на композитни материјали, но една од најчесто употребуваните е поделбата на природни (дрво, коска, гранит, бисер) и хемиски (вештачко-создадени) композити. Како матрица во современите композити се користат најразлични материјали, полимери, керамика, метали, итн...
Полимерните матрици за композитите се делат на:
*термореактивни (thermosetting) и
*термопласти (thermoplastics).
Термопластичните полимерни матрици при загревање омекнуваат или се топат, а при ладење повторно се стврднуваат. Овој процес може да биде повторуван, при што во полимерот не се случуваат никакви хемиски промени.Термореактивните полимерни матрици содржат молекули кои се вмрежени и при загревање не омекнуваат. Тие се формираат при реакција, во која смолата и зацврстувачот, или смолата и катализаторот се мешаат и потоа трпат иреверзибилна хемиска реакција. По вмрежнувањето, кое најчесто се изведува на повишени температури, тие стануваат крути, нетопливи и нерастворливи производи.Од сите термореактивни матрици, околу 90% припаѓаат на три поголеми групи: Епоксидни смоли, Полиестерски смоли и Винил-естерски смоли .
2.1 Својства
Фактори кои имаат значајна улога во детерминирање на својствата на современи композити се:
*самата природа на матрицата (поларност, површинска тензија,...)
*природата на зајакнувчот (негова чистота, дефекти)
*концентрација на зајакнувачот во композицијата, неговата геометриска форма (облик, димензии, дистрибуција на димензиите)
*условите на обработка
*дисперзија на зајкнувачот во матрицата
*ориентација на зајкнувачот во матрицата
*адхезијата помеѓу матрицата и зајакнувачот
*создадената микроструктура помеѓу зајакнувачот и матрицата.
Како влијаат зајакнувачите, матриците со и без зајакнувачи, врз некои од својствата на современите композити (механички, делектрични, реолошки, топлински...) е прикажано во продолжение :
*Диелектрични својства - Современите композити кои содржат спроводливи зајакнувачи–честички во полимерната матрица, на пример CNT, покажуваат покачена спроводливост од неколку реда на величини, и тоа при многу мала концентрација на зајакнувач –честичка (дури и под 1 wt.%), додека другите својства на полимерната матрица се задржуваат непроменети или малку изменети.
*Механички својства - Генерално, механичките својства на полимерниот композит зависат од концентрацијата на зајакнувачот и неговата ориентација во матрицата. Често се појавува јаз помеѓу теоретски предвидените својства и својствата што реално се постигнуваат за полимерните современи композити.
*Реолошки својства - Виско-еластичните својства кај композитите се важни од аспект на негова обработка, како и за осознавање на микроструктурата на самиот композит. Повторно, за подобрување на овие својства, а воедно и за подобра дисперзија, потребна е функционализација на зајакнувчите.
*Топлинска спроводливост - Генерално, современите композити имаат подобрени топлински својства во однос на чистите полимери.
3 Роботика
3.1 Вовед
Роботиката го одбележа крајот на 20 век и со голем замав ја внесува науката во 21 век.Вечната желба за создавање на вештачки творби кои физички и интелектуално можат да ги надминат човечките способности ја прави роботиката привлечна и застапена во многуте области на науката(компјутерската наука, инженерството, математиката, биологијата, медицината...). Како и човекот, така и истажувањата во роботиката има разновиден карактер и широка интердисциплинарност која ќе ја продолжи актуелноста на оваа научна области во иднина.
Несомнено е дека истражувањата поврзани со создавањето на соодветни технологии (на пример, за композити), се поврзани и со напредокит на роботиката, бидејќи таа, во основа, се обидува да го замени човековиот интелектуален и физички капацитет во реализација на процесите, кои инаку би се реализирале рачно од страна на човекот. Се разбира дека во 21век, рачната релизација на процесите е практично неостварлива, не само заради големата комплексност на процесите, туку и заради нивото на перформасите (брзина, прецизност, квалитет...,), кои треба да се обезбедат со реализација на тие процеси и со високите барања кон производите, кои постојано се зголемуваат, заради брзиот развој на науката и технологијата. Тука доаѓаме до потребата од развој на високипродуктивни и специјализирани машини, кои ќе дадат врвни перформанси и кои брзо ќе се појават на пазарот заради задоволување на барањата на клиентите. Овој концепт директно е спротивставен на идејата за имитирање на човекот. Човекот е универзална "машина", која може да извршува различни операции и активности, со голема флексибилност о склоност кон учење. За да се надмине оваа состојба, веќе неколку децениии се развиваат универзални машини, способни да манипулираат (движат) во просторот објекти или алати и да реализираат најразлични работи во комплексните процеси. Тие се оспособуваат за брза комуникација со операторот, имаат способност за брзо "учење“ на задачите кои се бараат од нив за реализација и можат да работат во секакви средини и без присуство на човекот.
3.2 Структура на роботите
Роботиката е наука која го проучува дизајнот, производството и продажбата на роботите. Роботиката бара огромно познавање од областите електроника,механика и програмирање а истовремено уклучува и многу други научни области. Личностите кои се занимаваат со проучување на оваа област се нарекуваат роботичари. Роботите се засноваат на синхронизирано управување на повеќе движења во просторот. За да се дефинира положбата на објект во просторот, потребни се 6 движења, од кои трите се за негово позиционирање, а останатите за ориентација. Можат да постојат и роботи со поголем број на степени на слобода (редундантни), решение кое се диктира од решавањето на соодветни технолошки задачи.
Постојат 4 генерички решенија на кинематиката на роботот, во делот на основните три степени за позиционирање: роботи со 3 праволиниски движења (Картезијанова структура), роботи со 2 праволиниски и едно вртежно движење, со две вртежни и со едно праволиниско движење, и со 3 вртежни движења. За ориентација на објектите, секогаш се користат вртежни движења околу оските.
Ако треба да се структуираат и да се дефинираат областите во роботиката, а ќе претставуваат и окосница за понатамошните научни проекти, тогаш тоа се:
*алгоритми за опис на позицијата и ориентацијата на роботските структури;
*директна и обратна кинематика на манипулаторите;
*брзини и статички сили кај манипулаторите;
*динамика на манипулаторите на роботите;
*генерирање на траекторија на движење на манипулаторите;
*управување на манипулаторите;
*сензорски системи кај роботите и роботизираните системи;
*точност и крутост на роботите;
*вештачка интелигенција во роботските системи;
*развој на програмски системи на роботите со различно ниво на интелегенцијач
Овие се генералните тематски истражувачки подрачја, кои се прокупација на истражувачкоит сектор за роботика, при Институтот.
4 Технологии и инженерство
4.1 Нано технологија
Денес речиси цел свет е насочен кон областа на нано технологијата.Првичните активности на институтот се во областа на физиката и материјалната технологија , а потоа тие се насочени кон синтеза на нови материјали.
Јаглеродните нано-цевки(анг. Carbon nano-tubes (CNTs)) и други нано партикли имаат потенцијал за подобрување на значајни материјали. Овие материјали ги подобруваат основните одлики на традиционалните материјали како квалитет, мекост, термални одлики, дејство на надворешна сила итн.
Оваа технологија се користи за иновативни материјали во областа на авиоиндустријата, медицината и електрониката, ,меѓутоа многу од овие материјали се токсични за средината и за човекот, како на пример нано честичките од бакар оксид кои влијаат на молекулата на ДНК. Нано-технологијата е една од базичните инженерски дисциплини и се однесува на производи кои имаат структура со нано-метрични димензии со големина (1-100 nm).
4.2 Електрично, електронско и компјутерско инженерство и технологија
Електротехниката е поле на инженерството која се занимава со примената на електричната енергија во секојдневниот живот. Во состав на неа се електрониката која проучува контрола на електричната енергија и примена на електричните кола во секојдневниот живот , и електричното инженерство кое ги применува електрицитетот и електромагнетизмот. Електротехниката има и повеќе поддисциплини како што се:
Енергетика – Област која се занимава со пренесување и складирање на електрична енергија со помош на соодветни машини. Уште е позната како енергетска економија и најголемата примена ја гледаме преку трансформацијата кон нашите домови.
Автоматика – Оваа област се занимава со создавањето на контролни системи кои ќе ги контролираат машините со цел да се заштеди време и работа. Како познати контролни уреди кои ги создаваат инженерите од оваа област се микроконтролерите, обработувачите, PLC управувачите итн.
Микроелектроника – Дел од електрониката која се занимава со создавање на интегрирани електрични кола кои имаат примена кај компјутерите. Најчесто употребувани материјали се полуметалите. Врвен дострел на микроелектрониката би била нано-технологијата, т.е. Доведување на електричните кола на нано-метрични димензии.
Обработка на сигнали – Дел од електротехника која се занимава со пренесување на физички симболични или апстрактни форми, нам познати како сигнали, т.е. Создавање на уреди кои можат да ги препознаваат истите и да ги пренесуваат на потребниот начин.
Инструментација – Е област на електротехничкото инженерство која ја проучува апликацијата на електричните уреди кои служат за мерење на физички величини како што се: Температура, притисок, јачина на струја, индуктивитет и слично. Потребни се знаења од физиката, а најмногу од електромагнетизмот. Често, за инструментацијата се создаваат сензорите кои служат за забрзано мерење на овие величини.
Компјутерско инженерство – Област на електротехничкото инженерство која се занимава со создавање на хардвер и софтвер. Од областа на електротехниката се проучува како да се создаде компјутерот од аспект на хардверот. Од друга страна, создавањето на софтверот е област на дисциплината на информатичкото инженерство и проектирањето на софтверите е нивна специјалност.
4.3 Технологија на материјали
Инженерството на материјалите е наука и професија која што практично го применува стекнатото научно и техничко знаење да дизајнира и изгради разни материјали со кои се подобрува човечкиот живот. Целта на науката на материјалите не е само барање на нови материјали и искористување на нивните особини туку и проучување на суштината на материјата. Основата на оваа наука е да се стават во сооднос физичките особини на саканиот материјал и релативните перформанси во одредена примена.
Постои стара изрека :''"Материјалите се како луѓето; дефектите се оние работи што ги прават интересни"''. Исто како што не постои идеален човек така и физички не е возможна материја со идеална кристална структура. Па поради тоа наместо да се градат идеални структури, научниците манипулираат со дефектите.
Превлаки и филмови се материјали(''термопласти'') кои со разни технолошки процеси се користат во производство на композити. Се користат и разни гелови како превлаки на материјалот со шприцање.
Композити. Откривањето и развојот на материјали со корисни својства како што се крутост, топлинска стабилност и механичка отпорност, се од суштинско значење за технолошки напредок во нашето општество за разни типови композити.
Технологијата на материјали е релативно сеопфатна дисциплина која започнува со производство на производи од суровини за изработка на материјали во форми и облици кои се потребни за специфични апликации. Разни модели треба да ги утврдат влијанијата на сите параметри кои влијаат на квалитетот на материјалот - производот, а преку микроструктурата на материјалите користејќи оптичка, електронска, SEM анализа можат да се разјаснат механизмите кои ги доведуваат појавените феномени за време на технолошките процеси. Поради индустриската побарувачка, науката за композити постепоно се развива и се прават многубројни истражувања и тестирања.
4.4 Машинско инженерство
Една од најстарите инженерски дисциплини. Оваа област го вклучува дизајнот, создавањето и примената на машините.Машинското инженерство ги користи знаењата од базичните науки со цел да ја промени и подобри технологијата.Општо кажано, машинското инжинерство претставува примена на науката и научните сознанија при проектирањето, анализата и конструирањето на нови технологии кои имаат можност да се применат и искористат за практични работи.Сето ова се применува во производството и анализата на разни машини, мотори и возила, индустриска опрема, разни механизми и роботи, системи за греење и ладење, експириментална механика, разни делови од опрема што се користи во воената и авионската индустрија. Поддисциплини на машинството се: Механиката, термодинамиката, мехатроника и роботика, структурна анализа и производно инженерство.Машинското инжинерство е практична дисциплина која овозможува решавање на реален проблем со решенија кои често се недокажани во строга научна смисла. Исто така, машинството како применета наука се занимава со подобрување, оптимизација и унапредување на постоечките производи. Сето тоа е еден од главните показатели за напредокот на една компанија која се занимава со машинството па и на целото општество.
5 Образование
5.1 Постдипломски студии
Областите композити и роботика се ставени како приоритени во идниот развој на науката и технологијата во Европа и САД, односно во целиот свет. Посебно, нагласокот ќе биде ставен на мултидисциплинарноста, поврзаноста и применливоста на истражувачките резултати, како и можноста за нивна директна практична имплементација во иднина. Концептот на мултидисциплинарност ќе го обезбеди и принципот на синергетско дејство, односно можност резултатите од паралелни истражувања во различни области, да се имплементираат во едно заедничко решение, технологија, развоен производ, кои ќе имаат многу поголема употребна вредност во однос на изолираните истражувања само во конкретната област. Ова е и една од фундаменталните парадигми на новите студии.
Во врвен лабораториски простор, опремен со најсовремената опрема за напредни истражувања, како и богата библиотека со фонд над 4000 книги стручна литература, ќе се создадат значаен број постдипломци, кои преку напредни студии ќе придонесат во истражувачката работа, заедно со врвни истражувачи од Република Македонија и светот. Студиите се засновани на концептот на Болоњскиот процес и соодветната македонска норматива. Кадрите кои се создаваат во Институтот, можат да бидат окосница на новиот концепт на создавање на потребна инфраструктура и знаења за интензивните надворешни инвестиции, кои се очекуваат во иднина во Република Македонија.
Со завршување на студиите т.е. со стекнувањето на 60 кредити студентите се стекнуваат со научен степен Магистер на технички науки од областа на современи композити и роботика (Master of Science in Advanced Composites and Robotics, MSc).