Spontaniški robotų šokiai sukuria naują tvarką aktyvioje medžiagoje

Į taškus panašus taškų rinkinys atspindi visus galimus arklius, kurie gali užimti daugybę išmaniųjų langelių. Atsižvelgiant į knarkimo teoriją, dažniausiai pasitaikantys žirgai taip pat yra taisyklingiausi ir mažiausiai knarkiantys (rodomi mėlynai). Paskola: Thomas A. Berrueta

Numatyti, kaip dalelės, robotai ar gyvūnai taps tvarkingi, lieka mokslo ir inžinerijos iššūkis.

XIX amžiuje mokslininkai ir inžinieriai sukūrė statistinės mechanikos discipliną, kuri numato, kaip paprastų dalelių grupės praeina per „sutrikimą“, kaip atsitiktinai susiduriančių atomų kolekcija užšąla, kad susidarytų vienalytė kristalinė gardelė.

Sunkiau nuspėti kolektyvinį elgesį, kurį galima pasiekti, kai dalelės tampa sudėtingos, kad jos galėtų judėti savarankiškai. Tokio tipo sistema, kuri yra paukščių pulkuose, bakterijų kolonijose, robotų grupėje, vadinama „veikliąja medžiaga“.

Kaip pranešta 2021 m. Sausio 1 d. Žurnalo numeryje Mokslas:, fizikų-inžinierių grupė pasiūlė naują principą, pagal kurį veikliųjų medžiagų sistemas galima užsisakyti automatiškai, nereikalaujant aukštesnio lygio instrukcijų ar net užprogramuotos agentų sąveikos. Ir jie šį principą pademonstravo įvairiose sistemose, įskaitant nuolat besikeičiančių robotų grupes, vadinamus „protingais“ – protingomis, aktyviomis dalelėmis.

Minia „Smarticles“

Kai sukuriamas sumanus animacinis masyvas sąveikauti uždaroje erdvėje, jie formuoja stulbinamai simetriškus šokius, kurių choreografija automatiškai išeina iš žemo tono fizikos. Paskola: Thomas A. Berrueta

Teorija, kurią sukūrė doktorantas Pavelas Chvikovas iš Masačusetso technologijos instituto, kai profesorius Remas Jeremy buvo anglų studentas Džordžijos technologijos instituto fizikos mokykloje, rodo, kad tam tikros veikliosios medžiagos yra gana painios. žemas traškėjimas “būsenos.

Anglija sako. „Triukšmas gali būti didesnis, kai judesys yra žiauresnis arba atsitiktinis. Ir atvirkščiai, žemas knarkimas yra arba labai mažas, arba labai organizuotas, arba abu. Taigi idėja yra ta, kad jei jūsų materialiajam energijos šaltiniui bus leidžiama žemos krizės būsena, sistema netyčia sureguliuos, kol suras tą būseną, ir tada ten užstrigs. “Jei tiekiate energiją per tam tikro modelio jėgas, tai reiškia, kad pasirinkta būsena atras materijos judėjimo būdą, kuris labai tinka tam modeliui.”

Norėdami išplėtoti savo teoriją, Angliją և Chvikovą įkvėpė XIX amžiaus pabaigos šveicarų fiziko Charleso Sorretto atrastas reiškinys – termoforezė. Atlikdamas Sorretto eksperimentus, jis nustatė, kad iš pradžių įdėjus vienalytį druskos tirpalą į mėgintuvėlį esant temperatūros skirtumui, šaltuoju laikotarpiu automatiškai padidės druskos koncentracija, o tai atitinka tirpalo tvarkos padidėjimą.

Chvikovas և Anglija sukūrė daug matematinių modelių, kad pademonstruotų žemo šoko principą, tačiau tik jie susisiekė su Danieliu Goldmanu, Danielio Orgiaus technologijos instituto fizikos šeimos profesoriumi, kad galėtų patikrinti savo prognozes.

Simetriška išmaniojo telefono kėdė

Kai sukuriamas sumanus animacinis masyvas sąveikauti uždaroje erdvėje, jie formuoja stulbinamai simetriškus šokius, kurių choreografija automatiškai išeina iš žemo tono fizikos. Paskola: Thomas A. Berrueta

– pasakė Goldmanas. „Prieš keletą metų pamačiau, kaip Anglija veda seminarą, maniau, kad kai kurie mūsų išmanieji robotai gali būti vertingi išbandant šią teoriją. Dirbdamas su Chvikovu, kuris lankėsi Goldmano laboratorijoje, dr. Studentai Williamas Savoy կ Akashas Vartanas panaudojo tris margas ląsteles, uždėtas jų pirštuose, kad palygintų eksperimentus su teorija. Studentai pastebėjo, kad robotai spontaniškai susibūrė į kelis šokius, užuot studijavę kompleksinę dinamiką. Pavyzdžiui, vienas šokis susideda iš trijų robotų, vienas po kito trenkiančių vienas kitam į rankas. Šiuos šokius būtų galima išsaugoti šimtams ritmų, tačiau staiga praranda stabilumą ir juos pakeičia kitas arklio šokis.

Pirmą kartą parodęs, kad šie paprasti šokiai yra tikrai žemo sukrėtimo būsenos, Chvikovas dirbo su inžinieriais Šiaurės vakarų universitetas, Prof. Toddas Murphy և daktaras studentas Thomas Berueta, sukūręs dailesnius, geriau valdomus išmaniuosius telefonus. Patobulinti išmanieji telefonai leido tyrėjams išbandyti teorijos ribas, įskaitant tai, kaip šokių tipai և skiriasi skirtingų dempingo būdų skaičiumi, taip pat kaip galima valdyti šiuos šokius. „Kontroliuodami žemo tono būsenų seką, mes sugebėjome priversti sistemą pasiekti naudingą darbą atliekančias konfigūracijas“, – sakė Berueta. Šiaurės vakarų universiteto mokslininkai teigia, kad šios išvados gali turėti toli siekiančių praktinių padarinių mikrobangų grupėms, veikliosioms medžiagoms ir meta produktams.

Kaip pažymėjo Anglija. „Robotų grupėms tai reiškia daugelio adaptyvių, protingų grupių elgesio įgijimą, kuriuos galite sukurti įgyvendindami vienoje grupėje, nors atskiri robotai yra palyginti nebrangūs ir skaičiavimo požiūriu paprasti. Gyvų ląstelių և naujoms medžiagoms gali būti suprantama, ką jums gali suteikti atomų ar baltymų „rinkinys“, taip pat „naujos medžiagos ar skaičiavimo savybės“.

Nuoroda. Pavelas Chvikovas, Thomas A. Berrueta, Akashas Vardanas, Williamas Savoy, Aleksandras Samlandas, Toddas D. Murphy, Kurtas Wiesenfeldas, Danielius I. „Goldman և rem“ Jeremy L. „Žiurkė žemai niurzga. Savęs organizavimo prognozavimo principas aktyviuose kolektyvuose „Anglija, 2021 m. Sausio 1 d Mokslas:,
DOI: 10.1126 / mokslas. Abc6182:

Tyrimų grupėje, paremtoje „T orgia Tech“, yra rem Jeremy L. Anglija, Gyvosios sistemos fizikos mokslininkė, atliekanti tyrimus su Fizikos mokykla; Danų šeimos profesorius Danielis Goldmanas; Profesorius Kurtas Wiesenfeldas Ա Antrosios pakopos studentai Akashas Vardanas (kiekybiniai biologijos mokslai) և Williamas Savoy (fizikos mokykla). Jie prisijungia prie Pavelo Chvikovo (Masačusetso technologijos institutas), profesoriaus Toddo D. Murphy և magistrantai Thomas A. Kartu su Beiruto šiaurės vakarų universiteto Aleksandru Semlandu.

Ši medžiaga yra paremta kariuomenės tyrimų biuro remiamu darbu: ARO W911NF-18-1-0101, ARO MURI apdovanojimas W911NF-19-1-0233, ARO W911NF-13-1-0347, Nacionalinio mokslo fondo dotacijos PoLS-0957659, PHY-1205878, PHY-1205878, PHY-1205878 և DMR-1551095, NSF CBET-1637764, James S. McDonnell Foundation stipendija 220020476, և Dunn šeimos technologijos instituto lektorė. Bet kokios šiame straipsnyje išreikštos nuomonės, nuomonės ar nuomonės yra autorių nuomonės ir nebūtinai atspindi remiančių agentūrų nuomonę.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Stalo pusbrolis gali padaryti įkraunamas baterijas greitesnes ir saugesnes

Neutronų sklaida buvo naudojama tiriant netaisyklingą akmens druską, kuri gali būti naudojama kuriant saugesnius, greitesnius akumuliatorių įkrovimo anodus. Paskola: ORNL / ill il...

Naudojant cheminį perdirbimą, kad būtų išvengta milijonų tonų atliekų

Kasmet sąvartynuose išverdama 3,5 milijono tonų sauskelnių. Šių vystyklų viduje esanti superabsorbuojanti medžiaga yra sudaryta iš polimerų matricos, kuri plečiasi po drėgmės. Polimerai yra...

Čempiono tamsioji skylė atstūmė Flerą nuo mūsų, tačiau jo didžiulė galia nukreipia atgal į mūsų vadovą

Beveik palaipsniui matomas šokiruojantis dujų diskas aplink juodąją skylę įgauna dvipusę išvaizdą. Pernelyg didelė juoda gravitacija keičia šviesos kelius iš skirtingų disko dalių...

Naujasis FORCE modelis aiškiai numato, kaip audros ir pakilęs jūros lygis paveiks pakrantes.

Perranporto paplūdimys Šiaurės Kornvalyje (JK) buvo paveiktas stiprių audrų ir kylančio jūros lygio. Kreditas: Plimuto universitetas Viso pasaulio pakrančių bendruomenės vis dažniau susiduria su...

Kaip ūdrų raumenys įgalina šaltą vandens gyvenimą

Ūdra plaukioja vandens paviršiumi. Kreditas: Tray Wright / Teksaso A&M universitetas (vaizdas gautas pagal USFWS leidimą Nr. Marine-Mammal Nr. MA-043219 R. Davisui) ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.