‘이상한 물질’로 만든 바퀴가 저절로 오르막을 굴린다

물리학에서 암스테르담 연구실에는 스윙에 의해 저절로 오르막을 구르는 바퀴가 있습니다.

이 “이상한 바퀴”는 단순해 보입니다. 플라스틱 암과 고무 밴드로 연결된 6개의 작은 모터로 직경이 약 6인치인 링을 형성합니다. 모터에 전원이 공급되면 모터가 비틀기 시작하여 복잡한 압착 및 스트레칭 동작을 수행하고 때로는 울퉁불퉁한 거품 경사로를 천천히 올라가면서 공중으로 몸을 던집니다.

바퀴 제작에 관여하지 않은 독일 드레스덴에 있는 막스 플랑크 복합 시스템 물리학 연구소의 생물 물리학자 리카르 얼럿은 “흥미롭다고 생각했다”고 말했다. “난 너무 사랑해.”

홀수 라운드의 비정통적인 운전 패턴은 최근 추세를 잘 보여줍니다. 물리학자들은 간단한 규칙을 따르는 간단한 부품으로 조립된 로봇에서 유용한 집단 행동이 자발적으로 나타나도록 하는 방법을 찾고 있습니다. “나는 항상 그것을 로봇 물리학이라고 불렀습니다.”라고 말합니다. 다니엘 골드만조지아 공과대학의 물리학자.

생명체의 가장 근본적인 행동 중 하나인 움직임의 문제는 오랫동안 생물학자와 공학자들을 괴롭혀 왔습니다. 동물이 장애물과 험한 지형을 만나면 본능적으로 그 도전을 보폭으로 받아들이지만, 그렇게 하는 방법은 그리 간단하지 않습니다. 엔지니어들은 실제 환경을 탐색할 때 무너지거나 앞으로 기울어지지 않는 로봇을 만들기 위해 고군분투했으며 직면할 수 있는 모든 문제를 예상하도록 로봇을 프로그래밍하는 것은 불가능합니다.

물리학자들이 개발한 이상한 바퀴 코렌틴 콜스 암스테르담 대학교와 빈첸조 비텔리 시카고 대학 및 공동 작업자, 최근 기사에서 설명 사전 인쇄, 매우 다른 움직임 패턴을 구현합니다. 바퀴의 오르막 운동은 각 구성 요소의 단순한 진동 운동의 결과입니다. 이러한 부분은 환경에 대해 아무것도 알지 못하지만 휠 전체는 고르지 않은 지형을 보상하기 위해 진동 동작을 자동으로 조정합니다.

홀수 바퀴가 주기적으로 진동할 때마다 생성되는 에너지로 인해 바퀴가 지면을 밀고 굴러 올라가 장애물을 넘을 수 있습니다. (최근 한 논문에서는 모터가 6개뿐인 다른 바퀴를 살펴보았습니다.)비디오: 코렌틴 쿨레

물리학자들은 또한 항상 한쪽으로 튀는 “이상한 공”과 충격으로부터 얼마나 많은 에너지를 흡수하는지를 제어하는 ​​”이상한 벽”을 만들었습니다. 물체는 모두 연구원들이 2년 전에 확인한 스트레칭과 쥐어짜는 동작 사이의 비대칭 관계를 설명하는 동일한 방정식에서 비롯됩니다.

“이것은 실제로 예상하지 못한 행동입니다.”라고 말했습니다. 오크 이스펠트, 로잔에 있는 스위스 연방 공과 대학의 생물 로봇 공학 과학자. Coulais와 Vitelli는 그들의 최신 논문이 동료 검토를 받는 동안 논평을 거부했습니다.

더 강력한 로봇의 설계를 안내하는 것 외에도 새로운 연구는 생물 시스템의 물리학에 대한 더 나은 이해로 이어질 수 있고 새로운 재료 개발에 영감을 줄 수 있습니다.

이상한 물건

이상한 바퀴는 “활성”의 물리학에 대한 Coulais와 Vitelli의 과거 연구에서 비롯되었습니다. 구성 요소가 박테리아 떼, 새 떼 및 특정 인공 물질과 같이 환경에서 에너지를 소비하는 시스템에 대한 포괄적인 용어입니다. 에너지 공급은 풍부한 거동을 일으키지만 불안정성을 초래하여 활성 물질을 제어하기 어렵게 만듭니다.

시카고 대학의 Vincenzo Vitelli.크리스틴 노먼의 의례

물리학자들은 전통적으로 에너지 보존 시스템에 초점을 맞추었으며, 이 시스템은 상호성의 원칙을 따라야 합니다. 이러한 시스템이 A에서 B로 이동하여 에너지를 얻는 방법이 있는 경우 시스템을 B에서 A로 되돌리는 프로세스는 비용이 많이 듭니다. 동일한 금액 . 에너지의 양. 그러나 내부 에너지의 지속적인 유입으로 이 제약은 더 이상 적용되지 않습니다.

2020년 종이 존재하다 물리 물리학, Vitelli와 여러 협력자들은 단방향 기계적 특성을 가진 활성 고체를 연구하기 시작했습니다. 그들은 서로 다른 종류의 스트레칭과 쥐어짜는 움직임 사이의 관계에서 비호혜성이 나타나는 이론적 틀을 개발했습니다. “나에게 그것은 단지 아름다운 수학적 프레임워크일 뿐입니다.”라고 말합니다. 니타 파리매사추세츠 공과 대학의 생물 물리학 자.

Leave a Comment