211service.com
Programowalny algorytm materiałowy rozwiązuje uniwersalny problem z powłoką
Świat jest pełen skomplikowanych konstrukcji, takich jak mosty, drogi, turbiny wiatrowe, elektrownie itd., które należy uważnie monitorować, aby zapewnić ich integralność.
Dziś większość tych prac muszą wykonać inżynierowie na miejscu. Nie jest to takie łatwe w przypadku obiektów, które rozciągają się na setki, a nawet tysiące kilometrów, takich jak drogi lub odległe konstrukcje, takie jak morskie turbiny wiatrowe.
Tak więc sposób na zrobienie tego na odległość byłby niezwykle cenny. Oczywiście wymaga to pewnego rodzaju niezależnego czujnika, który może mierzyć wymaganą właściwość, taką jak temperatura, kwasowość, pękanie i tak dalej.
I rzeczywiście istnieje wiele gadżetów, które to umożliwiają. Na przykład światłowody przymocowane do obiektów lub osadzone w przedmiotach mogą mierzyć siły działające na nie, a czujniki przymocowane do tych światłowodów mogą monitorować temperaturę, kwasowość i tak dalej.
Ale tego rodzaju czujniki nie zapewniają globalnego zasięgu — nie mogą określić temperatury w żadnym punkcie obiektu. Do tego potrzebujesz czegoś bardziej ambitnego.
Marzeniem byłoby mieć inteligentną powłokę, która wykona tę pracę. Byłby to programowalny materiał, który całkowicie pokrywa obiekt cienką warstwą. Zawierałby małe czujniki cząstek stałych, które zbierają informacje o powierzchni, takie jak jej temperatura, i przekazują je najbliższym sąsiadom.
Chociaż matematycy od dawna zastanawiali się nad właściwościami materiałów programowalnych, jedno pytanie ich zaskoczyło. Czy możliwe jest użycie inteligentnej powłoki do określenia temperatury w dowolnym punkcie dowolnego obiektu, mimo że czujniki nie mają wiedzy o jego ogólnej geometrii?
Dziś odpowiedź na to pytanie uzyskujemy dzięki pracy Zahry Derakhshandeh z Arizona State University w Tempe i kilku kumplom. Opracowali szereg algorytmów, które zapewniają matematyczne ramy, które pozwalają tym cząsteczkom rozwiązać ten problem.
Aby to zadziałało, czujniki cząstek stałych i powłoka muszą mieć określone właściwości. Derakhshandeh i wsp. twierdzą, że czujniki muszą być w stanie poruszać się po powierzchni oraz tworzyć i zrywać więzi komunikacyjne z najbliższymi sąsiadami. Obiekt musi mieć geometrię pozwalającą na jednolitą powłokę.
W tych warunkach Derakhshandeh i współpracownicy twierdzą, że ich struktura działa jako uniwersalny algorytm powlekania materii programowalnej. Cząstki muszą mieć jedynie ograniczoną pamięć i komunikować się tylko na krótkie odległości i są całkowicie anonimowe – innymi słowy, wszystkie są równoważne.
To ciekawa praca, która pewnego dnia może zaowocować przydatnymi aplikacjami w zdalnym monitorowaniu.
Jednak nadal pozostaje wiele do zrobienia. Biorąc pod uwagę zadanie pomiaru niektórych właściwości materiału w określonym punkcie, ważnym problemem jest to, jak szybko algorytm może to zrobić. Aby się tego dowiedzieć, zespół sugeruje przetestowanie algorytmu w symulacji lub w rzeczywistej programowalnej materii. Ciekawie będzie zobaczyć, jak sobie poradzą.
Kolejnym ważnym problemem będzie efektywność energetyczna tego rodzaju programowalnej materii. Jaki rodzaj narzutu komunikacyjnego narzuca problem powlekania i czy energia do tego może być pozyskiwana ze środowiska?
Programowalna materia i uniwersalna powłoka to dopiero początek. Ale oszczędności, jakie mogą umożliwić algorytmy Derakhshandeh i spółka, są znaczne, biorąc pod uwagę na przykład koszty monitorowania i konserwacji turbin wiatrowych na morzu. Już samo to powinno zagwarantować dalsze zainteresowanie tym tematem na przyszłość.
Nr ref.: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Uniwersalna powłoka dla programowalnej materii