Ученые создали материал, который сам синхронизирует свои движения
Ученые создали материал, который сам превращает хаотичные вибрации своих частей в единый ритм. В будущем такой принцип может помочь создавать роботов, способных согласовывать движения без команд из единого центра управления.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 15 октября /Новости науки/. Ученые создали материал, способный самостоятельно переводить хаотичные колебания своих элементов в единое согласованное движение. Такой механизм может стать основой для роботов, которые координируют свои действия без центрального контроллера. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
Разработанный материал состоит не только из обычных механических элементов. В него встроены упругие конструкции, датчики, электронные компоненты и приводы, благодаря которым соседние части могут влиять друг на друга.
Ключевой особенностью системы стало то, что взаимодействие между элементами сделали несимметричным: воздействие одного элемента на другой необязательно вызывает такое же ответное воздействие.
После запуска отдельные части материала начинали вибрировать самостоятельно с короткими волнами. Постепенно эти колебания объединялись в более крупные и медленные волны, пока вся конструкция не переходила к согласованному повторяющемуся движению.
Ученые называют этот процесс укрупнением волн. В результате материал переходил в состояние, напоминающее временной кристалл — систему, которая регулярно повторяет одно и то же движение во времени. При этом роль частиц в эксперименте выполняли не атомы, а механические элементы.
Сначала исследователи собрали плоскую конструкцию в форме сот из 37 активных элементов. После превышения определенного порога они начинали самостоятельно колебаться с частотой около 30 герц, а затем постепенно синхронизировались.
Во втором эксперименте ученые создали упругое кольцо из 24 элементов с двигателями. Сначала по нему распространялись быстрые колебания разной формы, однако со временем они объединялись, и кольцо переходило к медленному согласованному циклу движения.
Эксперименты и компьютерная модель показали, что случайные возмущения не разрушали этот порядок даже при увеличении размеров конструкции. Это означает, что синхронизированное состояние оставалось устойчивым.
Разработчики считают, что такой принцип можно использовать для управления изменением формы и направлением движения активных материалов. В перспективе одна и та же конструкция сможет переключаться между несколькими устойчивыми режимами и выполнять разные функции без отдельной системы управления для каждого движения.
Разработанный материал состоит не только из обычных механических элементов. В него встроены упругие конструкции, датчики, электронные компоненты и приводы, благодаря которым соседние части могут влиять друг на друга.
Ключевой особенностью системы стало то, что взаимодействие между элементами сделали несимметричным: воздействие одного элемента на другой необязательно вызывает такое же ответное воздействие.
После запуска отдельные части материала начинали вибрировать самостоятельно с короткими волнами. Постепенно эти колебания объединялись в более крупные и медленные волны, пока вся конструкция не переходила к согласованному повторяющемуся движению.
Ученые называют этот процесс укрупнением волн. В результате материал переходил в состояние, напоминающее временной кристалл — систему, которая регулярно повторяет одно и то же движение во времени. При этом роль частиц в эксперименте выполняли не атомы, а механические элементы.
Сначала исследователи собрали плоскую конструкцию в форме сот из 37 активных элементов. После превышения определенного порога они начинали самостоятельно колебаться с частотой около 30 герц, а затем постепенно синхронизировались.
Во втором эксперименте ученые создали упругое кольцо из 24 элементов с двигателями. Сначала по нему распространялись быстрые колебания разной формы, однако со временем они объединялись, и кольцо переходило к медленному согласованному циклу движения.
Эксперименты и компьютерная модель показали, что случайные возмущения не разрушали этот порядок даже при увеличении размеров конструкции. Это означает, что синхронизированное состояние оставалось устойчивым.
Разработчики считают, что такой принцип можно использовать для управления изменением формы и направлением движения активных материалов. В перспективе одна и та же конструкция сможет переключаться между несколькими устойчивыми режимами и выполнять разные функции без отдельной системы управления для каждого движения.
