‘Garip Maddeden’ Yapılmış Bir Tekerlek Kendiliğinden Yokuş Yukarı Yuvarlanıyor

bir fizikte Amsterdam’daki bir laboratuvarda, kıpırdayarak kendiliğinden yokuş yukarı yuvarlanabilen bir tekerlek var.

Bu “garip tekerlek” basit görünüyor: yaklaşık 6 inç çapında bir halka oluşturmak için plastik kollar ve lastik bantlarla birbirine bağlanan sadece altı küçük motor. Motorlar çalıştırıldığında, kıvranmaya başlar, karmaşık ezme ve gerdirme hareketleri yapar ve ara sıra kendini havaya fırlatır, bu sırada yavaş yavaş inişli çıkışlı bir köpük rampasına doğru yol alır.

Almanya, Dresden’deki Max Planck Kompleks Sistemlerin Fiziği Enstitüsü’nde, tekerleğin yapımında yer almayan bir biyofizikçi olan Ricard Alert, “Bunu çok eğlenceli buluyorum” dedi. “Onu çok sevdim.”

Tuhaf çarkın alışılmışın dışında hareket tarzı son zamanlardaki bir eğilimi örneklemektedir: Fizikçiler, basit kurallara uyan basit parçalardan bir araya getirilen robotlarda kendiliğinden ortaya çıkacak yararlı kolektif davranışlar elde etmenin yollarını buluyorlar. “Ben buna robofizik diyorum” dedi Daniel GoldmanGeorgia Teknoloji Enstitüsü’nde fizikçi.

Canlıların en temel davranışlarından biri olan hareket sorunu, hem biyologları hem de mühendisleri uzun zamandır meşgul ediyor. Hayvanlar engellerle ve engebeli araziyle karşılaştığında, içgüdüsel olarak bu zorlukları adım adım atıyoruz, ancak bunu nasıl yapacağımız o kadar basit değil. Mühendisler, gerçek dünya ortamlarında gezinirken çökmeyecek veya ileriye doğru yalpalamayacak robotlar yapmak için mücadele ettiler ve muhtemelen bir robotu karşılaşabileceği tüm zorlukları tahmin edecek şekilde programlayamıyorlar.

Fizikçiler tarafından geliştirilen tuhaf tekerlek Corentin Coulais Amsterdam Üniversitesi ve Vincenzo Vitelli Chicago Üniversitesi ve işbirlikçilerinden ve yakın zamanda açıklanan ön baskı, hareket için çok farklı bir yaklaşımı temsil ediyor. Tekerleğin yokuş yukarı hareketi, bileşen parçalarının her birinde basit salınım hareketinden ortaya çıkar. Bu parçalar çevre hakkında hiçbir şey bilmese de, tekerlek bir bütün olarak engebeli araziyi telafi etmek için sallanma hareketini otomatik olarak ayarlar.

Fizikçiler ayrıca her zaman bir tarafa sıçrayan bir “tuhaf top” ve bir darbeden enerjiyi nerede emdiğini kontrol eden bir “tuhaf duvar” yarattılar. Nesnelerin tümü, araştırmacıların iki yıl önce tanımladığı, germe ve ezme hareketleri arasındaki asimetrik ilişkiyi tanımlayan aynı denklemden kaynaklanıyor.

“Bunlar gerçekten beklemeyeceğiniz davranışlar” dedi. auke ıjspeertİsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Lozan’da biyorobot uzmanı olan Dr. Coulais ve Vitelli, son makaleleri akran incelemesi altındayken yorum yapmayı reddetti.

Yeni araştırma, daha sağlam robotların tasarımına rehberlik etmenin yanı sıra, canlı sistemlerin fiziğine dair içgörüler sağlayabilir ve yeni malzemelerin geliştirilmesine ilham verebilir.

Tek Madde

Garip çark, Coulais ve Vitelli’nin “aktif madde” fiziği üzerine geçmişteki çalışmalarından doğdu – bakteri sürüleri, kuş sürüleri ve belirli yapay malzemeler gibi bileşenleri çevreden enerji tüketen sistemler için bir şemsiye terim. Enerji arzı zengin davranışlara yol açar, ancak aynı zamanda aktif maddenin kontrol edilmesini zorlaştıran kararsızlıklara da yol açar.

Fizikçiler tarihsel olarak, karşılıklılık ilkelerine uyması gereken enerjiyi koruyan sistemlere odaklanmışlardır: Böyle bir sistemin A’dan B’ye hareket ederek enerji kazanmasının bir yolu varsa, sistemi B’den A’ya geri götüren herhangi bir işlem, eşit bir maliyete sahip olmalıdır. Enerji miktarı. Ancak içeriden sürekli bir enerji akışı ile bu kısıtlama artık geçerli değildir.

2020 yılında kağıt içinde Doğa Fiziği, Vitelli ve birkaç ortak çalışan, karşılıklı olmayan mekanik özelliklere sahip aktif katıları araştırmaya başladı. Farklı türde germe ve ezme hareketleri arasındaki ilişkilerde karşılıklı olmamanın tezahür ettiği teorik bir çerçeve geliştirdiler. “Bu benim için sadece güzel bir matematiksel çerçeveydi” dedi. Nikta FahriMassachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde biyofizikçi olan Dr.