Ein Algorithmus, der Objekte so formt, dass sie auf einem gewünschten Weg Rampen hinunterrollen

Bericht vom 12. August 2023

Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

faktengeprüft

peer-reviewte Veröffentlichung

vertrauenswürdige Quelle

Korrekturlesen

von Bob Yirka, Phys.org

Ein Team aus Physikern und Mathematikern am Center for Soft and Living Matter des Institute for Basic Science in Südkorea hat in Zusammenarbeit mit einem Kollegen von der Universität Genf einen Algorithmus entwickelt, mit dem sich die Form eines verursachenden Objekts ermitteln lässt Es kann eine Rampe hinunterrollen und einem gewünschten Weg folgen.

In ihrem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe, wie sie ihren Algorithmus entwickelt hat und welche Einsatzmöglichkeiten er hat. Elisabetta Matsumoto und Henry Segerman vom Georgia Institute of Technology bzw. der Oklahoma State University haben in derselben Zeitschriftenausgabe einen Artikel in „News & Views“ veröffentlicht, in dem sie die Arbeit des Teams an diesem neuen Projekt darlegen.

Bei diesem neuen Versuch begann das Forschungsteam mit einem interessanten Rätsel – eines, das mit der Vorstellung einer Kugel beginnt, die eine Rampe hinunterrollt. Wenn man sich vorstellt, dass die Kugel aus Ton besteht, kann sie beim Rollen manipuliert (verformt) werden, um sie an eine vorgegebene Bahn anzupassen.

Wird die Kugel dann wieder die Rampe heruntergerollt, folgt sie aufgrund der neuen Verformungen ihrer Form der vorherigen Bahn. Die Forscher stellten fest, dass die Wege, die die Kugel nehmen könnte, aufgrund der nahezu unbegrenzten möglichen Verformungen nahezu unbegrenzt sein könnten.

Diese Erkenntnis veranlasste sie zu der Frage, ob die Verformungen, die sich in einer solchen Kugel bilden, mathematisch mit ihrer Bahn zusammenhängen könnten. Und wenn ja, wenn diese Mathematik verwendet werden könnte, um einen Algorithmus zu erstellen, der zum 3D-Drucken einer Kugel mit Verformungen verwendet werden könnte, die sie dazu zwingen würden, einem vorgegebenen Weg zu folgen.

Es stellte sich heraus, dass die Antwort auf beide Fragen „Ja“ war. Das Team nutzte mathematische und physikalische Prinzipien, um Formeln zu erstellen, die Verformungen eines bestimmten Objekts beschreiben, die dazu führen würden, dass das Objekt einem gewünschten Weg entlang einer schiefen Ebene folgt. Anschließend erstellten sie ein Computerprogramm, mit dem sich mithilfe des 3D-Drucks ein solches Objekt in der realen Welt herstellen ließ.

Das Team nannte die Objekte Trajektoide. Jedes hatte im Inneren ein massives Metallkugellager, um ihm Gewicht zu verleihen. Sie fanden auch heraus, dass sie Trajektoide erzeugen konnten, die einen bestimmten Weg zweimal zurücklegten, und nannten sie „Trajektoide mit zwei Perioden“.

Das Forschungsteam schlägt vor, dass ihre Formeln und Algorithmen in Roboteranwendungen und auch in der physikalischen Forschung im Zusammenhang mit dem Drehmoment eines Elektrons oder in der Quantenforschung, die sich auf die Untersuchung der Entwicklung eines Quantenbits konzentriert, verwendet werden könnten.

Mehr Informationen: Yaroslav I. Sobolev et al, Festkörpertrajektoide, die so geformt sind, dass sie entlang gewünschter Bahnen rollen, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06306-y

Elisabetta Matsumoto et al., Geformt, um entlang eines programmierten periodischen Pfades zu rollen, Natur (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-02335-9

Zeitschrifteninformationen:Natur

© 2023 Science X Network