VIDEO: Roboti uče voziti na rastezljivim površinama

Kada samohodni objekti međusobno djeluju, može doći do zanimljivih pojava. Ptice se slažu jedna s drugom kada se okupljaju u jatu. Ljudi na koncertu spontano stvaraju vrtloge kada se guraju i sudaraju jedni s drugima, a vatreni mravi zajedno stvaraju splavi koje plutaju na površini vode.

Iako se mnoge od tih interakcija događaju izravnim kontaktom, poput gurkanja posjetitelja koncerta, neke se interakcije mogu prenijeti kroz materijal na kojem se objekti nalaze ili u kojem se nalaze te su poznate kao neizravne interakcije. Na primjer, most na kojem su pješaci može prenijeti vibracije.

Istraživači još uvijek uče o neizravnim mehaničkim interakcijama, primjerice kako dvije kotrljajuće lopte mogu utjecati na međusobno kretanje na trampolinu tako što svojom težinom udubljuju površinu trampolina, djelujući na taj način mehaničkim silama bez dodirivanja.

Fizičari sveučilišta Georgia Tech koriste male robote s kotačima kako bi bolje razumjeli ove neizravne mehaničke interakcije, njihovu ulogu u aktivnoj tvari i kako ih možemo kontrolirati. Njihov znanstveni rad pod nazivom "Lokomotorna dinamika posredovana poljem na visoko deformabilnim površinama" nedavno je objavljen u časopisu The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

U svojim istraživanjima, koje je vodio Shengkai Li, bivši student Fakulteta fizike na Georgia Techu, sada suradnik Centra za fiziku biološke funkcije (CPBF) na Sveučilištu Princeton, istraživači su ilustrirali da aktivna tvar na deformabilnim površinama može komunicirati s drugima kroz beskontaktnu silu, a zatim su stvorili model omogućiti kontrolu kolektivnog ponašanja pokretnih objekata na deformabilnim površinama kroz jednostavne promjene u inženjeringu robota.

Značaj ovog istraživanja seže od biologije do opće teorije relativnosti. "Mapiranje općih relativističkih sustava je napredak u premošćivanju polja opće relativističke dinamike i dinamike aktivne tvari", objasnio je Li iz Georgia Techa. "Otvara novi prozor za bolje razumijevanje dinamičkih svojstava u oba polja."

Znastvenici kažu da je njihov rad prvi koji predstavlja gledište da se sustav aktivne materije može preoblikovati kao dinamička geometrija prostor-vrijeme i tako steći razumijevanje sustava posuđivanjem alata Einsteinove teorije opće relativnosti.

Istraživači su izradili robote koji su vozili konstantnom brzinom preko ravnog tla. Kada su naišli na površinu s padinama i zavojima, ovi su roboti održavali tu konstantnu brzinu preorijentacijom i okretanjem.

Kad su roboti postavljeni na kružnu površinu nalik na trampolin, istraživači su mogli pratiti kako se roboti okreću kao odgovor na promjenjivu površinu, jer su stvarali nove udubine na površini dok su se kretali, pritišćući je svojom težinom. Sustav iznad njih pratio je napredak robota preko trampolina, bilježeći njihove staze.

Istraživači su započeli testiranjem kako se samo jedan robot može kretati preko trampolina i otkrili su da mogu konstruirati matematički model za predviđanje kako će se vozilo kretati. Koristeći alate iz opće teorije relativnosti za mapiranje orbita na kretanje u zakrivljenom prostorvremenu, pokazali su da se može kvalitativno promijeniti precesija tako da se vozilo učini lakšim. Ovaj model objašnjava svojstvo orbite: kako kretanje "petlji" prikazanih ovdje ovisi o početnim uvjetima i središnjoj depresiji trampolina, kao što možete vidjeti u ovom videu.

"Bili smo uzbuđeni i zabavljali smo se što su putanje kojima je robot išao - precesirajuće elipse - izgledale dosta poput onih koje su pratila nebeska tijela poput Marsa i koje su objašnjene Einsteinovom teorijom opće relativnosti", rekao je Goldman iz Georgia Tech Physics.