Etelä-Korean ja Sveitsin tutkijat ovat kehittäneet algoritmin, joka luo 3D-objekteja, jotka seuraavat tiettyjä polveilevia polkuja vieriessään alamäkeen. He ovat myös osoittaneet, että heidän tekniikkaansa voitaisiin käyttää uusien ohjausprotokollien kehittämiseen näennäisesti toisiinsa liittymättömille järjestelmille, mukaan lukien kvanttipyöräytykset ja valon polarisaatio.

Pyörivät esineet ovat olleet avainrooleja tekniikassa ainakin pyörän tulosta lähtien. Useimmat ihmisten käyttämät vierivät esineet ovat sylinterimäisiä, pallomaisia ​​tai kartiomaisia. Kaksi ensimmäistä muotoa ovat hyödyllisiä, koska niillä on taipumus rullata suoria linjoja, kun taas kartiomaisia ​​muotoja käytetään, kun tarvitaan ympyrämäistä liikerataa.

On kuitenkin myös kohteita, jotka vierivät alamäkeen ikuisesti seuraamalla toistuvia, mutkittelevia polkuja – yksinkertainen esimerkki on sinimuotoinen polku. Näitä kohteita ovat oloidit, pallot, polykonit, platonikonit ja kaksiympyräiset rullat. Osa näistä on käytetty robotiikassa ja myös materiaalien sekoittamisessa. Näiden käytännön sovellusten lisäksi mutkikkaita polkuja kulkevien muotojen löytäminen ja karakterisointi on mielenkiintoinen matemaattinen ongelma.

Trajektoideja etsimässä

Nyt, Bartosz Grzybowski Ulsanin perustieteiden instituutissa ja kollegat ovat pyrkineet ratkaisemaan matemaattisen ongelman, joka yleistää tällaisten objektien etsimisen - joita he ovat kutsuneet "trajektoideiksi". He ovat myös onnistuneesti luoneet osan näistä trajektoideista 3D-tulostuksen avulla.

Kirjoittaminen lehdessä luonto, tiimi toteaa ongelman seuraavasti: "Jos annetaan ääretön jaksollinen liikerata, etsi muoto, joka jäljittäisi tätä lentorataa rullattaessa alas rinnettä".

Tiimi osoitti, että potentiaalinen liikerata voidaan kuvata virtuaalisella harjoituksella, joka sisältää säännöllisen lentoradan piirtämisen tasaiselle pinnalle. Sitten pallon pinnalle rullataan pallo siten, että viiva siirtyy pallon pintaan. Jos lentoradan alku osuu yhteen lentoradan lopun kanssa – jolloin muodostuu jatkuva silmukka pallon pintaan – silloin pitäisi olla mahdollista luoda trajektoidi, joka seuraa tätä reittiä. Tiimi havaitsi myös, että kun liikeradat eivät täsmää, niitä voidaan säätää niin.

Kaksi tai useampi jakso

Vaikka tätä tekniikkaa voidaan käyttää sopivien lentoratojen tunnistamiseen, tiimi havaitsi, että yhden liikeradan jakson sovittaminen pallon päälle oli itse asiassa vaikeaa. Sitä vastoin he havaitsivat, että oli paljon helpompaa sovittaa kaksi (tai useampia) lentoradan jaksoa palloon. Tiimi todellakin olettaa, että tämän tekniikan pitäisi toimia lähes kaikilla mahdollisilla toistuvilla poluilla - mikä osoittaa, että niiden polkujen määrä, joita ei voida kartoittaa kahden tai useamman kierroksen jälkeen, on erittäin harvinaista.

Kun he olivat kehittäneet menetelmäänsä trajektoidien identifioimiseksi, he kehittivät järjestelmän vastaavien trajektoidien valmistamiseen. Heidän tekniikassaan ihanteellinen trajekoidi alkaa tiheänä pallomaisena ytimenä, jossa on samankeskinen ulkokuori, jonka tiheys on nolla. Haluttu liikerata jaetaan sarjaan lineaarisia segmenttejä. Jotta kohde rullaa pitkin lineaarista segmenttiä, osa ulkokuoresta "ajeltaan pois", jolloin muodostuu pieni alue, jolla on lieriömäinen kaarevuus ja joka siksi pyörii vain viivasegmentin suuntaan (olettaen, ettei liukumista).

Tämä prosessi toistetaan kaikille peräkkäisille lineaarisille segmenteille. Tämä luo trajekoidin, joka on yhdistelmä sylinterimäisiä pintoja, joilla kaikilla on pyörimisakselit, jotka ovat yhdensuuntaisia ​​vierintätason kanssa ja kulkevat kohteen massakeskuksen läpi.

3D tulostetut kuoret

Sitten tiimi loi tällaisia ​​trajektoideja käyttämällä 3D-tulostusta matalatiheyksisten ulkokuorten luomiseksi. Ne painettiin puolipalloille, jotka sitten liimattiin raskaille teräspalloille, joiden tiheys oli paljon suurempi. Sen jälkeen liikeradat rullattiin alas rinnettä, joka peitettiin hiekkapaperilla liukumisen estämiseksi.

Pieni räikkä voi johtaa "syöpäloukkuihin"

Tiimi testasi useita erilaisia ​​liikeratoja ja havaitsi, että monet heistä tekivät erittäin hyvää työtä seuraaessaan odotettuja alamäkireittejä. Toiset kuitenkin pysähtyivät - kun taas jotkut liikeradat kamppailivat neuvotellakseen jyrkät käännökset ennustetuilla poluilla.

Prosessi, jossa toistuva mutkitteleva liikerata muunnetaan palloksi, on samanlainen kuin kuinka joidenkin kvanttijärjestelmien kehitystä kuvataan "Bloch-pallon" pisteen liikeradalla. Esimerkkejä tästä ovat kuvaus siitä, kuinka ydinspin manipuloidaan ydinmagneettisen resonanssin (NMR) mittauksessa tai kuinka elektronista spiniä manipuloidaan kvanttibitissä (qubit).

Grzybowski ja kollegat sanovat artikkelissaan, että tutkimus viittaa siihen, että on olemassa lukuisia tapoja, joilla tällaista spiniä voidaan manipuloida (esimerkiksi käyttämällä peräkkäisiä magneettikenttiä) siten, että se seuraa tiettyjä lentoratoja ennen paluuta alkuperäiseen tilaan. Tämä voisi olla erityisen hyödyllistä luotaessa uusia sekvenssejä NMR:n tekemiseen tai kvanttitietojen käsittelyyn. Valon polarisaatiota voidaan kuvata myös pallolla olevan pisteen avulla, joten tutkimus voisi johtaa optisten järjestelmien kehittämiseen, jotka on suunniteltu olemaan muuttamatta valon polarisaatiota sitä käsiteltäessä.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/shapes-are-programmed-to-follow-specific-downhill-paths/