Små rörelser mellan enskilda delar i pussel, LEGO byggnader, mänskliga ryggrader och system med anslutbara modulära robotar kan tillåta flexning av hela deras strukturer. Ett team av forskare vid Dartmouth College har nyligen genomfört en studie som undersökte kinematiken (dvs. egenskaperna eller egenskaperna hos rörelse i objekt) i samlingar av stela kroppar som blir flexibla när de kombineras som ett system. Deras papper, förpublicerad på arXiv, introducerar PuzzleFlex, en ny metod för att beräkna fria rörelser för en plan sammansättning av styva kroppar anslutna med lösa skarvar.

"Vi är intresserade av robotkonstruktion av byggnader av sammanlänkade tegelstenar, "Devin Balkcom, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "Huvuddragen i förreglingsstenar är att de ansluter utan att behöva cement, möjliggör enklare konstruktion och återanvändning, ungefär som LEGO leksaker. Till skillnad från LEGOS, våra tegelstenar förlitar sig inte på friktion, och kan ansluta löst, gör det lättare att sätta ihop dem. Huvudsyftet med det nuvarande arbetet är att analysera flexibiliteten och styrkan hos de resulterande pusselliknande strukturerna. "

Verktyget som utvecklats av Balkcom och hans kollegor modellerar leder med hjälp av lokala distansbegränsningar. Den lineariserar sedan dessa begränsningar enligt konfigurationsutrymmehastigheter, uppnå en linjär programmeringsformulering som kan användas för att analysera system som består av tusentals stela kroppar, kallas också pussel.

"Vi skrev matematiska ekvationer som uttrycker hur avstånden mellan punkter på intilliggande pusselbitar förändras när bitarna gör små rörelser, "Samuel Lensgraf, den främsta doktoranden som driver forskningen, berättade TechXplore. "Vi använder sedan denna uppsättning ekvationer för att analysera hur storskaliga rörelser av avlägsna bitar kan sammansättas från små lokala rörelser. En viktig fördel med den föreslagna metoden är att den innehåller vissa approximationer som möjliggör mycket snabb beräkning, möjliggör analys av pussel med tusentals bitar. "

Forskarna har testat sin metod på flera system som består av styva kroppar av varierande storlek. De observerade att PuzzleFlex stötte på större svårigheter när man analyserade vissa system, vanligtvis tätare strukturer, medan det löste andra pussel ganska snabbt.

"Vårt mest meningsfulla fynd är att vissa arrangemang för sammanlåsning av tegelpussel är starkare än andra och att beräkningsmetoder kan vara tillräckligt snabba för att överväga många olika möjliga arrangemang snabbt, ge insikt i bra och dåliga byggnadskonstruktioner, "Sa Balkcom.

I framtiden, metoden som utvecklats av Balkcom, Lensgraf och deras kollegor kan ha många intressanta applikationer. Till exempel, Det kan användas för att analysera samlingar av modulära robotar, att genomföra strukturstabilitetsstörningsanalyser eller studera toleransen för mekaniska system.

Dessutom, det kan hjälpa till att undersöka bildningskontrollen av en mängd olika mobila robotar. Forskarna planerar nu att ytterligare förbättra sin strategi och jämföra den med andra toppmoderna dynamiska simuleringsmetoder.

"Det publicerade matematiska tillvägagångssättet gäller plana pussel; vi utökar för närvarande metoden till att arbeta med tredimensionella sammankopplade pussel, "Lensgraf tillagd.

© 2019 Science X Network