211service.com
Programmējamo materiālu algoritms atrisina universālā pārklājuma problēmu
Pasaule ir pilna ar sarežģītām struktūrām, piemēram, tiltiem, ceļiem, vēja turbīnām, spēkstacijām un tā tālāk, kas ir rūpīgi jāuzrauga, lai nodrošinātu to integritāti.
Mūsdienās liela daļa šī darba ir jāveic inženieriem uz vietas. Tas nav tik vienkārši objektiem, kas sniedzas simtiem vai pat tūkstošiem kilometru, piemēram, ceļiem, vai attālām struktūrām, piemēram, jūras vēja turbīnām.
Tātad veids, kā to izdarīt attālināti, būtu ļoti vērtīgs. Skaidrs, ka tam ir nepieciešams kaut kāds neatkarīgs sensors, kas var izmērīt vajadzīgo īpašību, piemēram, temperatūru vai skābumu, vai plaisāšanu utt.
Un patiešām ir daudz sīkrīku, lai to izdarītu. Piemēram, optiskās šķiedras, kas pievienotas objektiem vai tajos iestrādātas, var izmērīt spēkus, kas uz tiem iedarbojas, un šīm šķiedrām pievienotie sensori var kontrolēt temperatūru, skābumu utt.
Taču šāda veida sensori nenodrošina globālu pārklājumu — tie nevar norādīt temperatūru jebkurā objekta punktā. Šim nolūkam jums ir nepieciešams kaut kas ambiciozāks.
Sapnis būtu gudrs pārklājums, kas veiktu šo darbu. Tas būtu programmējams materiāls, kas pilnībā pārklāj objektu plānā kārtā. Tajā būtu sīki daļiņu sensori, kas apkopo informāciju par virsmu, piemēram, tās temperatūru, un paziņo to saviem tuvākajiem kaimiņiem.
Kamēr matemātiķi jau sen ir domājuši par programmējamo materiālu īpašībām, viens jautājums viņus ir apmulsis. Vai ir iespējams izmantot viedo pārklājumu, lai noteiktu temperatūru jebkurā patvaļīga objekta punktā, lai gan sensoriem nav zināšanu par tā vispārējo ģeometriju?
Šodien mēs saņemam atbildi uz šo jautājumu, pateicoties Zahra Derakhshandeh darbam Arizonas štata universitātē Tempē un dažiem draugiem. Viņi ir izstrādājuši virkni algoritmu, kas nodrošina matemātisko sistēmu, kas ļauj šīm daļiņām atrisināt šo problēmu.
Lai tas darbotos, makrodaļiņu sensoriem un pārklājumam ir jābūt noteiktām īpašībām. Derakhshandeh un citi saka, ka sensoriem jāspēj pārvietoties virsmā un izveidot un pārtraukt sakaru saites ar saviem tuvākajiem kaimiņiem. Objektam jābūt ar tādu ģeometriju, kas ļauj iegūt vienmērīgu pārklājumu.
Šādos apstākļos Derakhshandeh un kolēģi apgalvo, ka viņu sistēma darbojas kā universāls programmējamo vielu pārklājuma algoritms. Daļiņām ir tikai ierobežota atmiņa, un tās sazinās tikai nelielos attālumos, un tās ir pilnībā anonīmas, citiem vārdiem sakot, tās visas ir līdzvērtīgas.
Tas ir ziņkārīgs darbs, kas kādu dienu varētu novest pie dažām noderīgām lietojumprogrammām attālajā uzraudzībā.
Tomēr joprojām ir jāstrādā. Ņemot vērā uzdevumu izmērīt kādu materiāla īpašību noteiktā punktā, viena svarīga problēma ir tas, cik ātri algoritms to var paveikt. Lai to noskaidrotu, komanda iesaka pārbaudīt algoritmu simulācijā vai ar reālu programmējamu vielu. Būs interesanti redzēt, kā viņiem veiksies.
Vēl viena svarīga problēma būs šāda veida programmējamo vielu energoefektivitāte. Kāda veida sakarus rada pārklājuma problēma, un vai šim nolūkam nepieciešamo enerģiju varētu iegūt no vides?
Vēl ir sākums programmējamām vielām un universālajam pārklājumam. Taču ietaupījumi, ko varētu ļaut Derakhshandeh un co algoritmi, ir ievērojami, ņemot vērā, piemēram, piekrastes vēja turbīnu uzraudzības un uzturēšanas izmaksas. Tam vien vajadzētu garantēt turpmāku interesi par šo tēmu nākotnē.
Atsauce: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Universāls pārklājums programmējamām vielām