Роботизированные материалы - это композитные материалы, которые сочетают в себе восприятие, приведение в действие, вычисления и связь в повторяющемся или аморфном образце. [1] Роботизированные материалы можно рассматривать как вычислительные метаматериалы в том смысле, что они расширяют исходное определение метаматериала [2]как «макроскопические композиты, имеющие искусственно созданную трехмерную периодическую ячеистую архитектуру, разработанную для создания оптимизированной комбинации, недоступной в природе, двух или более реакций на определенное возбуждение», будучи полностью программируемыми. То есть, в отличие от обычного метаматериала, взаимосвязь между определенным возбуждением и откликом регулируется восприятием, приведением в действие и компьютерной программой, которая реализует желаемую логику. [ необходима цитата ]
История
Идея создания материалов, включающих вычисления, тесно связана с концепцией программируемой материи , термином, введенным в 1991 г. [3] Тоффоли и Марголусом, описывающим плотные массивы вычислительных элементов, которые могли бы решать сложные конечно-элементные модели материальных систем. а затем был разработан для описания класса материалов, состоящих из идентичных мобильных строительных блоков, также известных как катомы , которые полностью реконфигурируются, что позволяет материалам произвольно изменять свои физические свойства.
Роботизированные материалы основываются на исходной концепции программируемой материи [3], но фокусируются на структурных свойствах встраиваемых полимеров без претензий на универсальные изменения свойств. Здесь термин «робот» относится к слиянию восприятия, срабатывания и вычислений. [1]
Приложения
Роботизированные материалы позволяют разгрузить вычисления внутри материала, в первую очередь обработку сигналов, которая возникает во время приложений с широкополосным зондированием или управления с обратной связью , которое требуется для мелкозернистого распределенного срабатывания. Примеры таких приложений включают в себя камуфляж, изменение формы, балансировку нагрузки и роботизированные скины [4], а также оснащение роботов большей автономностью за счет разгрузки части обработки сигналов и элементов управления в материал. [5]
Проблемы исследования
Исследования роботизированных материалов варьируются от уровня устройств и производства до распределенных алгоритмов, которые снабжают роботизированные материалы интеллектуальными возможностями. [6] Таким образом, он пересекает области композитных материалов , сенсорных сетей , распределенных алгоритмов и, из-за масштаба задействованных вычислений, интеллекта роя . В отличие от любой отдельной области, конструкция конструкции, датчики, исполнительные механизмы, коммуникационная инфраструктура и распределенные алгоритмы тесно взаимосвязаны. Например, свойства материала конструктивного материала будут влиять на то, как сигналы, которые должны быть обнаружены, распространяются через материал, на какое расстояние должны быть разнесены вычислительные элементы и какая обработка сигналов должна выполняться. Точно так же структурные свойства тесно связаны с фактическим внедрением вычислительной и коммуникационной инфраструктуры. Таким образом, регистрация этих эффектов требует междисциплинарного сотрудничества между материалами, информатикой и робототехникой. [1]
Рекомендации
- ^ a b c М. А. Макэвой и Н. Коррелл. Материалы, которые объединяют зондирование, приведение в действие, вычисления и коммуникацию, Science Vol. 347 нет. 6228 DOI: 10.1126 / science.1261689
- ^ RM Вальзер, Электромагнитные метаматериалы. Proc. SPIE 4467, Сложные среды II: Помимо линейных изотропных диэлектриков (Сан-Диего, Калифорния, 2001 г.), стр. 1–15 (2001).
- ^ a b Т. Тоффоли, Н. Марголус, Программируемая материя: концепции и реализация. Physica D 47, 263–272 (1991). 10.1016 / 0167-2789 (91) 90296
- ^ Robotic материалы: Изменение с миром вокруг них, phys.org, 19 марта 2015 года.
- ^ Автономные материалы позволят роботам будущего менять цвет и форму, Popular Science, 19 марта 2015 г.
- ^ Материалы, которые объединяют зондирование, срабатывание, вычисление и коммуникацию, Консорциум вычислительного сообщества (CCC) «Великие инновационные идеи», 2 ноября 2015 г.