บาคาร่าเว็บตรง วิธีสร้างหุ่นยนต์จิ๋วจากแผ่นยืด

บาคาร่าเว็บตรง การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์ขนาดเล็กสามารถสร้างได้จากแผ่น 2D ที่ขยับรูปร่าง Itai Cohenและ Itay Griniasty จาก Cornell University ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเทคนิคทางคณิตศาสตร์สำหรับการเข้ารหัสวงจรการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ตัวเล็ก ๆ ลงบนพื้นผิวของวัสดุเรียบ พวกเขา ทำงานร่วมกับCyrus Mostajeranจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ของสหราชอาณาจักร 

พวกเขาเชื่อว่างานของพวกเขาจะทำให้สามารถออกแบบหุ่นยนต์

ว่ายน้ำขนาดเล็กจากวัสดุต่างๆ เช่น อิลาสโตเมอร์คริสตัลเหลวและไฮโดรเจลได้ โคเฮนมั่นใจว่าสักวันหนึ่งหุ่นยนต์ไมโครสเกลจะทำงานหลายอย่างเช่นเดียวกับหุ่นยนต์ในระดับมหภาค อย่างไรก็ตาม เขาเชื่อว่าในระดับไมโครและระดับนาโน “เราต้องคิดใหม่อย่างสมบูรณ์วิธีที่เราสร้างเครื่องจักร”

“วิธีที่เราจะทำคือเราจะผลิตทุกอย่างในแบบ 2 มิติ แล้วปล่อยออกจากพื้นผิวแล้วนำไปพับหรือประกอบเป็นวัตถุ 3 มิติที่สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมของมันได้”

ความท้าทายในการผลิตไมโครสเกล แผ่นอิลาสโตเมอร์ผลึกเหลว (LCE) เป็นผลิตภัณฑ์ชั้นนำสำหรับการผลิตหุ่นยนต์นิ่มระดับไมโครด้วยวิธีนี้ วัสดุแบนราบเหล่านี้จะเปลี่ยนรูปเป็นรูปร่าง 3 มิติเพื่อตอบสนองต่อแสง ความร้อน และสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โดยการจัดตำแหน่งเริ่มต้นของโมเลกุลจะกำหนดความโค้งสุดท้าย

การออกแบบเครื่องจักรที่ใช้งานได้จริงจากแผ่นงานเหล่านี้ยังคงเป็นความท้าทาย ในการทำงานที่เป็นประโยชน์ เช่น การว่ายน้ำ หุ่นยนต์จำเป็นต้องมีโปรแกรมการเสียรูปมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อถูกผลิตขึ้น ตัวอย่างเช่น โคเฮนแนะนำหุ่นยนต์ที่โมเลกุลบางตัวตอบสนองต่อแสงสีน้ำเงินและบางส่วนตอบสนองต่อแสงสีแดง อย่างไรก็ตาม การเสียรูปจะประกอบเข้าด้วยกัน ทำให้ยากต่อการคาดการณ์รูปร่างสุดท้าย

วิธีแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์

Griniasty เข้าร่วมห้องทดลองของ Cohen ในฐานะ postdoc โดยนำเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เขา Cohen และ Mostajeran ได้ดัดแปลงมาพัฒนาพวกเขา Griniasty ใช้เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์เพื่อทำวิศวกรรมย้อนกลับแผ่นประเภท LCE ที่เปลี่ยนรูปเป็นรูปร่างเป้าหมายเดียว เขาคาดการณ์ว่าวิธีการเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับระบบที่ซับซ้อนกว่ามาก ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งที่เขาออกแบบหุ่นยนต์ที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างเป็นรูปร่างทั้งหมด

ในวัฏจักรการเคลื่อนไหวได้ขึ้นอยู่กับสิ่งเร้า

นักวิจัยได้ทดลองกับแผ่นพับที่มีลักษณะเหมือน origami ที่พับเป็นรูปทรงต่างๆ แต่ Cohen กล่าวว่าความก้าวหน้าในงานล่าสุดนี้ “คือความสามารถในการสร้างรูปทรงต่างๆ การทำงานและการเคลื่อนไหว”

การเปลี่ยนรูปแผ่นแกนเดียวแบบแบนวิธีการทำงาน: แผ่นเรียบมีลักษณะเป็นทรงกลม หรือลวดลายเป็นคลื่น (บน) ขึ้นอยู่กับสิ่งกระตุ้น นักวิจัยพบว่าในกรณีส่วนใหญ่ เทคนิคทางทฤษฎีนี้สามารถหาวิธีแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์ได้ รูปแบบการจัดตำแหน่งที่ควรหมุนเวียนไปตามลำดับของรูปร่างเป้าหมายเมื่อเปลี่ยนรูป พวกเขาแสดงให้เห็นเป็นตัวอย่าง แผ่นงานที่เปลี่ยนรูปเป็นทรงกลมก่อน จากนั้นจึงเป็นรูปคลื่น และสุดท้ายเป็นรูปใบหน้า นักว่ายน้ำไมโครจัดการอนุภาคและเซลล์เดี่ยว

เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด พวกเขายังเสนอนักว่ายน้ำขนาดเล็กอย่างง่ายที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านของเหลวหนืดได้ นักว่ายน้ำเป็นดิสก์ชนิด LCE แบบแบนที่ประกอบด้วยสองชั้นที่มีการจัดตำแหน่งโมเลกุลตั้งฉาก เมื่อชั้นต่างๆ ถูกกระตุ้นทีละชั้นแล้วคลายตัว นักว่ายน้ำจะแสดงวงจรของรูปทรงกรวยและรูปทรงแบน ซึ่งนักวิจัยคาดการณ์ว่าจะยอมให้ชั้นลอยผ่านของเหลวได้

แม้ว่าพวกเขาจะยังไม่ได้ทดสอบทฤษฎีของตนในห้องทดลอง ทีมงานก็ยังมองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับผลลัพธ์ เช่นเดียวกับ LCE พวกเขากำลังตรวจสอบการทดลองในแผ่นทำให้พองและคิริกามิ (ตัดและพับ) ทีมงานยังได้ออกแพ็คเกจซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้นักวิจัยทั่วโลกสามารถออกแบบหุ่นยนต์ขยับรูปร่างโดยใช้ทฤษฎีของพวกเขา

ทำให้วัสดุเย็นลงที่อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวด 

และคุณคาดว่าจะเริ่มนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานและขับสนามแม่เหล็ก แต่กลุ่มนักฟิสิกส์ระดับนานาชาติพบว่าวัสดุที่มีธาตุเหล็กบางชนิดเจือด้วยประจุลบนั้นทำสิ่งที่ตรงกันข้ามที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเองและคงความต้านทานไว้เมื่อถูกแช่เย็น นักวิจัยกล่าวว่าผลลัพธ์ชี้ไปที่สถานะใหม่ของสสารที่อิเล็กตรอนไหลในกลุ่มที่มีความสัมพันธ์กันสี่กลุ่มแทนที่จะเป็นสองกลุ่ม

ตามทฤษฎีของ Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนมารวมกันเพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่าคู่คูเปอร์ ในขณะที่อิเล็กตรอนสองตัวจะผลักกันในสุญญากาศ เมื่อเคลื่อนที่ผ่านโครงผลึกของวัสดุตัวนำยิ่งยวด อนุภาคตัวใดตัวหนึ่งจะเปลี่ยนตำแหน่งของอะตอมโดยรอบเพื่อให้มีประจุบวกเป็นบริเวณเล็กๆ สิ่งนี้ดึงดูดอิเล็กตรอนตัวที่สองเพื่อสร้างคู่

การสร้างคู่ดังกล่าวจำนวนมากทำให้เกิดคอนเดนเสทรวมซึ่งส่งผลให้การไหลของอิเล็กตรอนไม่มีแรงเสียดทาน สิ่งนี้เกิดขึ้นต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนด – อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด (T c ) – ณ จุดที่อะตอมขาดพลังงานความร้อนในการแยกคู่

การก่อตัวและการควบแน่นของคูเปอร์คูเปอร์เกี่ยวข้องกับการทำลายสิ่งที่เรียกว่าสมมาตรของเกจ U(1) แต่มีการแสดงวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ซับซ้อนมากขึ้นในการทดลองเพื่อทำลายความสมมาตรชั่วคราวด้วย เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากเกิดลูปกระแสต่อเนื่องที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่กำหนดในวัสดุ ลูปเหล่านั้นสามารถหมุนเวียนในทิศทางตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา และจะเปลี่ยนทิศทางหากเวลากลับด้าน ในทางตรงกันข้าม เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนภาพ ไม่มีการวนซ้ำต่อเนื่องและไม่มีการแบ่งสมมาตรการย้อนเวลา

ทฤษฎี BCS กำหนดว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของการทำลายสมมาตรประเภทนี้จะต่ำกว่าเสมอ – หรือในสถานการณ์ที่เฉพาะเจาะจงมากเท่ากับ – T c แต่ในงานล่าสุดEgor Babaevจาก KTH Royal Institute of Technology ในสวีเดนVadim Grinenkoจาก TU Dresden ในเยอรมนีและเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าสามารถพลิกอุณหภูมิทั้งสองได้ซึ่งจำเป็นต้องมีสถานะใหม่ของสสารที่รู้จัก เป็นโลหะควอติก bosonic ซึ่งคูเปอร์จับคู่กัน แต่การไหลที่ไร้แรงเสียดทานจะถูกทำลาย

เนื้อหาที่ศึกษาโดยกลุ่มนี้เป็นสารประกอบของแบเรียม โพแทสเซียม เหล็ก และสารหนู โดยมีธาตุสองธาตุแรกในปริมาณที่แตกต่างกัน ปีที่แล้ว กลุ่มปัจจุบันบางกลุ่มได้ให้หลักฐานว่าวัสดุนี้ควรแสดงความสมมาตรที่ย้อนเวลาเมื่อถูกเจือด้วยจำนวนรูที่เหมาะสม แต่บอกเป็นนัยว่าการแตกหักของสมมาตรนั้นจะเกิดขึ้นที่T c ตอนนี้การทำงานร่วมกันได้แสดงให้เห็นว่าการหยุดพักเกิดขึ้น บาคาร่าเว็บตรง