Piccoli movimenti tra le singole parti nei puzzle, edifici LEGO, dorsali umane e sistemi di robot modulari collegabili possono consentire la flessione delle loro intere strutture. Un team di ricercatori del Dartmouth College ha recentemente condotto uno studio esplorando la cinematica (cioè le caratteristiche o le proprietà del movimento negli oggetti) di raccolte di corpi rigidi che diventano flessibili quando combinati insieme come un sistema. La loro carta, pre-pubblicato su arXiv, introduce PuzzleFlex, un nuovo metodo per calcolare i moti liberi di un assieme planare di corpi rigidi collegati da giunti sciolti.

"Siamo interessati alla costruzione robotizzata di edifici con mattoni ad incastro, "Devin Balkcom, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "La caratteristica principale dei mattoni ad incastro è che si collegano senza bisogno di cemento, consentendo una costruzione e un riutilizzo più semplici, proprio come i giocattoli LEGO. A differenza di LEGOS, i nostri mattoni non si basano sull'attrito, e può connettersi liberamente, rendendo più facile metterli insieme. L'obiettivo principale del lavoro attuale è analizzare la flessibilità e la forza delle strutture simili a puzzle risultanti".

Lo strumento ideato da Balkcom e dai suoi colleghi modella i giunti utilizzando vincoli di distanza locali. Quindi linearizza questi vincoli in base alle velocità spaziali di configurazione, raggiungere una formulazione di programmazione lineare che può essere utilizzata per analizzare sistemi costituiti da migliaia di corpi rigidi, chiamati anche puzzle.

"Abbiamo scritto equazioni matematiche che esprimono come le distanze tra i punti sui pezzi adiacenti del puzzle cambiano quando i pezzi fanno piccoli movimenti, "Samuele Lensgraf, il principale studente laureato che guida la ricerca, ha detto a TechXplore. "Utilizziamo quindi questo insieme di equazioni per analizzare come i movimenti su larga scala di pezzi distanti possono essere composti da piccoli movimenti locali. Un vantaggio chiave del metodo proposto è che include alcune approssimazioni che consentono un calcolo molto rapido, consentendo l'analisi di puzzle con migliaia di pezzi."

I ricercatori hanno testato il loro metodo su diversi sistemi composti da corpi rigidi di varie dimensioni. Hanno osservato che PuzzleFlex ha incontrato maggiori difficoltà durante l'analisi di alcuni sistemi, strutture tipicamente più dense, mentre ha risolto altri enigmi abbastanza rapidamente.

"La nostra scoperta più significativa è che alcune disposizioni di puzzle di mattoni ad incastro sono più robuste di altre e che i metodi computazionali possono essere abbastanza veloci da considerare rapidamente molte diverse disposizioni possibili, fornendo informazioni su progetti di edifici buoni e cattivi, " ha detto Balcom.

Nel futuro, il metodo sviluppato da Balkcom, Lensgraf ei suoi colleghi potrebbero avere numerose applicazioni interessanti. Ad esempio, Potrebbe essere utilizzato per analizzare collezioni di robot modulari, effettuare analisi perturbative della stabilità strutturale o studiare la tolleranza di sistemi meccanici.

Inoltre, potrebbe aiutare a studiare il controllo della formazione di una varietà di robot mobili. I ricercatori stanno ora pianificando di migliorare ulteriormente il loro approccio e confrontarlo con altri approcci di simulazione dinamica all'avanguardia.

"L'approccio matematico pubblicato si applica ai puzzle planari; stiamo attualmente estendendo il metodo per lavorare con i puzzle ad incastro tridimensionali, " ha aggiunto Lensgraf.

© 2019 Scienza X Rete