211service.com
Programmerbar materialalgoritm löser problem med universell beläggning
Världen är full av komplexa strukturer som broar, vägar, vindkraftverk, kraftverk och så vidare, som måste övervakas noggrant för att säkerställa deras integritet.
Idag måste mycket av detta arbete utföras av ingenjörer på plats. Det är inte så lätt för objekt som sträcker sig över hundratals eller till och med tusentals kilometer, som vägar eller avlägsna strukturer som vindkraftverk till havs.
Så ett sätt att göra detta på distans skulle vara enormt värdefullt. Det kräver helt klart någon form av oberoende sensor som kan mäta den nödvändiga egenskapen som temperatur eller surhet, eller sprickbildning och så vidare.
Och det finns faktiskt många prylar för att göra detta. Till exempel kan optiska fibrer fästa vid eller inbäddade i föremål mäta krafterna som verkar på dem och sensorer som är fästa på dessa fibrer kan övervaka temperatur, surhet och så vidare.
Men den här typen av sensorer ger inte global täckning - de kan inte berätta temperaturen vid någon punkt på objektet. För det behöver du något mer ambitiöst.
Drömmen skulle vara att ha en smart beläggning som gör det här jobbet. Detta skulle vara ett programmerbart material som helt täcker ett föremål i ett tunt lager. Den skulle innehålla små partikelsensorer som samlar information om ytan, såsom dess temperatur, och kommunicerar den till sina närmaste grannar.
Medan matematiker länge har funderat över egenskaperna hos programmerbara material, har en fråga stört dem. Är det möjligt att använda en smart beläggning för att bestämma temperaturen när som helst på ett godtyckligt objekt, trots att sensorerna inte har någon kunskap om dess övergripande geometri?
Idag får vi svar på denna fråga tack vare Zahra Derakhshandehs arbete vid Arizona State University i Tempe och några kompisar. De har utvecklat en serie algoritmer som tillhandahåller det matematiska ramverket som gör att dessa partiklar kan lösa detta problem.
För att detta ska fungera måste partikelsensorerna och beläggningen ha vissa egenskaper. Derakhshandeh och co säger att sensorerna måste kunna röra sig inom ytan och skapa, och bryta, kommunikationsband med sina närmaste grannar. Objektet måste ha en geometri som tillåter en enhetlig beläggning.
Under dessa förhållanden säger Derakhshandeh och co att deras ramverk fungerar som en universell beläggningsalgoritm för programmerbar materia. Partiklarna behöver bara ha begränsat minne och kommunicerar endast över korta avstånd och är helt anonyma – med andra ord är de alla likvärdiga.
Det är konstigt arbete som en dag kan leda till några användbara applikationer inom fjärrövervakning.
Det finns dock fortfarande arbete att göra. Med tanke på uppgiften att mäta någon egenskap hos materialet vid en specifik punkt, är ett viktigt problem hur snabbt algoritmen kan göra detta. För att ta reda på det, föreslår teamet att testa algoritmen i en simulering eller med riktig programmerbar materia. Det ska bli intressant att se hur de går vidare.
Ett annat viktigt problem kommer att vara energieffektiviteten för denna typ av programmerbar materia. Vilken typ av kommunikationsoverhead innebär beläggningsproblemet och kan energin för detta tänkas tas från miljön?
Det är fortfarande tidiga dagar för programmerbar materia och för en universell beläggning. Men de besparingar som Derakhshandeh och co:s algoritmer kan tillåta är avsevärda, med tanke på kostnaderna för övervakning och underhåll av vindkraftverk till havs, till exempel. Bara det borde garantera ytterligare intresse för detta ämne för framtiden.
Ref: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Universalbeläggning för programmerbar materia