Kleine bewegingen tussen afzonderlijke delen in legpuzzels, LEGO-gebouwen, menselijke ruggengraat en systemen van koppelbare modulaire robots kunnen het buigen van hun volledige structuren mogelijk maken. Een team van onderzoekers van het Dartmouth College heeft onlangs een onderzoek uitgevoerd naar de kinematica (d.w.z. de kenmerken of eigenschappen van beweging in objecten) van verzamelingen starre lichamen die flexibel worden wanneer ze worden gecombineerd als een systeem. hun papier, voorgepubliceerd op arXiv, introduceert PuzzleFlex, een nieuwe methode voor het berekenen van vrije bewegingen van een vlak samenstel van starre lichamen verbonden door losse verbindingen.

"We zijn geïnteresseerd in robotconstructie van gebouwen uit in elkaar grijpende stenen, "Devin Balkcom, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Het belangrijkste kenmerk van in elkaar grijpende stenen is dat ze verbinden zonder dat er cement nodig is, eenvoudigere constructie en hergebruik mogelijk maken, net als LEGO-speelgoed. In tegenstelling tot LEGO, onze stenen zijn niet afhankelijk van wrijving, en kan losjes aansluiten, waardoor het gemakkelijker wordt om ze samen te voegen. Het belangrijkste doel van het huidige werk is om de flexibiliteit en sterkte van de resulterende puzzelachtige structuren te analyseren."

De tool van Balkcom en zijn collega's modelleert verbindingen met behulp van lokale afstandsbeperkingen. Vervolgens worden deze beperkingen gelineariseerd volgens configuratieruimtesnelheden, het bereiken van een lineaire programmeringsformulering die kan worden gebruikt om systemen te analyseren die uit duizenden starre lichamen bestaan, ook wel puzzels genoemd.

"We schreven wiskundige vergelijkingen die uitdrukken hoe de afstanden tussen punten op aangrenzende puzzelstukjes veranderen als de stukjes kleine bewegingen maken, "Samuel Lensgraf, de hoofdstudent die het onderzoek leidt, vertelde TechXplore. "Vervolgens gebruiken we deze reeks vergelijkingen om te analyseren hoe grootschalige bewegingen van verre stukken kunnen worden samengesteld uit kleine lokale bewegingen. Een belangrijk voordeel van de voorgestelde methode is dat deze bepaalde benaderingen bevat die een zeer snelle berekening mogelijk maken, waardoor de analyse van puzzels met duizenden stukjes."

De onderzoekers hebben hun methode getest op verschillende systemen die zijn samengesteld uit starre lichamen van verschillende groottes. Ze merkten op dat PuzzleFlex grotere moeilijkheden ondervond bij het analyseren van sommige systemen, typisch dichtere structuren, terwijl het andere puzzels vrij snel oploste.

"Onze meest betekenisvolle bevinding is dat sommige arrangementen van in elkaar grijpende baksteenpuzzels steviger zijn dan andere en dat computationele methoden snel genoeg kunnen zijn om snel veel verschillende mogelijke arrangementen te overwegen, inzicht geven in goede en slechte bouwontwerpen, ', aldus Balkcom.

In de toekomst, de door Balkcom ontwikkelde methode, Lensgraf en hun collega's kunnen tal van interessante toepassingen hebben. Bijvoorbeeld, Het kan worden gebruikt om verzamelingen modulaire robots te analyseren, om structurele stabiliteitsverstoringsanalyses uit te voeren of om de tolerantie van mechanische systemen te bestuderen.

In aanvulling, het zou kunnen helpen om de formatiecontrole van een verscheidenheid aan mobiele robots te onderzoeken. De onderzoekers zijn nu van plan om hun aanpak verder te verbeteren en te vergelijken met andere state-of-the-art dynamische simulatiebenaderingen.

"De gepubliceerde wiskundige benadering is van toepassing op vlakke puzzels; we breiden momenteel de methode uit om te werken met driedimensionale in elkaar grijpende puzzels, ', voegde Lensgraf eraan toe.

© 2019 Wetenschap X Netwerk