Een groep natuurkundigen en wiskundigen van het Soft and Living Matter Center van het Institute of Basic Sciences in Zuid-Korea heeft in samenwerking met een collega van de Universiteit van Genève een algoritme ontwikkeld waarmee de vorm van een object kan worden bepaald, zodat het object rolt een helling af in de gewenste richting.
In hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature, bespreekt de groep hoe ze hun algoritme hebben gebouwd en de mogelijke toepassingen ervan. In hetzelfde tijdschrift publiceerden Henry Segerman van het Georgia Institute of Technology en Elisabetta Matsumoto van de Oklahoma State University een News & Views-artikel met een samenvatting van het werk van het team aan deze nieuwe inspanning.
Het team dat deze nieuwe studie uitvoerde, begon met een intrigerend raadsel waarvoor het nodig was zich een bol voor te stellen die bergafwaarts rolde. Aangezien de bol van klei is gemaakt, kan hij tijdens het rollen buigen (vervormen) om een vooraf bepaald pad te volgen.
De nieuwe vormafwijkingen van de bol zorgen ervoor dat hij hetzelfde pad volgt wanneer hij de helling weer afrolt. De onderzoekers ontdekten dat de bol door een bijna oneindig aantal denkbare vervormingen bijna alle kanten op kon.
Nadat ze dit feit hadden bereikt, begonnen ze te onderzoeken of de vervormingen die zich in zo'n bol ontwikkelen, wiskundig konden worden gekoppeld aan de loop ervan. En als dat het geval is, kan dergelijke wiskunde dan worden gebruikt om een algoritme te ontwikkelen dat kan worden gebruikt om een bol in 3D te printen met vervormingen die ervoor zorgen dat hij een bepaalde route aflegt?
Het blijkt dat het antwoord op beide vragen ja is. Met behulp van wiskundige en fysische principes ontwikkelde de groep formules om de vervormingen te bepalen die ervoor zouden zorgen dat een bepaald object een gewenst pad in een hellend vlak zou volgen. Vervolgens ontwikkelden ze een computerprogramma waarmee ze zo'n object in de echte wereld konden 3D-printen.
De groep noemde deze objecten orbitalen. Elk werd verzwaard door een massief metalen kogellager aan de binnenkant. Ze ontdekten ook dat ze trajecten konden produceren die een bepaald pad twee keer snijden; ze gaven de term "banen met twee perioden" aan deze banen.
Het onderzoeksteam zegt dat de formules en het algoritme dat ze hebben ontwikkeld kunnen worden toegepast op toepassingen in de robotica, natuurkundig onderzoek met het hoekmoment van een elektron of kwantumonderzoek met de ontwikkeling van een kwantumbit.
Bron: phys.org/news/2023-08-algorithm-ramps-desired-path.html
📩 13/08/2023 18:30