Kaj imajo skupnega rezine pice, morski polži in ena možna zasnova prihodnjih robotov z mehkim telesom? Vsi imajo nabrane površine in nova spoznanja o presenetljivi geometriji nabranih površin lahko pomagajo prihodnji generaciji energetsko učinkovitih in izjemno prilagodljivih robotov z mehkim telesom.
Kompleksne gube nabrane površine, kot so koralni grebeni ali listi ohrovta, so površinska, ki jo matematiki imenujejo »nagnjena neglatka površina«. Spremeni smer, v kateri se upogiba.
"Ljudje so gledali na te hiperbolične površine že 200 let, vendar nihče ni razmišljal o vlogi gladkosti v povezavi s tem, kako se te stvari premikajo, njihovo mehaniko," je dejal matematik Univerze v Arizoni Shankar Venkataramani. "Do zdaj nihče ni videl pomena za te stvari."
Venkataramani bo ta teden na marčnem srečanju American Physical Society v Bostonu 2019 predstavil raziskave svoje skupine o negladkih površinah, morskih polžeh in možnih robotskih aplikacijah.
Do nedavnega, je dejal Venkataramani, so fiziki na splošno domnevali, da pride do naravnih gub, ko uravnotežene sile med hkratnim upogibanjem in raztezanjem pločevine povzročijo, da se površina zmečka. Vendar pa je Venkataramani v nedavnem delu z doktorskimi študenti Johnom Gemmerjem in Tobyjem Shearmanom ter fizikom Hebrejske univerze Eranom Sharonom pokazal, da lahko obstajajo negladke površine, ki so hkrati neraztegnjene, a naborane.
"Ideja, da te okrasne površine nimajo raztezanja, je bila popolnoma protiintuitivna," je dejal.
In, je opozoril, raziskava je pokazala, da se zdi, da spremembe iz ene oblike v drugo zahtevajo zelo malo energije. To je ključno, saj ima sposobnost spreminjanja geometrije površin velike posledice za njihovo moč in s tem sposobnost delovanja na okolico. Vzemite razmočeno rezino pice in ustvari nered, vendar "dajte malo ukrivljenosti in postane trda in jo lahko jeste," je rekel.
Ko je razvil matematiko za opis teh površin, je njegova skupina modelirala negladke tanke filme s šestimi odseki navzgor in navzdol in se spraševala, kako se bodo premikali.
"Spoznali smo, da je narava že rešila problem pred milijoni let. Nekateri morski polži in morski črvi uporabljajo to geometrijo za premikanje," je dejal Venkataramani.
Izziv je zdaj, je dejal, natančno določiti, kako je značilna plavalna hoja teh mehkih morskih nevretenčarjev, kot je španski plesalec morski polž, povezana z njihovo negladko geometrijo.
Odgovor bi lahko zagotovil "potencialno pot za gradnjo mehkih robotov, ki so energetsko učinkoviti in izjemno prilagodljivi," je dejal Venkataramani.
