Микро-эмергенттік мінез-құлық деп аталатын құбылысты пайдалана отырып, MIT инженерлері құмырсқалар колониясын құру немесе азық-түлік іздеу сияқты күрделі әрекеттерді бірлесіп жасай алатын қарапайым микробөлшектерді жасады. Микробөлшектер ынтымақтаса отырып, олар өте төмен жиілікте тербелетін сағат жасай алады. Зерттеушілер бұл тербелістерді шағын робот құрылғыларын қуаттандыру үшін пайдалануға болатынын көрсетті.
«Бұл мінез-құлықты кірістірілген тербелмелі электрлік сигналға айналдыруға болады, ол физикаға қызығушылық танытудан басқа, микророботикалық автономияда жоғары тиімділік болуы мүмкін. Көптеген электр бөлшектері мұндай тербелмелі енгізуді қажет етеді, соның ішінде жақында MIT түлегі және зерттеудің негізгі авторларының бірі Цзинфан Янг », - деп қосты.
Жаңа осциллятордың құрамдас бөлшектері ұсақ газ көпіршіктерін қалыптастыру және жару арқылы бір-бірімен байланысуға мүмкіндік беретін қарапайым химиялық механизмге қатысады. Бұл өзара әрекеттесулер, дұрыс жағдайларда, сағат сияқты бірнеше секундтық аралықпен соғатын осцилляторға әкеледі.
MIT химия инженериясының профессоры Майкл Страноның айтуынша, «Біз оларға өте күрделі тапсырмаларды жаппай орындауға мүмкіндік беру үшін салыстырмалы түрде қарапайым микророботикалық машиналарға кодтауға болатын өте қарапайым ережелерді немесе қасиеттерді іздеуге тырысамыз».
Томас Берруета, профессор Тодд Мерфейдің жетекшілігімен Солтүстік-Батыс университетінің аспиранты, Янмен бірге зерттеудің авторы.
Құмырсқалар мен аралар сияқты жәндіктер колониялары топтың бір мүшесі ешқашан орындай алмайтын тапсырмаларды орындай алады, бұл пайда болған мінез-құлықтың мысалы болып табылады.
«Құмырсқалардың миы кішкентай және өте қарапайым когнитивтік функцияларды орындайды, бірақ олар бірге жұмыс істегенде таңғажайып нәрселерді жасай алады. Олар тамақ жинап, осы күрделі туннельдік жүйелерді жасай алады », - дейді Страно. «Мен сияқты физиктер мен инженерлер бұл ережелерді түсінгісі келеді, өйткені бұл күрделі тапсырмаларды орындау үшін бірге жұмыс істейтін кішкентай тіршілік иелерін жасай алатынымызды білдіреді».
Бұл жобада мақсат өте төмен жиіліктерде тербеліс немесе ырғақты қозғалыстар тудыратын бөлшектерді жасау болды. Соңғы уақытқа дейін төмен жиілікті микроосцилляторларды жасау үшін қымбат, күрделі электроника немесе күрделі химиясы бар арнайы материалдар қажет болды.
Бұл зерттеу үшін зерттеушілер элементар бөлшектер ретінде диаметрі 100 микрон дискілерді жасады. SU-8 полимер негізіндегі дискілердегі платина патч сутегі асқын тотығының су мен оттегіге айналуын жылдамдата алады.
Бөлшектер тегіс беттегі тамшылардың бетіне орналастырылған кезде сутегі асқын тотығы тамшысының жоғарғы жағына қарай жылжиды. Олар сұйық-ауа байланысындағы басқа бөлшектермен әрекеттеседі. Әрбір бөлшек оттегінің кішкене көпіршігін жасайды және екі бөлшек өзара әрекеттесу үшін жеткілікті жақындағанда, көпіршіктер жарылып, бөлшектер бөлінеді. Содан кейін процесс жаңа көпіршіктердің пайда болуымен қайта басталады.
Бөлшектер бірге жұмыс істегенде, Ян былай дейді: «Олар өте фантастикалық және пайдалы нәрсе жасай алады, оған микро масштабта қол жеткізу қиын. Бөлшек өздігінен қозғалыссыз қалады және қызықты ештеңе жасамайды.
Ғалымдар екі бөлшектің жеткілікті сенімді осциллятор жасай алатынын анықтады, бірақ көбірек бөлшектер қосылған сайын ырғақ тұрақсыз болады. Дегенмен, басқаларынан аздап ерекшеленетін бір бөлшектің қосылуы ырғақты осциллятордағы басқа бөлшектерді қайта реттейтін «көшбасшы» қызметін атқара алады.
Бұл жетекші бөлшектің өлшемі басқа бөлшектермен бірдей, бірақ оның құрамында платинаның сәл үлкен бөлігі бар болғандықтан, ол үлкенірек оттегі көпіршігі шығара алады. Бұл бұл бөлшекке барлық басқа бөлшектердің тербелістерін басқаратын кластердің ортасына көшуге мүмкіндік береді. Зерттеушілер осы әдісті қолдана отырып, кем дегенде 11 бөлшектерден тұратын осцилляторлар жасай алатынын анықтады.
Бұл осциллятор бөлшектердің мөлшеріне байланысты 0,1-ден 0,3 герцке дейінгі жиілікке ие; бұл жүру және жүрек соғысы сияқты биологиялық процестерді басқаратын төмен жиілікті осцилляторлармен тең.
Тербелмелі ток
Зерттеушілер сонымен қатар тербелмелі электр тогын жасау үшін осы бөлшектердің ырғақты соққыларын қалай қолдануға болатынын көрсетті. Бұған қол жеткізу үшін олар платина катализаторының орнына платина мен рутений немесе алтын отын ұяшығын пайдаланды. Отын ұяшығының кернеуі отын ұяшығының бір шетінен екінші шетіне қарсылықты ырғақты түрде өзгертетін бөлшектердің механикалық тербелісі арқылы тербелмелі токқа айналады.
Кейбір жағдайларда, мысалы, миниатюралық жүретін роботтарды қуаттандыру кезінде, тұрақты ток емес, тербелмелі ток жасау тиімді болуы мүмкін. Бұл әдісті MIT зерттеушілері бұрын Корнелл университетінің зерттеушілері жасаған шағын жүретін роботтың аяқтары ретінде қызмет ететін микро жетекті қуаттай алатынын көрсету үшін пайдаланды. Бірінші модельдің лазерлік көзі әрбір аяққа кезекпен бағытталған адамның тербелісіндегі токты талап етті. Бөлшектерден токты жетекке беру үшін сымды қолдану арқылы MIT зерттеушілері оның бөлшектерімен жасалған кіріктірілген тербелмелі ток микророботикалық аяқтың циклдік қозғалысын қуаттай алатынын көрсетті.
Страноның айтуынша, ол механикалық тербелісті электрлік тербеліске қалай айналдыруға болатындығын көрсетеді, содан кейін оны роботтық тапсырмаларды қуаттандыру үшін пайдалануға болады.
Судың ластануын бақылау үшін сенсорлар ретінде пайдаланылуы мүмкін шағын автономды роботтардың үйірлерін басқару технологияның осы түрін әлеуетті пайдаланудың бірі болып табылады.
Дереккөз: techxplore
Günceleme: 13/10/2022 19:56
Бірінші болып пікір айтыңыз