211service.com
Programmerbar materialealgoritme løser universalbelægningsproblem
Verden er fuld af komplekse strukturer såsom broer, veje, vindmøller, kraftværker og så videre, der skal overvåges nøje for at sikre deres integritet.
I dag skal meget af dette arbejde udføres af ingeniører på stedet. Det er ikke så let for objekter, der strækker sig over hundreder eller endda tusinder af kilometer, såsom veje eller fjerntliggende strukturer såsom havvindmøller.
Så en måde at gøre dette på eksternt ville være enormt værdifuld. Det kræver tydeligvis en slags uafhængig sensor, der kan måle den nødvendige egenskab såsom temperatur eller surhed, eller revner og så videre.
Og der er faktisk adskillige gadgets til at gøre dette. For eksempel kan optiske fibre, der er fastgjort til eller indlejret i objekter, måle de kræfter, der virker på dem, og sensorer, der er fastgjort til disse fibre, kan overvåge temperatur, surhedsgrad og så videre.
Men denne slags sensorer giver ikke global dækning - de kan ikke fortælle dig temperaturen på noget tidspunkt på objektet. Til det har du brug for noget mere ambitiøst.
Drømmen ville være at have en smart belægning, der gør dette job. Dette ville være et programmerbart materiale, der helt dækker en genstand i et tyndt lag. Det ville indeholde bittesmå partikelsensorer, der indsamler information om overfladen, såsom dens temperatur, og kommunikerer det til deres nærmeste naboer.
Mens matematikere længe har overvejet egenskaberne af programmerbare materialer, har et spørgsmål slået dem i stå. Er det muligt at bruge en smart belægning til at bestemme temperaturen på et hvilket som helst tidspunkt på et vilkårligt objekt, selvom sensorerne ikke har kendskab til dets overordnede geometri?
I dag får vi svar på dette spørgsmål takket være Zahra Derakhshandehs arbejde ved Arizona State University i Tempe og et par venner. De har udviklet en række algoritmer, der giver den matematiske ramme, der gør det muligt for disse partikler at løse dette problem.
For at få dette til at fungere skal partikelsensorerne og belægningen have visse egenskaber. Derakhshandeh og co siger, at sensorerne skal være i stand til at bevæge sig inden for overfladen og skabe og bryde kommunikationsbånd med deres nærmeste naboer. Objektet skal have en geometri, der tillader en ensartet belægning.
Under disse forhold siger Derakhshandeh og co, at deres ramme fungerer som en universel belægningsalgoritme for programmerbart stof. Partiklerne behøver kun at have begrænset hukommelse og kommunikerer kun over korte afstande og er helt anonyme - med andre ord er de alle ækvivalente.
Det er nysgerrigt arbejde, der en dag kan føre til nogle nyttige applikationer inden for fjernovervågning.
Der er dog stadig arbejde at gøre. I betragtning af opgaven med at måle nogle egenskaber ved materialet på et specifikt punkt, er et vigtigt problem, hvor hurtigt algoritmen kan gøre dette. For at finde ud af det foreslår teamet at teste algoritmen i en simulering eller med ægte programmerbart stof. Det bliver spændende at se, hvordan de kommer videre.
Et andet vigtigt problem vil være energieffektiviteten af denne form for programmerbar sag. Hvilken form for kommunikationsomkostninger pålægger belægningsproblemet, og kunne energien til dette tænkes høstet fra miljøet?
Det er stadig tidligt for programmerbart stof og for en universel belægning. Men de besparelser, som Derakhshandeh og co's algoritmer kan tillade, er betydelige i betragtning af omkostningerne ved at overvåge og vedligeholde havvindmøller, for eksempel. Alene det burde garantere yderligere interesse for dette emne i fremtiden.
Ref: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Universalbelægning til programmerbart stof