オブジェクトを整形して、目的のパスに沿ってスロープを転がり落ちさせるアルゴリズム

2023年8月12日レポート

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ボブ・イルカ著、Phys.org

韓国の基礎科学研究所ソフト・リビングマターセンターの物理学者と数学者のチームは、ジュネーブ大学の同僚と協力して、原因となる物体の形状を見つけるために使用できるアルゴリズムを開発した。目的のパスに従ってスロープを転がり降ります。

Nature 誌に掲載された論文の中で、このグループはアルゴリズムを開発した方法と、そのアルゴリズムの可能な用途について説明しています。 それぞれジョージア工科大学とオクラホマ州立大学のエリザベッタ・マツモト氏とヘンリー・シーガーマン氏は、この新しい取り組みに関してチームが行った研究の概要をまとめたニュースと見解の記事を同じ雑誌号に掲載しました。

この新しい取り組みで、研究チームは興味深いパズルから始めました。球体がスロープを転がり落ちる様子を想像することから始まります。 球体が粘土でできていると考えられる場合、回転しながら球体を操作 (変形) して、指定されたパスに適合させることができます。

その後、球体が再びランプを転がり落ちると、その形状に新たな変形が生じたため、球体は以前の経路をたどります。 研究者らは、ほぼ無限の変形が可能なため、球体がたどる可能性のある経路はほぼ無限になる可能性があると指摘しました。

この認識により、彼らは、そのような球体に形成される変形がその経路と数学的に関連付けられるのではないかと考えるようになりました。 もしそうなら、そのような数学を使用して、所定のパスに強制的に従う変形を伴う球体を 3D プリントするために使用できるアルゴリズムを作成できれば。

両方の質問に対する答えは「はい」であることがわかりました。 チームは数学と物理学の原理を使用して、特定のオブジェクトの変形を記述した式を作成し、その結果、オブジェクトが傾斜面に沿って望ましいパスをたどることになりました。 次に、3D プリントを使用して、現実世界にそのようなオブジェクトを作成するために使用できるコンピューター プログラムを作成しました。

研究チームはこれらの物体を軌道と名付けた。 それぞれの内部には重量を与えるために固体金属ボールベアリングが組み込まれていました。 彼らはまた、特定の経路を 2 回移動する軌道を作成できることを発見し、それらを「2 周期軌道」と名付けました。

研究チームは、彼らの公式とアルゴリズムがロボット工学の応用だけでなく、電子の角モーメントに関連する物理学研究、または量子ビットの進化の研究を中心とした量子研究にも使用できる可能性があることを示唆しています。

詳しくは： Yaroslav I. Sobolev 他、望ましい経路に沿って回転するように形作られた固体軌道、Nature (2023)。 DOI: 10.1038/s41586-023-06306-y

Elisabettamatsumoto 他、プログラムされた周期的なパスに沿って回転する形状、Nature (2023)。 DOI: 10.1038/d41586-023-02335-9

雑誌情報:自然

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