Views
5 months ago

Technomarket industrie nr. 64

mecatronică Studiu

mecatronică Studiu privind „Clatronica“ – ca materie programabilă pentru o ramură nouă a tehnologiei de viitor continuare din numărul anterior autor: Prof Univ. Dr. Ing. Gh. Ion Gheorghe Director General, Institutul Naţional de Cercetare‐Dezvoltare pentru Mecatronică și Tehnica Măsurării – București Prof. univ. asociat la UPB, UVT și UTM; Membru corespondent al ASTR Motivaţia studiului Această nouă ramură de „tehnologie pentru viitor în viitor“, a fost sintetizată de marii strategi ai lumii și marii actori descoperitori de nou, în posibilităţi reale, de a se construi, în mod realist, un sistem de materie programabilă, care se ghidează după principii de proiectare, care vor permite să se reducă corect la scară, până la milioane de catomi sub‐micromilimetrici. Astfel, sistemul care urmează principiile unei materii programabile, este sistemul clatronic, cel care susţine ambiţia promisă de fenomene ale materiei programabile. Concret, clatronica este folosită așadar, pentru a crea obiecte 3D dinamice în stare fizică. Acest sutdiu, este chiar revoluţionar¸ în sensul că are posibilitatea de a modifica radical relaţia între calcul, oameni și lumea fizică. Acesta introduce, componentele hardware și software ale catomilor, ca parte crucială a sistemului clatronic, împreună cu provocările și cerinţele lor. Sistemul clatronic va fi un stand de testare pentru rezolvarea unora dintre cele mai dificile probleme cu care ne confruntăm astăzi: cum să construim sisteme dinamice complexe și distribuite masiv; este, deasemenea, un pas în direcţia integrării cu adevărat a computerelor în viaţa noastră – avându‐le integrate în obiectele făcute de om din jurul nostru și permiţându‐le să interacţioneze cu lumea. Motivaţia în „materia programabilă“ După Universitatea Carnegie Mellon (prof. Seth Copen Goldstein), materia programabilă se referă la tehnologia care va permite să controleze și să manipuleze artefacte fizice 3D (similar cu modul în care putem controla și manipula deja imagini 2D, cu grafica pe calculator). Astfel, materia programabilă ne va permite să facem un pas dincolo de realitatea virtuală, către realitatea sintetică, un mediu în care toate obiectele din mediul unui utilizator (inclusiv cele introduse de către computer) sunt realizate fizic. Trebuie reţinut că ideea nu este de a transporta obiecte și nici nu este de a crea o compoziţie chimică a obiectelor, ci mai degrabă de a crea un artefact fizic, care va imita forma, mișcarea, aspectul vizual, sunetul și calităţile tactile ale obiectului original. Așadar, materia programabilă este un material digital propus, având calcul, detectare, acţionare și afișare ca proprietăţi continue active în toată amploarea ei. Materia programabilă ar avea multe aplicaţii interesante, cum ar fi ecrane capabile să fie vopsite, schimbarea formei roboţilor și instrumentelor, prototipare rapidă și interfeţe haptice bazate pe sculptură. Atunci, materia programabilă ar fi compusă din particulele microsistemului autonom la scară sub‐milimetrică, fără piese interne în mișcare, legate prin forţe electromagnetice sau un liant adeziv. Motivaţia în „Clatronică“ Clatronica este astfel o formă a materiei programabile care duce conceptul de roboţi modulari la o nouă extremă. Clatronica este un exemplu de materie programabilă a cărei funcţie principală este de a se organiza în forma unui obiect și de a se reda suprafaţa sa exterioară pentru a se potrivi cu aspectul vizual al acelui obiect. În sinteză, Clatronica este alcătuită din componente individuale, numite catomi – pentru atomi clatronici – care se pot deplasa în 3D (în raport cu alţi catomi), pot să adere la alţi catomi pentru a menţine o 50 technomarket – octombrie ‐ noiembrie 2017 formă 3D, și pot calcula informaţii de stare (cu posibila asistenţă din partea altor catomi în ansamblu). Deci, Clatronica combină robotica modulară, sisteme de nanotehnologie și știinţa calculatoarelor pentru a crea reproducerea dinamică 3D a informaţiilor electronice. Tehnologia hardware din spatele realităţii sintetice este Clatronica, o formă de materie programabilă care se poate organiza în forma unui obiect și să redea suprafaţa sa exterioară pentru a se potrivi cu aspectul vizual al acestui obiect. Clatronica este alcătuită din componente individuale, numite catomi – pentru atomi clatronici – care se pot deplasa în 3D (în raport cu alţi catomi), pot să adere la alţi catomi pentru a menţine o formă 3D și pot calcula informaţii de stare (cu posibila asistenţă din partea altor catomi în ansamblu). Astfel, un sistem clatronic formează o formă prin interacţiunea dintre catomii individuali. Spre, exemplu, să presupunem că se dorește să se sintetizeze o ”copie” fizică a unei persoane. Catomii vor determina, mai întâi, poziţia lor relativă și orientarea. Folosind această informaţie, aceștia ar forma apoi o reţea într‐o manieră distribuită și care se organizează într‐o structură ierarhică, atât pentru a îmbunătăţi așezarea cât și pentru a facilita sarcinile de planificare și coordonare. Obiectivul (adică imitarea unei forme umane) ar fi apoi specificat în mod abstract, probabil, ca o serie de „instantanee“ sau ca o colecţie de „forţe“ deformare virtuale, iar apoi difuzat la catomi. Compilaţia specificaţiei ar asigura apoi fiecărui catom cu un plan local, pentru realizarea formei globale dorite. La acest moment, catomii ar începe să se miște unul în jurul celuilalt, utilizând forţe generate la bord, fie în mod magnetic, fie electrostatic, și să adere unul la celălalt, folosind, de exemplu, un mecanism adeziv – fibră adeziv Nano. Astfel, catomii de pe suprafaţă, vor afișa o imagine, care redă culoarea și caracteristicile texturii obiectului sursă. În cazul în care obiectul sursă începe să se miște, o descriere concisă a mișcărilor vor fi difuzate permiţând catomilor șă își actualizeze poziţiile prin mutarea unul în jurul celulilalt. Rezultatul final este că sistemul Clatronic pare să fie un singur sistem coordonat, cu următoarele caracteristici: Obiectivele Clatronicii Unul dintre scopurile principale ale clatronicii este de a forma baza pentru un nou tip de mediu, pario. Pario, o extensie logică audio și video, este un tip de mediu folosit pentru a reproduce mutarea obiectelor 3D în lumea reală. Scopul pe termen lung al Clatronicii este de a reda artefacte fizice cu o astfel de înaltă fidelitate, încât simţurile noastre vor accepta cu

mecatronică ușurinţă reproducerea originalului. Atunci când acest obiectiv este atins, vom fi capabili sa cream un mediu, pe care il numim realitate sintetică, în care un utilizator poate interacţiona cu artefacte generate de calculator ca și în cazul în care acestea au fost lucrul real. Realitatea sintetică are avantaje semnificative faţă de realitatea virtuală sau reali ‐ tatea augmentată. De exemplu, nu este necesar ca utilizatorul să folosească orice formă de augmentare senzoriala, de exemplu, ecrane montate cap sau dispozitive de feedback haptic vor putea vedea, atinge, prinde sau chiar folosi artefactele oferite. cooperativa în ansambluri de roboţi modulari. Acest catom planar este de aproximativ 45 de ori mai mare în diametru decât catomul la scara milimetrică pentru care activitatea sa este un prototip mai mare. Acesta funcţionează pe un plan bidimensional în grupuri mici de două până la șapte module, pentru a permite cercetatorilor să înţeleagă modul în care dispozitivele micro‐electro‐mecanice se pot deplasa și comunica (fig. 2). Fig. 2 Principiul ansamblului clatronic Principiul ansamblului clatronic „Un modul robot ar trebui să includă numai o funcţionalitate suficientă pentru a contribui la funcţionalitatea dorita a ansamblului.“ Atingerea obiectivului clatronic necesită noi modalităţi de gândire cu privire la un număr masiv de unităţi de cooperare la scala milime ‐ trica. Cel mai important, cere simplificarea și reproiectarea softwareului și hardware‐ului utilizat în fiecare catom pentru a reduce complexitatea și costurile de fabricaţie și de a crește robusteţea și fiabilitatea. De exemplu, fiecare atom trebuie să coopereze cu alţii, în ansamblu pentru ca să se miște, să comunice și să obţină putere. Scalare și principii de proiectare clatronică O cerinţă fundamentală a clatronicii este că sistemul clatronic trebuie să atingă un număr foarte mare de catomi care interacţionează. În plus faţă de principiile enunţate anterior pentru proiectarea roboţilor modulari avem următoarele patru principii de proiectare: – fiecare catom ar trebui să fie de sine stătător, în sensul de a avea tot ceea ce este necesar pentru a realiza calcul, comunicare, detectie, acţionare, locomoţie și aderenţă proprie; – pentru a sprijini dirijarea eficientă a puterii și a evita o disipare a căldurii excesive, nici o putere statică nu ar trebui să fie necesară pentru aderenţă după atașare; – coordonarea catomilor ar trebui sa fie efectuată prin intermediul controlului local. În special, nici un calcul extern ansamblului nu ar trebui să fie necesar pentru executarea catomului individual; – pentru viabilitate economică, fabricare și fiabilitate, catomii ar trebui să nu conţină părţi în mișcare. Hardware ‐ ul Clatronicii Fiecare atom este o unitate de sine stătătoare, cu un CPU (procesor), un depozit de energie, un dispozitiv de reţea, un dispozitiv de ieșire video, unul sau mai mulţi senzori, un mijloc de locomoţie, precum și un mecanism pentru aderarea la alţi catomi. În stadiul actual de proiectare, hardware‐ul clatronic funcţionează de la modele macroscopice cu dispozitive care sunt mult mai mari decât roboţii modulari mici care stabilesc obiectivele acestei cercetări ingineresti. Astfel de dispozitive sunt proiectate pentru a testa concepte pentru module la scara sub‐milimetrica și pentru a elucida efectele cruciale ale forţelor fizice și electrice care afectează roboţi la scară nano (fig. 1): • dispozitiv de blocare electrostatic, este ca model un nou sistem de legare și de eliberare a legăturii dintre roboţi modulari, o conexiune care creează mișcare și transfera putere și date în timp ce utilizează un mic factor al unei forţe puternice; • catomi stocastici, care integreaza mișcare aleatorie cu obiectivele globale comunicate intr‐un limbaj simplu de calculator pentru a forma modele predeterminate, folosind o forţă naturală pentru a acţiona un dispozitiv simplu, unul care cooperează cu alţi catomi de heliu mici pentru a îndeplini un set de instrucţiuni unice. În funcţie de scala dispozitivului, acţionarea mișcării modulului poate fi creata cu diferite surse de energie, inclusiv curenţi de aer, electrostatica sau, în cazul unui studiu al fenomenului în timpul Andrew’s Leap (saltului lui Andrew), programul de îmbogăţire al Universităţii Carnegie Mellon. Din astfel de forţe, un modul derivă o mișcare iniţial, incoerenta, care cauzează contacte aleatoare cu alte module. În aceste contacte, modulul evaluează oportunitatea de a forma o conexiune cu celălalt modul. Modulul ia decizia sa prin evaluarea relaţiei formei sale în proba locatiei de contact, la obiectivul general al ansamblului pentru o formă prestabilită. Pe baza acestei evaluări, modulul fie formează o legătură, fie continuă în mișcare • Catomi de heliu gigantici, ofera o platformă mai mare, mai ușoara decât aerul, pentru a explora raportul de forţe, atunci când electrostatica are un efect mai mare decât gravitaţia pe un dispozitiv robotic, un efect simulat cu un robot modular proiectat pentru autoconstrucţia structurilor la scară macro (fig. 3). Fig. 3 Fig. 1 Hardware ‐ ul clatronic, cuprinde: • catomi planari, care testează conceptul de mișcare, fără piese de miscare și proiectarea efectorilor de forţă care creează mișcare Catomul de heliu gigant oferă cercetătorilor un instrument la scara macro pentru a investiga forţe fizice care afectează dispozitivele la scara micro. GHC a fost proiectat pentru a aproxima relaţia dintre o particula cu masa aproape de zero (sau fără greutate) și forţa câmpurilor electro‐magnetice răspândite pe suprafaţa unor astfel de particule. Astfel de studii sunt necesare pentru a înţelege influenţa tensiunilor de suprafaţă asupra ingineriei interfeţelor pentru dispozitive nanometrice. octombrie ‐ noiembrie 2017 – technomarket 51

Descarcă în format PDF - Camera de Comert si Industrie a Romaniei
Noiembrie - Decembrie 2012 [Nr. 150] - Market Watch
Citeste revista in format pdf - Saptamana Medicala
Descarca nr. 1298 - Ziarul Mara
Coperta nr. 4 CURBE - RevistaDiaspora.RO
Revista Info-AMSEM Nr. 3 / 2013
Dropia, între migrație și dispariție Dimineți cu căpriori ... - AGVPS
Nr. 3 (04) anul II / iulie-septembrie 2004 - ROMDIDAC
Revista Blu octombrie 2011 - Sensiblu
Nr. 36 / septembrie - octombrie 2013 - Mondo Trade
D Daniel Florea, un politician tânãr dar cu o experienþã ... - Obiectiv