211service.com
Programmeerbaar materiaalalgoritme lost universeel coatingprobleem op
De wereld zit vol met complexe constructies zoals bruggen, wegen, windturbines, elektriciteitscentrales, enzovoort, die zorgvuldig moeten worden gecontroleerd om hun integriteit te waarborgen.
Tegenwoordig moet veel van dit werk door ingenieurs ter plaatse worden gedaan. Dat is niet zo eenvoudig voor objecten die honderden of zelfs duizenden kilometers omspannen, zoals wegen, of afgelegen constructies zoals offshore windturbines.
Dus een manier om dit op afstand te doen zou enorm waardevol zijn. Het vereist duidelijk een soort onafhankelijke sensor die de vereiste eigenschap kan meten, zoals temperatuur of zuurgraad, of barsten, enzovoort.
En inderdaad zijn er talloze gadgets om dit te doen. Optische vezels die zijn bevestigd aan of ingebed in objecten kunnen bijvoorbeeld de krachten meten die erop werken en sensoren die aan deze vezels zijn bevestigd, kunnen de temperatuur, zuurgraad enzovoort bewaken.
Maar dit soort sensoren bieden geen wereldwijde dekking - ze kunnen je op geen enkel punt op het object de temperatuur vertellen. Daarvoor heb je iets ambitieuzers nodig.
De droom zou zijn om een slimme coating te hebben die dit werk doet. Dit zou een programmeerbaar materiaal zijn dat een object volledig in een dunne laag bedekt. Het zou minuscule deeltjessensoren bevatten die informatie over het oppervlak verzamelen, zoals de temperatuur, en deze doorgeven aan hun naaste buren.
Terwijl wiskundigen lang hebben nagedacht over de eigenschappen van programmeerbare materialen, is één vraag hen tegengevallen. Is het mogelijk om met een slimme coating de temperatuur op een willekeurig punt op een willekeurig object te bepalen, ook al hebben de sensoren geen kennis van de algehele geometrie?
Vandaag krijgen we een antwoord op deze vraag dankzij het werk van Zahra Derakhshandeh aan de Arizona State University in Tempe en een paar vrienden. Ze hebben een reeks algoritmen ontwikkeld die het wiskundige raamwerk bieden waarmee deze deeltjes dit probleem kunnen oplossen.
Om dit te laten werken, moeten de fijnstofsensoren en de coating bepaalde eigenschappen hebben. Derakhshandeh en co zeggen dat de sensoren in staat moeten zijn om binnen het oppervlak te bewegen en communicatiebanden met hun naaste buren te maken en te verbreken. Het object moet een geometrie hebben die een uniforme coating mogelijk maakt.
Onder die omstandigheden zeggen Derakhshandeh en co dat hun raamwerk functioneert als een universeel coatingalgoritme voor programmeerbare materie. De deeltjes hoeven maar een beperkt geheugen te hebben, communiceren alleen over korte afstanden en zijn volledig anoniem, met andere woorden, ze zijn allemaal equivalent.
Dat is merkwaardig werk dat op een dag zou kunnen leiden tot enkele nuttige toepassingen voor monitoring op afstand.
Er is echter nog werk aan de winkel. Gezien de taak om een eigenschap van het materiaal op een specifiek punt te meten, is een belangrijk probleem hoe snel het algoritme dit kan doen. Om daar achter te komen, stelt het team voor om het algoritme te testen in een simulatie of met echte programmeerbare materie. Het zal interessant zijn om te zien hoe het hen vergaat.
Een ander belangrijk probleem is de energie-efficiëntie van dit soort programmeerbare materie. Wat voor communicatie-overhead brengt het coatingprobleem met zich mee en zou de energie hiervoor mogelijk uit de omgeving gehaald kunnen worden?
Het is nog te vroeg voor programmeerbare materie en voor een universele coating. Maar de besparingen die de algoritmen van Derakhshandeh en co kunnen opleveren, zijn aanzienlijk, gezien de kosten van bijvoorbeeld het monitoren en onderhouden van offshore windturbines. Dat alleen al zou voor de toekomst verdere belangstelling voor dit onderwerp moeten garanderen.
Referentie: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Universele coating voor programmeerbare materie