Через несколько секунд из кадки с "песком", как по волшебству, можно будет вынуть полноразмерную деталь. Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) воплощают подобные мечты в реальность.
Конечно, песок в данном случае будет совсем не обычный. Каждой его "песчинкой" станут миниатюрные роботы-кубики. Называть их роботами, в традиционном понимании, можно весьма условно. Однако конструкция из мини-кирпичиков будет обладать общим "интеллектом" и в будущем послужит для облегчения производственных процессов.
На сегодняшний день исследователи из Лаборатории распределённых робототехнических систем (Distributed Robotics Laboratory) собрали 30 "песчинок" в виде кубиков со стороной в один сантиметр и программное обеспечение, которое их собирает в единое целое.
Поясним. На четырёх сторонах каждого кубика закреплено по одному так называемому электроперманентному магниту, который позволяет "песчинкам" прилипать друг к другу. В отличие от обычных магнитов, эти можно по желанию включать и выключать, при этом, теперь уже в отличие от электромагнитов, им не требуется постоянно протекающий электрический ток, чтобы оставаться активными.
Внутрь каждого куба также помещён микропроцессор, который определяет, какие магниты должны быть включены и когда. Каждый процессор пока может хранить не более 32 килобайтов кода и обладает только двумя килобайтами оперативной памяти.
По этой причине алгоритм, обсчитывающий процесс соединения кубиков в общую конструкцию, должен быть простым. Учёные справились с этой задачей, воспользовавшись методом "вычитания": модули не добавляются друг к другу при сборке фигуры, а наоборот, от общей слипшейся кучи отваливаются все лишние "кирпичики".
На начальном этапе кубики-песчинки облепляют объект, который они должны скопировать. "Модули проверяют, есть ли у них соседи. Каждый кубик, у которого не хватает соседей (на гранях или на рёбрах), "предполагает", что он может находиться на границе копируемой формы. Так они определяют форму облепленного предмета", — рассказывает аспирант Кайл Джилпин (Kyle Gilpin).
Далее "кирпичики" пересылают друг другу сигналы на какое-то определённое расстояние, чтобы создать из других "песчинок" очертания копируемого объекта. Затем, если первоначальный предмет нужно увеличить в пять раз ("песок" должен собрать фигуру в пять раз больше оригинала), кубики автоматически "умножают" себя на пять.
После этого система ещё раз определяет границы новой формы, информирует всех "участников" и получает подтверждение их статуса. В результате все кубики, входящие в полученную фигуру, остаются на месте, а остальные отсоединяются. Все магнитные связи с ненужными более составляющими разрываются. "В результате остаётся только та форма, которую необходимо было воспроизвести", — комментирует Джилпин.
В ближайшем будущем инженеры MIT планируют уменьшить размеры кубиков "самосборного песка". Кроме того, им необходимо научиться создавать объёмные копии предметов. Пока ограничение накладывает доступный внутренний объём кубика – ещё два магнита просто не помещаются. На их месте сейчас располагаются микропроцессор и схема, регулирующая подачу энергии. В то же время компьютерное моделирование показывает, что алгоритм будет работать и в 3D – кубики будут отделяться от соседей сверху и снизу.
"Мы хотим, чтобы у нас был пакет с материалом, который может принять любую форму по желанию. Представим, что вы остались один и вам нужен какой-то предмет. Вы говорите об этом вашему мешку, трясёте его некоторое время и затем достаёте из него увеличенную копию предмета, который будет пригоден для использования", — рассказывает Кайл.
После использования "умный песок" можно снова превратить в бесформенную кучу, которая будет использована для создания следующего необходимого предмета.
Конечно, для реализации этого почти фантастического сценария понадобятся годы работы. (Учёные предполагают, что первый продукт выйдет на рынок никак не раньше, чем через десять лет.)
"Пройдёт не два года и даже не пять лет. Но, когда такой продукт появится, мы сможем конкурировать с традиционными процессами производства вещей", — подводит итог Джилпин.
Более подробно о своей разработке американские инженеры планируют рассказать на международной конференции по робототехнике и автоматизации ICRA 2012, которая пройдёт в штате Миннесота в середине мая 2012 года.
Главные темы