Исследователи разрабатывают интеллектуальный материал, способный адаптировать свои физические свойства к ситуации

Представьте себе самолет, крылья которого автономно трансформируются во время полета, чтобы ограничить турбулентность и обеспечить оптимальную эффективность. Хотя на данный момент эта концепция может быть научной фантастикой, исследования группы специалистов с факультета механической и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе могут привести именно к такому применению. Они разработали интеллектуальный архитектурный материал, который может научиться регулировать жесткость соединений между своими компонентами в соответствии с окружающими ограничениями.

За исключением некоторых живых тканей, лишь немногие материалы могут автономно научиться демонстрировать желаемое поведение после длительного воздействия неожиданных сценариев нагрузки окружающей среды, отмечают исследователи в журнале Science Robotics. Еще реже встречаются материалы, которые могут продолжать демонстрировать ранее усвоенное поведение в изменяющихся условиях (например, при увеличении уровня внутренних повреждений, колебаниях внешних нагрузок и т.д.), приобретая при этом новое поведение, более подходящее для данной ситуации.

Чтобы заполнить этот пробел, исследователи разработали так называемую механическую нейронную сеть (МНС), которая может научиться регулировать жесткость связей между этими физическими компонентами так же, как искусственные нейронные сети, имитирующие человеческий мозг, регулируют свои веса. "Эта работа закладывает основу для создания искусственно интеллектуальных материалов, которые могут обучаться поведению и свойствам", — резюмируют они.

Механическая сеть, которая автоматически регулирует свою форму

Искусственные нейронные сети, которые лежат в основе многих современных моделей искусственного интеллекта, вдохновлены тем, как работают нейроны в человеческом мозге: как мозг учится новому поведению путем укрепления синаптических связей, так и искусственные нейронные сети учатся путем изменения числовых значений, представляющих эти связи. Рассматриваемая здесь механическая нейронная сеть работает по тому же принципу, за исключением того, что вес связей между нейронами заменен физическими связями различной жесткости.

"Мы предположили, что механическую сеть с физическими узлами можно обучить определенным механическим свойствам, регулируя жесткость каждого соединения", — объясняет Райан Ли, аспирант факультета механической и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета и первый автор исследования. Другими словами, вместо обработки цифровых данных МНС обрабатывает приложенные к нему силы, соответствующим образом скручиваясь и изменяя свою форму. "Если МНС поврежден, вырезан, чтобы занять другой объем, или закреплен по-другому, он может заново научиться ранее освоенным формам поведения и приобретать новые по мере необходимости", — говорится в статье команды.

Чтобы реализовать эту концепцию на практике, Ли и его коллеги сначала построили компьютерную модель этой механической сети: они определили желаемую форму и входные силы, а затем, используя алгоритм, отрегулировали напряжения соединений так, чтобы входные силы создавали желаемую форму.

В итоге они построили массив размером примерно 45 на 60 сантиметров, состоящий из 21 регулируемой электромеханической пружины, расположенных в треугольной форме - что оказалось наилучшей формой для достижения всех желаемых конфигураций. Соединения имеют длину около 15 сантиметров; каждое из них оснащено небольшим линейным двигателем, который может изменять его жесткость. Материал "получает свои свойства в основном от геометрии и специфических характеристик своей конструкции, а не от того, из чего он сделан", — говорит Ли.

Как только сеть была обучена - то есть жесткость связей была отрегулирована таким образом, чтобы она могла выполнять ряд задач - материал смог обучаться и менять форму в зависимости от приложенных к нему сил. Таким образом, он мог адаптироваться к любым изменяющимся или неизвестным условиям.

По мнению Ли, такой материал идеально подходит для проектирования крыла самолета: перед лицом накапливающихся внутренних повреждений, изменений в способе крепления крыла к фюзеляжу или неожиданного порыва ветра механическая нейронная сеть будет соответствующим образом укреплять свои связи; крыло будет становиться прочнее со временем (и регулировками); а самолет будет достигать большей эффективности и маневренности по мере накопления опыта полетов.

"Этот тип материала может иметь далеко идущие применения для долговечности и эффективности построенных сооружений", — сказал Ли. Можно не только повысить прочность крыла самолета, но и продвинуться на шаг вперед, обучив МНС полностью изменять форму конструкции, если это необходимо для поддержания максимальной энергоэффективности.

Этот прототип является лишь доказательством концепции, чтобы продемонстрировать потенциал МНС. Теперь команда хотела бы адаптировать свою сеть к 3D, поскольку компьютерное моделирование показало, что 3D-сети обладают гораздо большей способностью к обучению и адаптации (благодаря большему количеству связей). Но на данный момент используемые механизмы слишком сложны, чтобы их можно было перенести в 3D, говорит исследователь.
Источник

И можно будет, наконец, создавать прикольные механизмы, которые мы видели только в фильмах?

Просмотр доступен только для зарегистрированных пользователей

Насколько я понимаю, "адаптировать свои физические свойства к ситуации" это не "крылья становятся прочнее со временем", а крылья становятся плавниками вдруг чего.

aiwalev
современная наука и техника должна изгаляться на потребу понимания домохозяйными блондинками, чтобы существовать
главная задача - набраться лексикона популярных словечек для пущей понятийности а ля происходящего с целью ощущения эффекта причастности к действу "интеллекта-бионики и, наоборот"

Михаил писал(а):

aiwalev
современная наука и техника должна изгаляться на потребу понимания домохозяйными блондинками, чтобы существовать
главная задача - набраться лексикона популярных словечек для пущей понятийности а ля происходящего с целью ощущения эффекта причастности к действу "интеллекта-бионики и, наоборот"

Да даже у домохозяйных блондинок должен возникнуть закономерный вопрос по поводу "крыло будет становиться прочнее со временем" или "можно повысить прочность крыла". А зачем ждать столько времени и нельзя сделать эту прочность сразу.
Наверное имелось ввиду сохранение достаточной прочности при изменении конструкции.

aiwalev
а это

ну это как самозкручивающиеся болты )
и самозастывающий бетон

Михаил писал(а):

aiwalev
а это

ну это как самозкручивающиеся болты )
и самозастывающий бетон

Про бетон не знаю. Я как плотник-бетонщик, в своей жизни встречался с бетоном который застывал всегда сам.
Но вот про самозатягивающуюся резину читал. Еще во времена Великой отечественной ею покрывали внутреннюю поверхность бензобаков, чтобы ликвидировать неизбежные пробои от пуль.
Отверстия затягивались, но исключиительно за счет "потери прочности" резинового слоя.

Добавлено спустя 5 минут 9 секунд:

Насколько я понимаю, когда говорится о крыле самолета, то имеется ввиду нечто подобное: при отрыве куска, крыло изменяет форму чтобы компенсировать эффект этого отрыва.
Либо изменение парусности крыльев при ураганном ветре. Но, имхо, ценою этих возможностей будет потеря общей прочности.

Добавлено спустя 2 минуты 9 секунд:

В принципе и испытание такого очевидно: скатать материал в ядро и пульнуть как из пушки.
Если в полете превратится в планер, то ценная вещь.

Почему-то мне вспомнилась неньютоновская жидкость, которая приспосабливается к удару

trunk_85 писал(а):

неньютоновская жидкость, которая приспосабливается к удару

как интересно
https://topwar.ru/73725-nenyutonovskaya-zhidkost-v-kachestve-broni.html
совершенно не знал

Добавлено спустя 3 минуты 48 секунд:

Цитата:

В конце XVII века Исаак Ньютон обратил внимание, что быстро грести вёслами гораздо тяжелее, нежели если делать это медленно[источник не указан 1944 дня]. Он сформулировал закон, согласно которому при сдвиговых течениях касательные напряжения между слоями жидкости увеличиваются пропорционально относительной скорости движения соседних слоёв (оригинальная формулировка Ньютона в переводе А. Н. Крылова: «Сопротивление, происходящее от недостатка скользкости жидкости, при прочих одинаковых условиях предполагается пропорциональным скорости, с которой частицы жидкости разъединяются друг от друга»). Ньютон дополнительно обратил внимание на особенности жидкостей, когда пытался моделировать движение планет Солнечной системы посредством вращения цилиндра, изображавшего Солнце, в воде. Если поддерживать вращение цилиндра, то постепенно вращение передаётся всей массе жидкости. Впоследствии для описания подобных свойств жидкостей стали использовать термины «внутреннее трение» и «вязкость», получившие одинаковое распространение.

Эти работы Ньютона положили начало изучению вязкости и реологии (раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества).

aiwalev писал(а):

Михаил писал(а):

aiwalev
а это

ну это как самозкручивающиеся болты )
и самозастывающий бетон

Про бетон не знаю. Я как плотник-бетонщик, в своей жизни встречался с бетоном который застывал всегда сам.
Но вот про самозатягивающуюся резину читал. Еще во времена Великой отечественной ею покрывали внутреннюю поверхность бензобаков, чтобы ликвидировать неизбежные пробои от пуль.
Отверстия затягивались, но исключиительно за счет "потери прочности" резинового слоя.

Добавлено спустя 5 минут 9 секунд:

Насколько я понимаю, когда говорится о крыле самолета, то имеется ввиду нечто подобное: при отрыве куска, крыло изменяет форму чтобы компенсировать эффект этого отрыва.
Либо изменение парусности крыльев при ураганном ветре. Но, имхо, ценою этих возможностей будет потеря общей прочности.

Добавлено спустя 2 минуты 9 секунд:
сомневаюсь что у современных самолетов есть проблема с потерей кусков крыльев, что бы их восстанавливать. а вот изменение профиля крыла под разные режимы полетов вполне может быть.

Лучше бы с очков начали, чтоб с переменным фокусным расстоянием, в зависимости от направления взгляда

А может, лучше довести до ума очки с автофокусом (https://scientificrussia.ru/articles/sozdan-prototip-umnyh-ochkov-s-avtofokusom)? А то малость утомили виртуальные решения виртуальных проблем.

Крылья никуда не становятся, в крыльях топливные баки.

Подумаешь, изобретение.
У меня молоток мягкий пока его не пощупать или не начать забивать гвозди. Кто может доказать обратное?

Когда там восстание машин?