Nowe metody matematyczne pozwolą zbudować lepsze roboty

Nowe metody matematyczne pozwolą zbudować lepsze roboty

Inżynierowie mechaniki i budownictwa stworzyli nową, matematyczną metodę projektowania ulepszonych struktur, mechanizmów i manipulatorów robotów.

Inżynierowie budowlani projektują struktury takie jak budynki i mosty przy użyciu formuł matematycznych oraz twierdzeń zaczerpniętych ze statyki. Z kolei inżynierowie mechaniki, projektujący roboty i różnorodne mechanizmy korzystają z twierdzeń zawartych w takich dziedzinach jak kinematyka i dynamika.

Niedawno inżynierowie mechaniki z Purdue University oraz inżynierowie budowlani z Tel Aviv University z Izraela stworzyli nowe twierdzenia, który doskonalą proces projektowania, poprzez połączenie matematyki z kinematyką i statyką.

Gordon R. Pennock z Uniwersytetu Purdue powiedział, że nowe twierdzenia są zapisane zrozumiałym językiem a dotyczą połączonych osiągnięć kinematyki i statyki z wykorzystaniem metod matematycznych. W praktyce twierdzenia te pozwolą inżynierom projektować udoskonalone struktury i sprawniejsze mechanizmy.

Tzw. podwójne twierdzenia jakie zostały stworzone umożliwiają inżynierom budownictwa zaprojektować struktury które lepiej będą znosić działanie sił i momentów, również tych wynikających np. z trzęsień ziemi.

Dodatkowo twierdzenia te mogą być wcielone do oprogramowania używanego w procesach projektowych – w efekcie powstaną bardziej inteligentne programy, które będą mogły być wykorzystane przez inżynierów mechaniki i budownictwa do tworzenia udoskonalonych mechanizmów i struktur – powiedział Pennock. Oprogramowanie takie pozwoliłoby przewiedzieć potencjalnie wadliwe projekty.

Matematyka połączona z kinematyką obejmuje obszar badań wynikających z prędkości i przyspieszenia wywołanych ruchem. Z drugiej strony, struktury statyczne z natury są zaprojektowane do zajmowania stabilnej pozycji przez cały czas, jednak struktury te pod wpływem nieprzewidzianej zmiany położenia mogą stać się zagrożeniem. Połączenie matematyki z kinematyką i statyką dostarcza najlepszych rozwiązań z tychże dziedzin, umożliwiając inżynierom zaprojektowanie doskonalszych i stabilniejszych mechanizmów i struktur wytrzymujących wszelkiego typu obciążenia wynikając z sił pochodzących z ruchu.

Inżynierowie budownictwa wykorzystują w pracy matematykę sił i momentów, zaś inżynierowie mechaniki „używają” matematyki prędkości i przyspieszenia – powiedział Pennock, dodając, że w rzeczywistości te dwie koncepcje są analogiczne, co zostało przez naukowców udowodnione.

Dzięki podwójnym twierdzeniom będzie możliwe zbudowanie tzw. wieloplatformowego robota, działającego nawet po uszkodzeniu. Obecne roboty posiadają jedną platformę – większa liczba platform pozwoli zwiększyć ich funkcjonalność – stwierdził Pennock.

Jednym z przykładów jest robot sferyczny zawierający trzy zakrzywione płytki zagnieżdżone jedna w drugiej. Taka struktura może być użyteczna w aplikacjach kosmicznych, gdzie sprawdziłaby się jako urządzenie kompaktowe zdolne do rozbudowania się do większych struktur, takich jak np. anteny. Innym przykładem jest dwunastonożny robot posiadający dwie platformy: jedną niższą z sześcioma nogami opierającymi się o podłożę i drugą wyższą, w której 4 nogi opierają się o podłoże, a pozostałe 2 o niższą platformę.

Podwójne twierdzenia pozwolą inżynierom zapewnić takim robotom wieloplatformowym stabilność dla wielu konfiguracji.