Yeni bir malzeme türü, değişken sertlikteki bağlantılara sahip benzersiz kafes yapısı sayesinde beklenmedik kuvvetlerle başa çıkma yeteneğini öğrenebilir ve geliştirebilir. yeni bir makalede açıklanan meslektaşlarım ve ben tarafından.
Yeni malzeme, özelliklerini yapıldığı şeyden ziyade geometrisinden ve tasarımının belirli özelliklerinden alan bir tür mimari malzemedir. Örneğin Velcro gibi cırt cırtlı kumaş kapamaları alın. Pamuktan, plastikten veya başka bir maddeden yapılmış olması önemli değil. Bir tarafı sert kancalı, diğer tarafı kabarık ilmekli bir kumaş olduğu sürece malzeme Velcro'nun yapışkan özelliklerine sahip olacaktır.
Meslektaşlarım ve ben yeni materyalimizin mimarisini yapay sinir ağının mimarisine dayandırdık; yani birbirine bağlı düğüm katmanları görevleri yapmayı öğren her bağlantıya ne kadar önem veya ağırlık verdiklerini değiştirerek. Fiziksel düğümlere sahip mekanik bir kafesin, her bağlantının sertliğini ayarlayarak belirli mekanik özellikleri alacak şekilde eğitilebileceğini varsaydık.
Mekanik bir kafesin yeni özellikleri (yeni bir şekil almak veya yön kuvvetini değiştirmek gibi) benimseyip koruyamayacağını öğrenmek için bir bilgisayar modeli oluşturarak başladık. Daha sonra hem malzeme hem de giriş kuvvetleri için istenen şekli seçtik ve giriş kuvvetlerinin istenen şekli üretebilmesi için bir bilgisayar algoritmasının bağlantıların gerilimlerini ayarlamasını sağladık. Bu eğitimi 200 farklı kafes yapısı üzerinde yaptık ve test ettiğimiz tüm şekilleri elde etmede üçgen kafesin en iyi yöntem olduğunu gördük.
Birçok bağlantı bir dizi görevi gerçekleştirmek üzere ayarlandığında, malzeme istenilen şekilde tepki vermeye devam edecektir. Eğitim bir anlamda malzemenin yapısında hatırlanır.
Daha sonra üçgen bir kafes şeklinde düzenlenmiş ayarlanabilir elektromekanik yaylara sahip fiziksel bir prototip kafes oluşturduk. Prototip 6 inçlik bağlantılardan yapılmıştır ve yaklaşık 2 fit uzunluğunda ve 1½ fit genişliğindedir. Ve işe yaradı. Kafes ve algoritma birlikte çalıştığında, malzeme farklı kuvvetlere maruz kaldığında belirli şekillerde öğrenip şeklini değiştirebildi. Bu yeni malzemeye mekanik sinir ağı diyoruz.
Neden Önemlidir
bazılarının yanı sıra canlı dokularçok az malzeme beklenmedik yüklerle daha iyi başa çıkmayı öğrenebilir. Aniden sert bir rüzgara yakalanan ve beklenmedik bir yöne doğru zorlanan bir uçak kanadını hayal edin. Kanat bu yönde daha güçlü olacak şekilde tasarımını değiştiremez.
Tasarladığımız prototip kafes malzemesi değişen veya bilinmeyen koşullara uyum sağlayabilmektedir. Örneğin bir kanatta bu değişiklikler, iç hasarın birikmesi, kanadın uçağa bağlanma biçimindeki değişiklikler veya dalgalanan dış yükler olabilir. Mekanik sinir ağından yapılmış bir kanat bu senaryolardan birini her deneyimlediğinde, yön gücü gibi istenen nitelikleri korumak için bağlantılarını güçlendirip yumuşatabiliyordu. Zamanla, algoritma tarafından yapılan ardışık ayarlamalar yoluyla kanat yeni özellikleri benimser ve korur, her davranışı bir tür kas hafızası olarak geri kalanına ekler.
Bu tür malzeme, inşa edilmiş yapıların uzun ömürlülüğü ve verimliliği açısından geniş kapsamlı uygulamalara sahip olabilir. Mekanik sinir ağı malzemesinden yapılmış bir kanat yalnızca daha güçlü olmakla kalmaz, aynı zamanda etrafındaki değişen koşullara yanıt olarak yakıt verimliliğini en üst düzeye çıkaracak şekillere dönüşecek şekilde de eğitilebilir.
Hala Bilinmeyenler
Şu ana kadar ekibimiz yalnızca 2 boyutlu kafeslerle çalıştı. Ancak bilgisayar modellemeyi kullanarak 3 boyutlu kafeslerin öğrenme ve uyum sağlama konusunda çok daha büyük bir kapasiteye sahip olacağını tahmin ediyoruz. Bu artışın nedeni, 3 boyutlu bir yapının birbirleriyle kesişmeyen onlarca kat daha fazla bağlantıya veya yaylara sahip olabilmesidir. Ancak ilk modelimizde kullandığımız mekanizmalar, büyük bir 3 boyutlu yapıda desteklenemeyecek kadar karmaşıktır.
Sıradaki ne
Meslektaşlarımla birlikte oluşturduğumuz materyal, konseptin bir kanıtıdır ve mekanik sinir ağlarının potansiyelini göstermektedir. Ancak bu fikri gerçek dünyaya taşımak, bireysel parçaların nasıl daha küçük ve hassas esneklik ve gerilim özelliklerine sahip hale getirileceğini bulmayı gerektirecektir.
Yeni araştırmaların yapılmasını umuyoruz mikron ölçeğinde malzeme üretimiüzerinde çalışmanın yanı sıra ayarlanabilir sertliğe sahip yeni malzemeler, mikron ölçekli öğelere ve yoğun 3 boyutlu bağlantılara sahip güçlü akıllı mekanik sinir ağlarını yakın gelecekte her yerde bulunan bir gerçeklik haline getirecek ilerlemelere yol açacaktır.
Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.
Resim Kredi: UCLA'da Esnek Araştırma Grubu
