Pasivaikščiojimas su kava yra tai, ką dauguma iš mūsų daro kiekvieną dieną, negalvodami apie tai, koks yra balansavimo veiksmas. Tiesą sakant, yra daug fizikos, kuri neleidžia kavai nutekėti.

Kava, termiškai dirginantis skystis puodelyje, turi vidinius laisvės laipsnius, kurie sąveikauja su puodeliu ir savo ruožtu sąveikauja su žmogaus laikikliu.

„Nors žmonės turi natūralų ar talentingą gebėjimą sąveikauti su sudėtingais objektais, mūsų supratimas apie šią sąveiką, ypač kvantiniu lygmeniu, yra artimas nuliui“,-sakė Arizonos valstijos universiteto profesorius Ying-Cheng Lai, elektrotechnikos profesorius Arizonos valstijoje. Universitetas. . „Mes neturime sąmoningų galimybių analizuoti išorinių veiksnių, tokių kaip triukšmas ar klimatas, poveikio mūsų sąveikai“.

Tačiau šių išorinių veiksnių supratimas yra pagrindinė problema tokiose taikomosiose srityse kaip minkšta robotika.

„Pavyzdžiui, kuriant protingą protezavimą tampa vis svarbiau sukurti natūralius lankstumo modelius, imituojančius natūralų žmogaus galūnių judesį“, – sakė Brentas Wallace’as, buvęs „Lai’s“ bakalauro studentas, dabar Arizonos doktorantas. Valstijos universitetas. a. Fultono inžinerijos kolegijos. „Šie patobulinimai daro protezą patogesnį ir natūralesnį vartotojui.”

Pasak Lai, galima įsivaizduoti, kad netolimoje ateityje robotai bus dislokuoti įvairiose programose, kad pristatytų ar valdytų sudėtingus objektus, kuriems reikalingas toks koordinavimas ir judesių kontrolė, kokią daro žmonės.

Jei robotas skirtas vaikščioti palyginti trumpu žingsniu, leidžiami gana dideli ėjimo tempo skirtumai. Tačiau, jei norite žengti ilgesnį žingsnį, vaikščiojimo dažnumą reikia pasirinkti atidžiai.

Buvo išleistas naujas dokumentas Taikyta fizinė peržiūra, „Vienalaikis perėjimas sudėtingame objektų valdymeAš užaugau su Wallace’u kaip jo pirmojo elektros inžinerijos projektavimo projekto dalis, kuriai vadovavo Lai. Wallace gavo NSF absolventų stipendiją ir dabar yra Arizonos valstijos universiteto Elektros, kompiuterių ir energetikos inžinerijos mokyklos doktorantė.

Arizonos valstijos universiteto komandos tyrimas išplėtė novatorišką hipotetinį bandomąjį tyrimą, kurį neseniai atliko Šiaurės rytų universiteto mokslininkai, naudodamiesi kavos puodelio laikymo ir ridenamo rutulio pridėjimo modeliu, kad ištirtų, kaip žmonės elgiasi su sudėtingu objektu. Dalyviai sąmoningai ritmingai pasuko taurę, galėdami keisti jėgą ir dažnį, kad kamuolys liktų sulaikytas.

Šiaurės rytų tyrimas parodė, kad dalyviai linkę rinktis žemą arba aukštą dažnį strategija– ritminis taurės judesys – susidoroti su sudėtingu objektu.

Įspūdinga išvada buvo ta, kad naudojant žemo dažnio strategiją, virpesiai atsiranda sinchronizuojant fazes, tačiau priešfazinė sinchronizacija atsiranda naudojant aukšto dažnio strategiją.

„Kadangi žemi ir aukšti dažniai yra veiksmingi, galima įsivaizduoti, kad kai kurie hipotetinio eksperimento dalyviai pakeitė strategijas“, – sakė Wallace. „Tai kelia klausimų.

„Kaip vyksta perėjimas nuo fazių sinchronizavimo, susijusio su žemo dažnio strategija, prie anti-sinchronizavimo, susijusio su aukšto dažnio strategija, arba atvirkščiai?“,-klausė Wallace. „Ar parametrų erdvėje ribos tarp fazių sinchronizavimo ir antifazių sinchronizavimo sistemų yra aštrios, laipsniškos ar sudėtingos?”

Arizonos valstijos universiteto tyrimų grupė, paskatinta Wallace’o smalsumo, ištyrė perėjimą tarp fazių sinchronizavimo ir antifazių sinchronizavimo, naudodamas netiesinį dinaminį švytuoklės modelį, pritvirtintą prie judančio vežimėlio, veikiamo išorinės periodinės įtakos.

Mokslininkai nustatė, kad silpnos įtakos sistemoje dėl išorinio vairavimo dažnio kitimo perėjimas yra staigus ir vyksta rezonansiniu dažniu, kurį galima visiškai suprasti naudojant linijinių sistemų valdymo teoriją.

Už šios sistemos ribų atsiranda pereinamasis laikotarpis tarp fazių sinchronizavimo ir priešinchronizavimo, kai vežimėlio ir švytuoklės judesiai nėra sinchronizuojami. Taip pat buvo nustatyta, kad žemo dažnio pusėje pereinamasis regionas ir šalia jo yra stabilus.

Apskritai rezultatai rodo, kad žmonės gali staigiai ir efektyviai pereiti nuo vieno sinchroninio pritraukėjo prie kito – mechanizmo, kurį galima panaudoti kuriant protingus robotus, kad jie galėtų prisitaikyti prie sudėtingų objektų kintančioje aplinkoje.

„Gali būti, kad žmonės gali subtiliai naudoti tiek etapines, tiek priešfazines strategijas ir sklandžiai pereiti nuo vienos strategijos prie kitos, galbūt net to nesuvokdami. Šio tyrimo rezultatai gali būti panaudoti šiems žmogaus įgūdžiams pritaikyti minkštoje robotikoje naudojant programas kitose srityse, tokiose kaip reabilitacija ir smegenų ir mašinos sąveika.

Be to, tokios paprastos užduotys kaip laidų įvedimas į automobilio kėbulą surinkimo linijoje – ką žmonės lengvai atlieka – vis dar toli gražu nėra tobulesnės mašinos.

„Sistemingas kiekybinis žmonių supratimas apie tai, kaip žmonės dinamiškai sąveikauja su aplinka, visam laikui pakeis mūsų pasaulio kūrimo būdą ir gali iš esmės pakeisti protingo protezavimo dizainą ir atvers naują gamybos ir automatizavimo erą“, – sakė Wallace. „Dinamiškai imituodami palankų žmonių elgesį sprendžiant sudėtingus dalykus, mes galėsime automatizuoti procesus, kurie anksčiau buvo manomi neįmanomi“.