Älykkäästi reagoivaa materiaalia

Kalifornia Los Angelesin yliopiston koneinsinöörit ovat luoneet uuden luokan materiaalia, joka voi oppia käyttäytymistä ajan mittaan ja kehittää oman "lihasmuistin", mikä mahdollistaa reaaliaikaisen sopeutumisen muuttuviin ulkoisiin voimiin.

Materiaali koostuu järjestelmästä, jonka säädettävät osat voivat muuttaa muotoaan ja käyttäytymistään dynaamisten olosuhteiden mukaan.

"Tämä tutkimus esittelee tekoälymateriaalin, joka voi oppia esittämään haluttuja käyttäytymismalleja ja ominaisuuksia altistuessaan ympäristön olosuhteille", sanoo professori Jonathan Hopkins. "Samoja perusperiaatteita, joita käytetään koneoppimisessa, käytetään antamaan tälle materiaalille sen älykkäät ja mukautuvat ominaisuudet."

Kun materiaalia käytetään esimerkiksi lentokoneen siivissä, se voi oppia muuntamaan siipien muotoa lennon aikana tuulen muutosten mukaan parantaakseen koneen tehokkuutta ja ohjattavuutta. Tämä materiaali voi myös säätää omaa jäykkyyttääm tietyillä rakennustekniikan alueilla lisätäkseen yleistä vakautta maanjäristyksen tai muiden luonnon tai ihmisen aiheuttamien katastrofien aikana.

Ryhmän luoma mekaaninen neuroverkko (MNN) koostuu yksilöllisesti viritettävistä palkeista. Ne ovat varustettu kaiutinkelalla, venymäantureilla ja taivutusrakenteilla, joiden avulla se voi muuttaa pituutta, mukautua muuttuvaan ympäristöönsä reaaliajassa ja olla vuorovaikutuksessa järjestelmän muiden palkkien kanssa.

Kaiutinkela käynnistää hienosäädetyn puristuksen tai laajennuksen vasteena palkkiin kohdistuviin uusiin voimiin. Venymäanturi kerää tietoa palkin liikkeestä, jota sitten algoritmi käyttää opitun mukaiseen ohjaamiseen.

Järjestelmän varhaisissa prototyypeissä oli viive käytetyn voimasyötteen ja MNN-vasteen lähdön välillä, mikä vaikutti järjestelmän yleiseen suorituskykyyn. Ongelman ratkaisuun ryhmä käytti yrityksen ja erehdyksen menetelmää viiden vuoden ajan.

Tällä hetkellä järjestelmä on suunnilleen mikroaaltouunin kokoinen, mutta tutkijat suunnittelevat yksinkertaistavansa MNN:n suunnittelua niin, että tuhansia verkkoja voidaan valmistaa mikromittakaavassa 3D-hilojen sisällä käytännön materiaalisovelluksiin.

Sen lisäksi, että materiaalia käytettäisiin ajoneuvoissa ja rakennusmateriaaleissa, tutkijat ehdottavat, että MNN:itä voitaisiin sisällyttää myös panssariin iskuaaltojen suunnan muuntamiseen tai akustisiin kuvantamistekniikoihin ääniaaltojen valjastamiseksi.

Aiheesta aiemmin: