Un algoritmo che modella gli oggetti per farli rotolare giù dalle rampe seguendo il percorso desiderato

Rapporto del 12 agosto 2023

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di Bob Yirka, Phys.org

Un team di fisici e matematici del Centro per la materia morbida e vivente dell'Istituto per le scienze di base, in Corea del Sud, in collaborazione con un collega dell'Università di Ginevra, ha sviluppato un algoritmo che può essere utilizzato per trovare la forma di un oggetto da causare farlo rotolare giù da una rampa seguendo il percorso desiderato.

Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature, il gruppo descrive come hanno sviluppato il loro algoritmo e i possibili usi per esso. Elisabetta Matsumoto e Henry Segerman rispettivamente del Georgia Institute of Technology e dell'Oklahoma State University, hanno pubblicato un articolo News & Views nello stesso numero della rivista che delinea il lavoro svolto dal team su questo nuovo sforzo.

In questo nuovo sforzo, il gruppo di ricerca ha iniziato con un puzzle interessante, che inizia immaginando una sfera che rotola giù da una rampa. Se si immagina che la sfera sia fatta di argilla, può essere manipolata (deformata) mentre rotola per renderla conforme a un determinato percorso.

Se poi la sfera viene fatta rotolare nuovamente lungo la rampa, seguirà il percorso precedente a causa delle nuove deformità della sua forma. I ricercatori hanno notato che i percorsi che potrebbero essere seguiti dalla sfera potrebbero essere quasi illimitati a causa delle deformazioni quasi illimitate possibili.

Questa consapevolezza li ha portati a chiedersi se le deformazioni che si formano in tale sfera potessero essere correlate matematicamente con il suo percorso. E se così fosse, se tale matematica potesse essere utilizzata per creare un algoritmo che potrebbe essere utilizzato per stampare in 3D una sfera con deformazioni che la costringerebbero a seguire un percorso predeterminato.

Si è scoperto che la risposta ad entrambe le domande era sì. Il team ha utilizzato principi matematici e fisici per creare formule che descrivessero le deformazioni di un dato oggetto che avrebbero portato l'oggetto a seguire un percorso desiderato lungo un piano inclinato. Hanno quindi creato un programma per computer che potrebbe essere utilizzato per creare un oggetto del genere nel mondo reale, utilizzando la stampa 3D.

Il team ha chiamato gli oggetti traiettorie. Ciascuno aveva un solido cuscinetto a sfere di metallo all'interno per dargli peso. Hanno anche scoperto che potevano creare traiettorie che percorrevano due volte un dato percorso e le hanno chiamate "traiettorie a due periodi".

Il gruppo di ricerca suggerisce che le loro formule e il loro algoritmo potrebbero essere utilizzati nelle applicazioni di robotica e anche nella ricerca fisica associata al momento angolare di un elettrone, o nella ricerca quantistica incentrata sullo studio dell’evoluzione di un bit quantistico.

Maggiori informazioni: Yaroslav I. Sobolev et al, Traiettoidi di corpo solido modellati per rotolare lungo i percorsi desiderati, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06306-y

Elisabetta Matsumoto et al, Modellato per rotolare lungo un percorso periodico programmato, Nature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-02335-9

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