Формируя животное, овощ и минерал: Исследователи развивают математические методы для проектирования перемещающих форму раковин

Ученые из Школы Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ) сделали легко это. В работе, размещённой на Слушаниях Национальной академии наук, команда исследователей от Института и МОРЕЙ Wyss Биологически Вдохновленной Разработки демонстрирует технику, дабы вырастить любую целевую форму от любой стартовой формы.

«Архитектор Луи Салливан в один раз заявил, что ‘форма когда-либо следует за функцией’», сообщил Л. Мэхэдевэн, доктор наук Лолы Энгланд де Вальпине Прикладной Математики, Organismic и Evolutionary Biology и Физики и ведущего автора изучения. «Но если Вы забрали противоположную возможность, это, быть может, функционирует, обязан следовать за формой, как может мы инверсия проектировать форму?»В прошлом изучении несколько Mahadevan применяла опыты и теорию растолковать, как конечно преобразовывающиеся структуры – такие как венерины мухоловки, цветы и сосновые шишки – поменяли собственную форму в надеждах на одну дневную свойство руководить и подражать этим естественным процессам. И вправду, экспериментаторы начали применять силу несложных, биовдохновленных образцов роста.

К примеру, в 2016, в сотрудничестве с группой Дженнифер Льюис, доктора наук Hansjorg Wyss Биологически Вдохновленной Разработки в МОРЯХ и Главном Учитель Университета Wyss, команда напечатала диапазон структур, каковые изменяли его форму со временем в ответ на экологические стимулы.«Неприятность пребывала в том, как сделать обратную проблему», сообщил Вим ван Рис, постдокторант в МОРЯХ и первый создатель статьи. «Имеется громадное изучение в области экспериментальной стороны, но имеется не хватает на теоретической стороне, дабы растолковать, что в действительности происходит. Вопрос, в случае если я желаю закончить определенной формой, как я проектирую собственную начальную структуру?»Вдохновленный ростом листьев, исследователи создали теорию для того, как скопировать величины и ориентации роста двойного слоя, два разных слоя упругих материалов склеили, каковые по-второму отвечают на те же самые стимулы.

Программируя один слой, дабы раздуться больше и/либо в разном направлении, чем второй, искривлением и полной формой двойного слоя возможно всецело руководить. В принципе двойной слой возможно сделан из любого материала, в любой форме, и ответить на каждые стимулы от тепла до света, опухоли либо кроме того биологического роста.Команда распутала математическую связь между поведением двойного слоя и тем из единственного слоя.«Мы нашли весьма красивые отношения в материале, что складывается из этих двух слоев», сообщил ван Рис. «Вы имеете возможность забрать рост двойного слоя и написать его энергию конкретно с позиций кривого монослоя».

Это указывает, что, если Вы понимаете искривления какой-либо формы, Вы имеете возможность перепроектировать энергию, и образцы роста должны были вырастить ту форму, применяя двойной слой.«Данный вид обратного проектирования неприятности общеизвестно тяжело решить, кроме того применяя дни вычисления на суперкомпьютере», сообщил Этьенн Вуга, бывший постдокторант в группе, сейчас доцент Информатики в Техасском университете в Остине. «Растолковывая, как геометрия и физика двойных слоев глубоко соединены, мы смогли выстроить метод, что решает для нужного примера роста в секундах, кроме того на ноутбуке, не имеет значение как сложный целевая форма».

Исследователи показали совокупность, моделируя рост цветочного лепестка львиного зева от цилиндра, топографической карты бассейна реки Колорадо от плоского страницы и, самый поразительно, лицо Макса Планка, один из основателей квантовой физики, от диска.«В целом, отечественное изучение объединяет физики и наше знание геометрии узких раковин с новыми вычислениями и математическими алгоритмами, дабы создать правила дизайна для технической формы», сообщил Мэхэдевэн. «Это прокладывает путь к производству достижений в печати 4-D перемещающих форму оптических и механических элементов, мягкой робототехники, и разработки ткани».

7 комментариев к “Формируя животное, овощ и минерал: Исследователи развивают математические методы для проектирования перемещающих форму раковин”

Оставьте комментарий