Ученые объяснили, что происходит с точки зрения физики, когда мы несем чашку с кофе
Исследователи из Университета Аризоны провели эксперимент. Участникам предлагали ритмично перемещать виртуальную кружку и подбирать силу и частоту движений, чтобы шарик оставался внутри нее. Таким образом ученые хотели понять, какие стратегии используют люди, чтобы перемещать сложные объекты.
Исследование опубликовано в Physical Review Applied, коротко о нем рассказывает Phys.org.
«У людей есть врожденный дар взаимодействовать со сложными объектами, но наше понимание этого процесса, особенно в численных значениях, близко к нулю», — сказал профессор Ин-Чен Лай из Университета Аризоны.
Кажется, что носить чашку с кофе — простое повседневное действие. Но как его описать количественно, как смоделировать? Это можно было бы применит в такой прикладной сфере, как мягкая робототехника.
«Чтобы сделать хороший протез, нам важно создать правдоподобную модель движения человеческих конечностей, — сказал Брент Уоллес из Инженерной школы Фултона. — Такие модификации сделают протезы удобными и естественными».
Исследование показало, что люди обычно выбирают одну из двух стратегий: с низкой частотой движений или с высокой. Оказалось, при низкочастотной стратегии колебания шарика и кружки происходят в одной фазе, при высокочастотной — в противофазе.
«Обе стратегии эффективны, поэтому неудивительно, что люди меняли их в ходе виртуального эксперимента», — сказал Уоллес.
Ученым стало интересно, как происходит смена режима и является ли граница между режимами резкой, постепенной или более сложной. Они создали нелинейную динамическую модель маятника, прикрепленного к подвижной тележке.
Выяснилось, что синфазные колебания переходят к противофазным резко, если частота меняется, а приложенная сила остается слабой. Согласно исследованию, люди могут быстро и успешно переключаться с одного режима на другой. Благодаря этому механизму роботы смогут переносить сложные объекты в меняющихся условиях.
«Возможно, люди используют обе стратегии и даже не замечают, как переключаются между ними. Наши результаты помогут внедрить человеческие способности в мягкую робототехнику. Их можно использовать и в других сферах: в интерфейсах мозг — компьютер и для реабилитации», — сказал Лай.
Ученые считают, что смогут автоматизировать сложные процессы, если воссоздадут человеческие движения.
«Понимание того, как люди взаимодействуют со средой, навсегда изменит инженерию и приведет к революции в протезировании и новой эре производства», — сказал Уоллес.
Ученые разработали универсальную математическую модель
Новый электронный дисплей можно носить на коже
