Новости

Ученые объяснили, что происходит с точки зрения физики, когда мы несем чашку с кофе

Фото: Phys.org
Модели взаимодействия с кружкой кофе: (а) модель шара, катающегося внутри круглой чашки; (б) нелинейная механическая модель маятника, прикрепленного к движущейся тележке

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

Читайте также
Создан самый маленький в мире накопитель информации
Создан самый маленький в мире накопитель информации
Устройство может вмещать 25 терабайт на квадратный сантиметр.
Все переплетено, но не предопределено
Все переплетено, но не предопределено
Анахорет пытается заказать пушку, стреляющую очень маленькими элементарными частицами.
В ЦЕРН обнаружили частицу из четырех очарованных кварков
В ЦЕРН обнаружили частицу из четырех очарованных кварков
Раньше существование таких частиц было лишь неподтвержденной теорией.