Солитоны в действии: как нереципрокные взаимодействия создают ‘живые’ системы

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В мире науки, где каждое новое открытие может перевернуть наше понимание реальности, группа исследователей из Амстердамского университета представила результаты, которые могут стать основой для создания нового класса метаматериалов — материалов, способных к самостоятельному движению и взаимодействию с окружающей средой. Эти метаматериалы, обладающие способностью к самоорганизации, могут стать ключом к разработке роботов нового поколения, способных к автономным функциям.

Автор: Designer

Исследование, опубликованное в престижном журнале Nature, раскрывает потенциал топологических солитонов — уникальных конфигураций в материале, которые сохраняют свою форму и способны перемещаться без изменений. Эти солитоны напоминают изгибы в старинных телефонных шнурах или складки в белковых молекулах, но их возможности намного шире.

Секрет новых метаматериалов заключается в нереципрокных взаимодействиях — когда один элемент системы реагирует на другой не так, как тот на него. Это принципиально новый подход в физике, который позволяет материалам выходить за рамки обычного равновесия и приобретать свойства, ранее считавшиеся прерогативой живых организмов.

Аспирант Йонас Венстра и его коллеги разработали метаматериал, состоящий из цепочки вращающихся стержней, соединённых эластичными лентами. Каждый стержень оснащён моторчиком, создающим силу, зависящую от положения стержня относительно соседей. Это создаёт условия для движения солитонов в одном направлении, подобно домино, но с возможностью бесконечного повторения процесса без внешнего вмешательства.

Такие метаматериалы могут стать основой для создания роботов, способных к самостоятельному движению, восприятию окружающей среды и даже базовой обработке информации. Они могут найти применение в медицине, инженерии, а также в разработке новых видов тканей и строительных материалов.

Этот прорыв открывает двери в мир, где материалы не просто служат определённой функции, но и активно участвуют в процессах жизни, становясь по-настоящему ‘живыми'. Возможно, уже скоро мы увидим, как эти материалы изменят наш повседневный мир, добавив в него нотку научной фантастики.

Нереципрокные взаимодействия: ключ к ‘живым' материалам

Нереципрокные взаимодействия — это когда действие одного объекта на другой не вызывает равное и противоположное действие в ответ. В мире физики это явление долгое время оставалось недооцененным, поскольку оно нарушает классическое понимание равновесия. Однако именно эти взаимодействия открывают путь к созданию материалов, которые могут активно реагировать на изменения в окружающей среде и даже самостоятельно двигаться.

Венстра и его команда показали, что введение нереципрокных взаимодействий в метаматериалы позволяет солитонам генерировать собственные движущие силы, что делает их похожими на живые системы. Это открытие может привести к созданию новых типов роботов, которые будут функционировать не благодаря централизованному управлению, а благодаря совокупности активных частей.

Солитоны и антисолитоны: бесконечное движение

Солитоны и антисолитоны в метаматериале Венстры могут перемещаться вдоль цепи без необходимости ‘перезагрузки', подобно тому, как домино опрокидывает следующий камень. Однако в отличие от домино, которое падает только один раз, солитоны и антисолитоны могут продолжать движение, создавая цепную реакцию, которая не требует внешнего вмешательства для продолжения.

Это свойство делает метаматериалы идеальными для создания саморегулирующихся систем, способных к самостоятельному движению и взаимодействию с окружающей средой. Такие системы могут быть использованы для создания новых типов волноводов, способных к фильтрации и обработке информации, а также для разработки роботов, способных к автономным функциям.

Заключение: метаматериалы на границе живого и неживого

Открытие, сделанное командой Венстры, представляет собой значительный шаг вперёд в понимании того, как материалы могут взаимодействовать с окружающей средой и выполнять функции, традиционно считавшиеся возможными только для живых существ. Это исследование может стать основой для создания нового поколения роботов и метаматериалов, которые будут не просто инструментами в руках человека, но и активными участниками в процессах жизни и развития технологий.

2 комментария

S
переводчика надо нанимать более подкованного… а законы сохранения никто не отменял и революций тут нам не надо
a
Журнал Nature не так давно обгадился с высокотемпературной сверхпроводимостью. Публиковал, потом отзывал статьи, банил авторов, чьи результаты публиковал с большой помпой.
Мне казалось, что пик исследований солитонов прошел лет так двадцать назад. Народ решил опять освоить свободную делянку?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Люди с мозгом больше нашего: редкие черепа из Китая впервые показали, как выглядели древние денисовцы

На протяжении полутора десятилетий в науке об эволюции человека существовало серьезное противоречие между данными генетики и классической антропологии. В 2010 году генетики расшифровали ДНК из...

Почему на массовом советском кассовом аппарате «ОКА 4401» не было нуля на клавиатуре

Сейчас розничная торговля плотно так завязана на сеть «Интернет», без него Вам и коробку молока в супермаркете у дома не продадут. Кассы в магазинах все электронные (по сути это ПК), а даже бабушки...

Почему люди снова покупают кнопочные телефоны, хотя привыкли к смартфонам

Современный смартфон хранит билеты, помогает оплачивать покупки, прокладывает маршруты и заменяет фотоаппарат. Казалось бы, кнопочным телефонам давно пора исчезнуть. Однако их продолжают...

Мы не заметили, как начался и закончился новый ледниковый период: почему глобальное потепление остановило его в 1960 году

Двадцать две тысячи лет назад, во время пика последнего ледникового периода, большая часть Северной Америки находилась подо льдом. Территорию современной Канады и северных штатов США покрывал...

Квантовая интерференция впервые позволила запереть электронные волны внутри металла

В 1929 году физики Джон фон Нейман и Юджин Вигнер опубликовали математический расчет, который противоречил привычным представлениям о поведении волн. В квантовой механике частицы, включая...