Роботы научились «плавать» в пространстве-времени, используя формулы Эйнштейна

Благодаря научно-фантастическим фильмам мы уже привыкли, что на основе Общей теории относительности Эйнштейна мы когда-то в далёком будущем сможем покорять пространство-время. А сейчас эту теорию используют только астрофизики, изучающие черные дыры и далекие галактики. Однако сегодня наука подошла к черте, где ОТО дает инструмент для навигации в микромире. Последние достижения в робототехнике доказывают: уравнения, описывающие искривление пространства-времени, могут стать идеальной основой для навигации крошечных микророботов. Давайте подробнее взглянем на новые прорывы в данном направлении и посмотрим, какие перспективы это может открыть уже в ближайшем будущем.

От яблока Ньютона до тензоров Эйнштейна: эволюция понимания реальности

Для лучшего понимания нового открытия давайте углубимся в историю исследований в данном направлении. Фундамент нашего представления о мире заложил Исаак Ньютон, описавший гравитацию как силу взаимодействия между объектами. Но в 1915 году Альберт Эйнштейн совершил революцию, представив Общую теорию относительности. Он доказал, что гравитация — это не невидимая нить, просто притягивающая меньшие объекты большими, а геометрическое свойство самого пространства-времени, которое искривляется под воздействием массы и энергии.

На практике, чтобы избежать сложных научных терминов, стоит понимать, что на базе Общей теории относительности уже работает ряд современных технологий. К примеру, спутниковая навигация GPS. Без поправок на замедление времени из-за гравитации погрешность координат в навигаторе составляла бы буквально километры за сутки.

Эффект «плавания» в пространстве-времени: как это работает

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Science, описывает прорыв в создании микророботов шириной всего 100 микрон. Дело в том, что проблема перемещения в микромире заключается в том, что обычные законы инерции там не работают, в жидкостях на таком уровне частицы ведут себя так, будто они завязли в густом меду. Чтобы решить эту задачу, инженеры прибегли к математической аналогии искривленного пространства. Вместо того чтобы бороться с сопротивлением среды, роботы используют электрокинетическую тягу, чья механика опирается на принципы, описывающие движение тел вблизи массивных объектов. Роботы программируются на восприятие своей цели (конечной точки прибытия) как «гравитационного колодца» (аналог черной дыры), а препятствий как зон искривленного пространства. А для навигации используются светочувствительные элементы, кремниевые устройства адаптируют свою траекторию, следуя по кратчайшим путям в «искусственном пространственно-временном континууме». Устройство создает вокруг себя локальное поле, которое позволяет ему буквально «скользить» сквозь среду, имитируя движение материи в искривленной ткани Вселенной.

Важно уточнить, связь с ОТО в данном исследовании — это скорее элегантный математический способ проложить маршрут (геометрическая фаза), а не реальное искривление физического пространства роботом.

На пороге новых открытий: от медицины до глобальной энергетики

Представь, что в будущем медицина станет настолько точной, что врачам не придется воздействовать на весь организм целиком. Эти крошечные роботы смогут перемещаться по нашим сосудам, словно миниатюрные подводные лодки, используя естественные изгибы тела как готовую дорожную карту. Это позволит доставлять лекарства прямиком к очагу болезни или труднодоступной опухоли, не затрагивая здоровые ткани и избавляя пациента от тяжелых побочных эффектов.

За пределами медицины такие технологии откроют эру «умного» производства и тотального контроля за экологией. Мы сможем создавать сложнейшие микросхемы и структуры буквально по одному атому, где каждое микродвижение робота выверено с идеальной точностью. В то же время в океанах или атмосфере целые рои автономных микро-датчиков смогут годами следить за состоянием природы. Самое поразительное, что им не нужны батарейки в привычном понимании: они способны вырабатывать энергию для работы прямо из окружающей среды, превращая мельчайшие атомные колебания и вибрации в электричество.

Заключение

Теория, которой более 100 лет, продолжает открывать двери в будущее. Сегодня мы видим, как абстрактные формулы о пространстве-времени становятся программным кодом для машин, невидимых человеческому глазу. Так что, возможно, мы стоим на пороге большого прорыва, и в случае его масштабирования это может изменить многие сферы жизни человека. На этом у меня всё, спасибо всем за внимание.

Источник: Портал Pnas