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As pequenas cúpulas estranhamente satisfatórias que você pressiona na tampa do copo do seu refrigerante podem um dia salvar um drone alado de um mergulho.
Os padrões dessas cúpulas inversíveis nas asas de um drone dariam uma maneira de lembrar em microssegundos como são as condições perigosas e reagir rapidamente. O estudo, conduzido por pesquisadores da Purdue University e da University of Tennessee, Knoxville, está entre as primeiras demonstrações de um metamaterial que usa sua forma para aprender a se adaptar ao ambiente por conta própria. O artigo é publicado na revista Sistemas Inteligentes Avançados.
Ao contrário dos humanos e de outros seres vivos, os veículos autônomos não têm maneiras de filtrar informações de que não precisam, o que diminui o tempo de resposta às mudanças em seu ambiente.
“Existe esse problema chamado ‘afogamento de dados’. Os drones não podem usar sua capacidade total de voo porque há muitos dados para processar de seus sensores, o que os impede de voar com segurança em certas situações”, disse Andres Arrieta, professor associado de engenharia mecânica da Purdue com uma nomeação de cortesia em aeronáutica e astronáutica. Engenharia.
Superfícies cobertas de domos que podem sentir seus arredores seriam um passo para permitir que as asas de um drone sintam apenas as informações sensoriais mais necessárias. Como é necessária apenas uma certa quantidade mínima de força para inverter uma cúpula, as forças abaixo desse limite são automaticamente filtradas. Uma combinação específica de cúpulas levantadas e abaixadas em certas partes da asa, por exemplo, pode indicar ao sistema de controle do drone que a asa está passando por um padrão de pressão perigoso. Outros padrões de cúpula podem significar temperaturas perigosas ou que um objeto está se aproximando, disse Arrieta.
Dando memória associativa aos drones através da sensação
Pode parecer estranho que uma cúpula invertível possa dar pistas de memória a uma asa de drone para condições perigosas, mas humanos e animais também usam conceitos não relacionados para reconhecer relacionamentos. Essa estratégia de aprendizado é chamada de memória associativa. Quando você esqueceu o nome de um lugar, por exemplo, pode usar um detalhe como a cor de um prédio para lembrá-lo. A recuperação de uma versão parcial da memória permite que você construa uma versão muito mais completa dessa memória.
O laboratório de Arrieta investiga maneiras pelas quais a forma de um material projetado pode ajudá-lo a computar e processar informações. Seu laboratório frequentemente se inspira em como aranhas e outros animais usam suas formas anatômicas para sentir e entender o mundo ao seu redor.
Por décadas, a eletrônica foi projetada para salvar e recuperar imagens codificando informações em padrões de pixels pretos ou brancos como zeros ou uns. Como uma cúpula pode adotar apenas dois estados – pop up ou pop down – esses estados podem agir como zeros e uns para criar padrões espaciais para construir memória associativa.
Arrieta e sua equipe mostraram no estudo que, quando um certo nível de força inverte uma cúpula, sensores embutidos na parte plana de uma folha de metamaterial ao redor da cúpula detectam a mudança de forma. Um sinal elétrico então aciona um dispositivo de memória chamado memristor para registrar a força e onde ela foi detectada na folha. Com cada instância de uma cúpula invertida, o metamaterial aprende a lembrar o padrão que um certo nível de força cria em sua superfície.
Na prática, uma asa de drone seria capaz de recordar rapidamente um padrão associado a uma condição perigosa porque o metamaterial mantém um registro de todas as suas “memórias parciais” de padrões de cúpula invertida como uma única “memória completa” que esses padrões criam juntos. Com base neste estudo, os pesquisadores acreditam que o metamaterial não precisaria “armazenar” para recuperar informações que armazena dentro de si ao longo do tempo.
Como o metamaterial pode ser fabricado com os métodos existentes, essas cúpulas podem cobrir facilmente uma grande área de superfície, como a asa de um drone, disse Arrieta. Em seguida, os pesquisadores testarão como o material responde ao ambiente com base nas informações que aprende com as cúpulas. Arrieta prevê que será possível construir uma asa de drone usando esse design de material nos próximos três a cinco anos.
Esta pesquisa é apoiada pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, National Science Foundation e Indiana Space Grant Consortium.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Purdue. Original escrito por Kayla Wiles. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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