"Умный песок" научат копировать внешние объекты

Инженеры Массачусетского технологического института разработали алгоритм взаимодействия автономных миниатюрных модулей, которые авторы назвали "умный песок". Алгоритм позволяет модулям копировать форму внешних объектов, не прибегая к централизованному управлению. Описание работы приводится на сайте института.

Алгоритм копирования формы инженеры испытывали в компьютерном моделировании, а также на устройствах-прототипах. Они были весьма далеки от планируемых миниатюрных размеров, поэтому их назвали "умными камешками" (smart pebbles). Модули представляли собой кубические, со стороной в один сантиметр, устройства, оснащенные небольшим микропроцессором, четырьмя расположенными по противоположным граням куба электромагнитами и возможностью сообщать друг другу информацию. С помощью магнитов кубики могли прочно присоединяться друг к другу или отсоединяться, в зависимости от сигнала микропроцессора. При этом устройства были оснащены особыми, пермаэлектрическими магнитами, которые тратят энергию только на переходы между магнитным и немагнитным состоянием.

Соединяясь в определенной последовательности с помощью магнитов, модули могли складываться в разные фигуры. Для простоты изготовления инженеры решили на данном этапе использовать только плоские фигуры, хотя разработанный алгоритм позволяет взаимодействовать и в трехмерном пространстве.

Копирование происходило следующим образом. На плоскости, где были плотно упакованы кубики, находился копируемый объект в виде небольшого условного человечка. Модули решали, какие из них непосредственно принадлежат оригиналу и, таким образом, образуют его контур. Контурные модули посылали информацию на некоторое удаление другим кубикам, которые соединялись друг с другом магнитами в соответствии с формой контура. Таким образом, исходная фигура воспроизводилась в виде соединенных модулей. Остальные кубики отсоединялись друг от друга и свободно рассыпались. Авторы утверждают, что такой алгоритм позволяет воспроизводить форму любой сложности в том числе и в трехмерном пространстве.

Ключевым свойством своих алгоритмов и работающих по ним прототипов авторы считают минимальные требования к вычислительной мощности каждого элемента. Это потенциально открывает возможности для глубокой миниатюризации модулей.

По своей концепции работа сходна с работами в направлении создания "умной пыли", где применяется такой же подход к модульности и миниатюризации.