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L'algoritmo del materiale programmabile risolve il problema del rivestimento universale
Il mondo è pieno di strutture complesse come ponti, strade, turbine eoliche, centrali elettriche e così via, che devono essere attentamente monitorate per garantirne l'integrità.
Oggi, gran parte di questo lavoro deve essere svolto da ingegneri sul posto. Non è così facile per oggetti che si estendono per centinaia o addirittura migliaia di chilometri, come strade o strutture remote come le turbine eoliche offshore.
Quindi un modo per farlo da remoto sarebbe estremamente prezioso. Chiaramente richiede una sorta di sensore indipendente in grado di misurare le proprietà richieste come temperatura o acidità, cracking e così via.
E in effetti ci sono numerosi gadget per farlo. Ad esempio, le fibre ottiche attaccate o incorporate negli oggetti possono misurare le forze che agiscono su di esse e i sensori collegati a queste fibre possono monitorare la temperatura, l'acidità e così via.
Ma questi tipi di sensori non forniscono una copertura globale: non possono dirti la temperatura in nessun punto dell'oggetto. Per questo hai bisogno di qualcosa di più ambizioso.
Il sogno sarebbe avere un rivestimento intelligente che faccia questo lavoro. Questo sarebbe un materiale programmabile che riveste interamente un oggetto in uno strato sottile. Conterrebbe minuscoli sensori di particolato che raccolgono informazioni sulla superficie, come la sua temperatura, e le comunicano ai vicini più vicini.
Mentre i matematici hanno riflettuto a lungo sulle proprietà dei materiali programmabili, una domanda li ha lasciati perplessi. È possibile utilizzare un rivestimento intelligente per determinare la temperatura in qualsiasi punto su un oggetto arbitrario, anche se i sensori non sono a conoscenza della sua geometria complessiva?
Oggi, abbiamo una risposta a questa domanda grazie al lavoro di Zahra Derakhshandeh all'Arizona State University di Tempe e ad alcuni amici. Hanno sviluppato una serie di algoritmi che forniscono la struttura matematica che consente a queste particelle di risolvere questo problema.
Per fare in modo che funzioni, i sensori di particolato e il rivestimento devono avere determinate proprietà. Derakhshandeh e compagni affermano che i sensori devono essere in grado di muoversi all'interno della superficie e di creare, e rompere, i legami di comunicazione con i loro vicini più prossimi. L'oggetto deve avere una geometria che consenta un rivestimento uniforme.
In queste condizioni, Derakhshandeh e colleghi affermano che il loro framework funziona come un algoritmo di rivestimento universale per materia programmabile. Le particelle devono avere solo una memoria limitata e comunicare solo su brevi distanze e sono del tutto anonime, in altre parole sono tutte equivalenti.
È un lavoro curioso che un giorno potrebbe portare ad alcune utili applicazioni nel monitoraggio remoto.
C'è ancora del lavoro da fare, però. Dato il compito di misurare alcune proprietà del materiale in un punto specifico, un problema importante è la velocità con cui l'algoritmo può farlo. Per scoprirlo, il team suggerisce di testare l'algoritmo in una simulazione o con materia programmabile reale. Sarà interessante vedere come se la caveranno.
Un altro problema importante sarà l'efficienza energetica di questo tipo di materia programmabile. Che tipo di spese generali di comunicazione impone il problema del rivestimento e l'energia per questo potrebbe essere plausibilmente raccolta dall'ambiente?
Sono ancora i primi tempi per la materia programmabile e per un rivestimento universale. Ma i risparmi che gli algoritmi di Derakhshandeh e co potrebbero consentire sono considerevoli, dato il costo del monitoraggio e della manutenzione delle turbine eoliche off-shore, ad esempio. Questo da solo dovrebbe garantire un ulteriore interesse per questo argomento per il futuro.
Rif: http://arxiv.org/abs/1601.01008 : Rivestimento universale per materia programmabile