Роботизированное движение в искривленном пространстве бросает вызов законам физики
Когда люди, животные и машины перемещаются по миру, они всегда на что-то наталкиваются, будь то земля, воздух или вода. До недавнего времени физики считали, что это константа, соответствующая закону сохранения импульса. Теперь исследователи из Технологического института Джорджии доказали обратное — когда тела существуют в искривленных пространствах, оказывается, что они действительно могут двигаться, не упираясь во что-то.
Результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences 28 июля 2022 года. В статье группа исследователей под руководством Зеба Роклина, доцента Школы физики Технологического института Джорджии, создала робота, ограниченного сферической поверхностью. с беспрецедентным уровнем изоляции от окружающей среды, так что эти эффекты, вызванные искривлением, будут преобладать.
«Мы позволяем нашему изменяющему форму объекту двигаться в простейшем искривленном пространстве, сфере, чтобы систематически изучать движение в искривленном пространстве», — сказал Роклин. «Мы узнали, что предсказанный эффект, который был настолько нелогичным, что некоторые физики отвергли его, действительно имел место: по мере того, как робот менял свою форму, он двигался вперед вокруг сферы так, что это нельзя было объяснить взаимодействием с окружающей средой».
Исследователи решили изучить, как объект перемещается в искривленном пространстве. Чтобы удержать объект на сфере с минимальным взаимодействием или обменом импульсом с окружающей средой в искривленном пространстве, они позволяют набору двигателей двигаться по изогнутым путям в качестве движущихся масс. Затем они целостно соединили эту систему с вращающимся валом, чтобы двигатели всегда двигались по сфере. Вал поддерживался воздушными подшипниками и втулками, чтобы минимизировать трение, а выравнивание вала было отрегулировано с учетом силы тяжести Земли, чтобы минимизировать остаточную силу тяжести.
Отсюда, по мере того как робот продолжал двигаться, гравитация и трение оказывали на него небольшие силы. Эти силы смешались с эффектами кривизны, чтобы создать странную динамику со свойствами, которые они не могли бы вызвать сами по себе. Исследование представляет собой важную демонстрацию того, как можно получить искривленные пространства и как это коренным образом бросает вызов физическим законам и интуиции, разработанным для плоского пространства. Роклин надеется, что разработанные экспериментальные методы позволят другим исследователям исследовать эти искривленные пространства.
Хотя эффекты невелики, поскольку робототехника становится все более точной, понимание этого эффекта, вызванного искривлением, может иметь практическое значение, точно так же, как небольшой сдвиг частоты, вызванный гравитацией, стал решающим, чтобы позволить системам GPS точно передавать свое положение орбитальным спутникам. В конечном счете, принципы использования кривизны пространства для передвижения могут позволить космическим кораблям перемещаться по сильно искривленному пространству вокруг черной дыры.
«Это исследование также связано с исследованием «Невозможный двигатель», — сказал Роклин. «Его создатель утверждал, что он может двигаться вперед без какого-либо топлива. Этот двигатель действительно был невозможен, но поскольку пространство-время очень слабо искривлено, устройство действительно могло двигаться вперед без каких-либо внешних сил или выброса топлива — новое открытие».
