Materiales robóticos - Robotic materials
Los materiales robóticos son materiales compuestos que combinan detección, actuación, cálculo y comunicación en un patrón repetible o amorfo. Los materiales robóticos pueden considerarse metamateriales computacionales porque amplían la definición original de un metamaterial como "compuestos macroscópicos que tienen una arquitectura celular periódica tridimensional artificial diseñada para producir una combinación optimizada, no disponible en la naturaleza, de dos o más respuestas a excitación específica "al ser completamente programable. Es decir, a diferencia de un metamaterial convencional, la relación entre una excitación y una respuesta específicas se rige por la detección, la actuación y un programa informático que implementa la lógica deseada.
Historia
La idea de crear materiales que incorporen la computación está estrechamente relacionada con el concepto de materia programable , un término acuñado en 1991 por Toffoli y Margolus, que describe matrices densas de elementos informáticos que podrían resolver simulaciones complejas de sistemas materiales como elementos finitos, y luego más tarde desarrollado para describir una clase de materiales que consta de bloques de construcción móviles idénticos, también conocidos como catoms que son completamente reconfigurables, lo que permite que los materiales cambien arbitrariamente sus propiedades físicas.
Los materiales robóticos se basan en el concepto original de materia programable, pero se centran en las propiedades estructurales de los polímeros incrustados sin reclamar cambios de propiedad universales. Aquí, el término "robótico" se refiere a la confluencia de detección, actuación y cálculo.
Aplicaciones
Los materiales robóticos permiten descargar la computación dentro del material, sobre todo el procesamiento de señales que surge durante las aplicaciones de detección de gran ancho de banda o el control de retroalimentación que es requerido por la actuación distribuida de grano fino. Los ejemplos de tales aplicaciones incluyen camuflaje, cambio de forma, equilibrio de carga y máscaras robóticas, así como equipar a los robots con más autonomía al descargar parte del procesamiento de señales y controles en el material.
Desafíos de investigación
La investigación en materiales robóticos abarca desde el nivel del dispositivo y la fabricación hasta los algoritmos distribuidos que dotan de inteligencia a los materiales robóticos. Como tal, cruza los campos de materiales compuestos , redes de sensores , algoritmos distribuidos y, debido a la escala del cálculo involucrado, inteligencia de enjambre . A diferencia de cualquier campo individual, el diseño de la estructura, los sensores, los actuadores, la infraestructura de comunicación y los algoritmos distribuidos están estrechamente entrelazados. Por ejemplo, las propiedades del material estructural afectarán la forma en que las señales que se van a detectar se propagan a través del material, a qué distancia deben espaciarse los elementos computacionales y qué procesamiento de señales debe realizarse. De manera similar, las propiedades estructurales están estrechamente relacionadas con la integración real de la infraestructura de computación y comunicación. Por lo tanto, capturar estos efectos requiere una colaboración interdisciplinaria entre materiales, informática y robótica.