Узоры из этих обратимых куполов на крыльях дрона позволили бы ему за микросекунды запомнить, на что похожи опасные условия, и быстро отреагировать. Исследование, проведенное исследователями из Университета Пердью и Университета Теннесси в Ноксвилле, является одной из первых демонстраций метаматериала, который использует свою форму, чтобы научиться самостоятельно адаптироваться к окружающей среде. Статья опубликована в журнале Передовые интеллектуальные системы.

В отличие от людей и других живых существ, автономным транспортным средствам не хватает способов отфильтровывать ненужную им информацию, что замедляет их реакцию на изменения в окружающей среде.

"Существует проблема, называемая "утечкой данных". Беспилотные летательные аппараты не могут использовать свои летные возможности в полной мере, потому что с их датчиков поступает слишком много данных для обработки, что не позволяет им безопасно летать в определенных ситуациях", - сказал Андрес Арриета, адъюнкт-профессор машиностроения в Пердью, получивший специальное назначение в области аэронавтики и астронавтическая инженерия.

Покрытые куполом поверхности, способные воспринимать окружающее, стали бы шагом к тому, чтобы крылья дрона могли воспринимать только самую необходимую сенсорную информацию. Поскольку для переворачивания купола требуется только определенное минимальное усилие, силы ниже этого порога автоматически отфильтровываются. Например, определенная комбинация куполов, появляющихся вверх и вниз в определенных частях крыла, может указывать системе управления дроном на то, что крыло испытывает опасное давление. По словам Арриеты, другие узоры купола могут указывать на опасные температуры или на приближение объекта.

Наделение дронов ассоциативной памятью через ощущения

Может показаться странным, что обратимый купол может давать крылу беспилотника сигналы памяти об опасных условиях, но люди и животные также используют несвязанные понятия для распознавания взаимосвязей. Эта стратегия обучения называется ассоциативной памятью. Например, когда вы забыли название места, вы можете использовать такую деталь, как цвет здания, чтобы запомнить его. Вызов частичной версии памяти позволяет вам создать гораздо более полную версию этой памяти.

Лаборатория Арриеты исследует способы, с помощью которых форма спроектированного материала может помочь ему вычислять и обрабатывать информацию. Его лаборатория часто черпает вдохновение в том, как пауки и другие животные используют свои анатомические формы, чтобы чувствовать и понимать окружающий мир.

На протяжении десятилетий электроника разрабатывалась для сохранения и извлечения изображений путем кодирования информации в виде черных или белых пикселей в виде нулей или единиц. Поскольку купол может принимать только два состояния - всплывающее или опущенное - эти состояния могут действовать как нули и единицы для создания пространственных шаблонов для построения ассоциативной памяти.

Арриета и его команда показали в исследовании, что, когда определенный уровень силы переворачивает купол, датчики, встроенные в плоскую часть листа метаматериала, окружающего купол, обнаруживают изменение формы. Затем электрический сигнал запускает запоминающее устройство, называемое мемристором, для записи силы и места, где она была обнаружена на листе. С каждым экземпляром перевернутого купола метаматериал учится запоминать узор, который определенный уровень силы создает на его поверхности.

На практике крыло беспилотника могло бы быстро вспомнить паттерн, связанный с опасным состоянием, потому что метаматериал хранит запись всех своих "частичных воспоминаний" о паттернах перевернутого купола в виде единой "полной памяти", которую эти паттерны создают в целом. Основываясь на этом исследовании, исследователи полагают, что метаматериалу не нужно было бы "буферизировать", чтобы вспомнить информацию, которую он хранит внутри себя с течением времени.

Поскольку метаматериал может быть изготовлен существующими методами, эти купола могут легко покрывать большую площадь поверхности, как крыло беспилотника, сказала Арриета. Затем исследователи проверят, как материал реагирует на окружающую среду, основываясь на информации, которую он получает от куполов. Арриета ожидает, что в ближайшие три-пять лет можно будет построить крыло беспилотника с использованием этого материала.

Это исследование проводится при поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны, Национального научного фонда и Консорциума космических грантов штата Индиана.