Gli scienziati hanno creato un robot confinato in una sfera il cui movimento robotico nello spazio curvo sfida le leggi standard della fisica
Quando gli esseri umani, gli animali e le macchine si muovono in tutto il mondo, spingono sempre contro qualcosa, che sia la terra, l'aria o l'acqua. Fino a poco tempo, i fisici credevano che questa fosse una costante, seguendo la legge della quantità di moto di conservazione. Ora, i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno dimostrato il contrario: quando i corpi esistono in spazi curvi, si scopre che possono effettivamente muoversi senza spingere contro qualcosa.
Nella dinamica newtoniana, l'accelerazione richiede forza, che è intesa come implicazione che un oggetto stazionario non può muoversi senza scambiare quantità di moto con il suo ambiente. In questo studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (1), un team di ricercatori guidato da Zeb Rocklin (2), assistente professore presso la School of Physics della Georgia Tech, ha creato un robot confinato su una superficie sferica con livelli di isolamento senza precedenti dal suo ambiente, in modo che predominassero questi effetti indotti dalla curvatura.
«Abbiamo permesso al nostro oggetto, che cambia forma, un movimento sullo spazio curvo più semplice, una sfera, per studiare sistematicamente la sua dinamica motoria nello spazio curvo», ha affermato Rocklin. «Abbiamo appreso come l'effetto previsto, che era così controintuitivo da essere stato respinto da alcuni fisici, si è effettivamente verificato: quando il robot ha cambiato forma, si è spostato in avanti attorno alla sfera in un modo che non poteva essere attribuito alle interazioni ambientali».
Creazione di un percorso curvo
I ricercatori hanno deciso di studiare come un oggetto si muoveva all'interno di uno spazio curvo. Per confinare l'oggetto sulla sfera con un'interazione minima o uno scambio di quantità di moto con l'ambiente nello spazio curvo, hanno lasciato che una serie di motori azionasse su binari curvi come masse mobili. Hanno quindi collegato questo sistema in modo olistico a un albero rotante in modo che i motori si muovano sempre su una sfera. L'albero è stato supportato da cuscinetti ad aria e boccole per ridurre al minimo l'attrito e l'allineamento dell'albero è stato regolato con la gravità terrestre per ridurre al minimo la forza di gravità residua.
Da lì, mentre il robot continuava a muoversi, gravità e attrito esercitavano leggere forze su di esso. Queste forze si ibridarono con gli effetti di curvatura per produrre una strana dinamica con proprietà che nessuna delle due poteva indurre da sola. La ricerca fornisce un'importante dimostrazione di come si possono ottenere spazi curvi e di come sfida fondamentalmente le leggi fisiche e l'intuizione progettate per lo spazio piatto. Il professor Rocklin spera che le tecniche sperimentali sviluppate consentiranno ad altri ricercatori di esplorare questi spazi curvi.
Applicazioni nello spazio e oltre
Sebbene gli effetti siano piccoli, man mano che la robotica diventa sempre più precisa, comprendere questo effetto indotto dalla curvatura può essere di importanza pratica, proprio come il leggero spostamento di frequenza indotto dalla gravità è diventato cruciale per consentire ai sistemi GPS di trasmettere accuratamente le loro posizioni ai satelliti orbitali. In definitiva, i principi su come la curvatura di uno spazio può essere sfruttata per la locomozione possono consentire ai veicoli spaziali di navigare nello spazio altamente curvo attorno a un buco nero.
«Questa ricerca riguarda anche lo studio 'Impossible Engine'», ha affermato il dottor Rocklin. «Il suo creatore ha affermato che potrebbe andare avanti senza alcun propellente. Quel motore era davvero impossibile, ma poiché lo spaziotempo è leggermente curvo, un dispositivo potrebbe effettivamente andare avanti senza forze esterne o emettere un propellente: una nuova scoperta».
Il Georgia Institute of Technology, o Georgia Tech, è una delle prime 10 università pubbliche di ricerca che sviluppano leader che fanno avanzare la tecnologia e migliorano la condizione umana. L'Istituto offre diplomi in economia, informatica, design, ingegneria, arti liberali e scienze. I suoi quasi 40.000 studenti in rappresentanza di 50 stati e 149 paesi studiano nel campus principale di Atlanta, nei campus in Francia e Cina e attraverso l'apprendimento a distanza e online. In qualità di università tecnologica leader, Georgia Tech è un motore di sviluppo economico per la Georgia, il sud-est e la nazione, conducendo oltre 1 miliardo di dollari di ricerca all'anno per il governo, l'industria e la società.
Riferimenti:
(1) Robotic swimming in curved space via geometric phase
(2) Zeb Rocklin
Descrizione foto: Realizzazione sperimentale di un nuotatore su sfera con motori azionati su braccio a braccio a rotazione libera. - Credit: Georgia Tech.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Robotic Motion in Curved Space Defies Standard Laws of Physics