Tutkijat keksivät, miten jäljitellä veden ja tuulen tapaa siirtää materiaaleja
Luonnosta löytyy muodostelmia, jotka säännöllisyydessään näyttävät jonkun suunnittelemilta: tähden mallisia dyynejä tai kaaren muotoon taipuneita kiviä. Vaikka luonnonvoimat ovat sattumanvaraisia ja tuulet tulevat eri suunnista, pitkän ajan kuluessa tietty energiakenttien yhdistelmä voi synnyttää ainutlaatuisia muodostelmia.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet jäljittelemään luonnon prosessia ja siirtämään hiukkasia haluttuun muotoon tärinälevyn avulla. Hiukkaset ohjattiin alkuperäisistä hajanaisista yhdistelmistä kohti muutamaa kirjainmuodostelmaa. Tulokset julkaistiin 22 syyskuuta 2021 arvostetussa Science Advances -lehdessä.
Normaalisti tietynmallisen tuotteen valmistukseen tarvitaan muottia tai taitavia käsipareja.
”Me hyödynsimme piilevyn tärinän synnyttämiä epälineaarisia energiakenttiä, joita ohjasimme kameran ja älykkään algoritmin avulla niin, että levyn päällä olevat hiukkaset tärisivät haluttuun muotoon”, sanoo professori Quan Zhou.
”Määritimme hiukkasten sijainnin kameran avulla, ja älykäs algoritmi valitsi pienelle piilevylle sopivimman tärinätaajuuden hiukkasten liikuttamiseksi. Hiukkaset kulkevat levyllä levyn tärinätaajuudesta riippuen tiettyyn suuntaan, ja liikesuunnat ovat myös hyvin erilaisia levyn eri osissa tietyllä taajuudella”, Zhou jatkaa.
Tutkijat yllättyivät siitä, miten hyvin älykäs algoritmi osasi ennustaa hiukkasten liikkeen levyllä eri taajuuksilla. Näin ero halutun muodon ja hiukkasten jakauman välillä voidaan minimoida.
”Hiukkasten liikkuminen vastaa luonnossa tapahtuvaa ilmiötä, jossa luonto muovaa muotojaan tuulen ja veden voimalla. Menetelmä toimii sekä suuressa että pienessä mittakaavassa, mikä lisää sen sovellusmahdollisuuksia tulevaisuudessa”, tohtorikoulutettava Artur Kopitca sanoo.
Tutkijoiden mukaan luonnon inspiroimaa metodia voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa lääke- ja biotieteiden tutkimuksessa sekä valmistusmenetelmänä teollisuudessa.
Ensin pitää kuitenkin ratkaista, miten suuri määrä hiukkasia on hallittavissa ja miten prosessia voi yhdistää muihin järjestelmiin, joilla on samankaltaisia dynaamisia ominaisuuksia, kuten turbulentteja virtauksia.
Professori Quan Zhoun tutkimusryhmä on aiemmin tutkinut tärylevyn ominaisuuksia, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun he ovat luoneet muotoja mukaillen luonnossa tapahtuvaa ilmiötä.
Open Access -artikkeli on luettavissa verkossa.
Katso video, kuinka hiukkaset liikkuvat tärinälevyllä.
Lisätietoa:
Professori Quan Zhou (englanniksi)
Aalto-yliopisto
quan.zhou@aalto.fi
040 855 0311
Tohtorikoulutettava
Artur Kopitca (suomeksi ja englanniksi)
Aalto-yliopisto
artur.kopitca@aalto.fi
044 948 8731
Lue lisää uutisia
Määrälaskennan automatisointi tekoälyllä vaatii muutoksia nykykäytäntöihin
Määrälaskentaa tehdään rakennushankkeissa useita kertoja vaihtelevin tuloksin. Talotekniikka 2030 -hankkeen TH15-tutkimus selvitti, miten määrälaskennan laatua voitaisiin parantaa ja miten laskelmien tuottaminen voitaisiin automatisoida tekoälyn avulla. Tutkimuksen toteutti Tampereen yliopisto.
Talotekniikan kiertotalous: halukkuutta riittää, käytännöt puuttuvat
Taloteknisiin järjestelmiin sitoutuu merkittävä osa rakennusten materiaalipäästöistä. Silti alan kiertotalous rajoittuu yhä pääosin materiaalien kierrätykseen, vaikka monet tuotteet soveltuisivat uudelleenkäyttöön. Tampereen yliopiston tutkimus Talotekniikka 2030 -konsortiolle selvitti, miten kiertotalous saataisiin laajennettua alan käytäntöihin.
Terveys x teknologia: Magneettistimulaatio aktivoi hermosoluja ja puree masennukseen
Aivojen magneettistimulaatio on auttanut masennuspotilaita jo vuosia, mutta hoitoa saa edelleen vain harva. Tutkijat kehittävät siitä helpompaa, nopeampaa ja yksilöllisempää. Tavoitteena on automatisoida hoitoa ja parantaa sen tehoa.