TLDR: Počítačový algoritmus nyní dovoluje navrhnout tak detailní tvar nějakého objektu, aby daný objekt uměl kutálet přesně podle zadání. Krom počítačů tomu vděčíme i 3D tiskárnám. Studie tuna. 

Kutálení jako proces

Každý ví, že válec se kutálí jedním směrem. Ale šlo by této znalosti nějak využít? Skupina vědátorů týmu Jaroslava Soboleva z jihokorejského institutu IBS vyvinula matematický algoritmus, který umožňuje navrhovat předměty takových tvarů, že se při kutálení pohybují po velmi specifické trase. 

V běžném životě je valivý pohyb obvykle spojován s válcovými (například kola automobilů) nebo kulovými (například kulečníkové koule) tělesy, která sledují lineární dráhy. To ale nemusí být vše, co se může nějakým směrem pohybovat. 

Matematici se již několik desetiletí zajímají o tělesa exotičtějších tvarů, délek a dost možná i barev, které by umožnily přeměnit válení na sofistikovaný pohyb! Takový objekt specificky navrženého tvaru se může při válení pohybovat velmi složitým směrem – alespoň tedy teoreticky. 

Respektive – jsou známé různé podivné objekty, jako oloidy, sférikony, polykony, platonikony a dvoukruhové válečky, které se kutálejí z kopce po křivočarých drahách (na rozdíl od válců nebo koulí), avšak činí tak neomezeně dlouho. v tom se liší třeba od kuželů, které se po určité trajektorii dokážou samy zastavit. 

Co si z jejich různých vlastností vzali vědátoři? 

Nejen počítačový model…

Autoři práce se pokusili o koncepční návrh tvaru tělesa, které by bylo schopné nekonečné periodické trajektorie. Poté, co stalkovali pohyb různých objektů a štelovali svůj počítačový model jejich pohybu, nakonec vytvořili algoritmus určený právě pro návrh takových těles!

Zapomeňte na starší názvy, tyto předměty dostaly nový název „trajektoidy“! Co je podstatnější než další škatulka, je demonstrace toho, že to funguje. Vědátoři totiž vzali to, co jim algoritmy vyhodily – a hodili to do 3D tiskárny. 

Vytisknuté reálné trajektoidy byly skučné schopné komplexního kutálení včetně možnosti vytvořit uzavřenou dráhu tak, že se těleso se svým těžištěm pohybuje přerušovaně i do kopce! Je to vidět na videu níž:

Práce tak prokázala, že tvar libovolného trajektoidu lze navrhnout tak, aby sledoval téměř jakoukoli cestu, kterou si dokážete představit… 

Bádání pro bádání

Nutno zmínit, že nynější práce vznikla čistě z vědeckého zájmu o to, zdali je něco takového možné. Bádání pro bádání. Autoři ale naznačili, že v budoucnu by trajektoidy mohly najít i nečekané praktické či teoretické uplatnění. 

Působí to celé možná kuriózně, ale ve skutečnosti by podobné znalosti samože mohly napomoct při vývoji nových typů robotů. Takových, kteří při pohybu mohou využívat jen gravitaci, a přesto dosahovat určitých požadovaných drah. Což může být užitečné zejména u robotů velmi malých, kde není místa nazbyt.

[Ladislav Loukota, JRN]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Autolink hír.