由分岔指导的多稳态机器设计
软凝聚态物质
2023-12-04 v1
摘要
我们提出了一种多稳态机器的新颖设计范式，其中从一个状态到另一个状态的转变由描述机器部件集体相互作用的能景多重平衡点的分岔来组织。该设计范式颇具吸引力，因为在分岔附近，少数控制参数的微小变化即可导致系统状态的巨大改变，从而提供一种涌现的杠杆机制。此外，此类分岔附近状态间转变的拓扑构型确保了稳健运行，使机器对制造误差和噪声较不敏感。为设计此类机器，我们开发并实现了一种新的高效算法，用于搜索机器部件间能够产生具有这些分岔结构的能景的相互作用。我们通过设计磁弹性机器证明了该方法的概念验证，其运动主要由磁能景引导，并表明通过在分岔附近运行可实现状态间的多条转变路径。该概念验证演示说明了此方法的威力，其对于软体机器人和微观尺度尤为有用，因为在那里典型的宏观尺度设计难以实现。
引用
@article{arxiv.2301.01507,
title = {Bifurcation instructed design of multistate machines},
author = {Teaya Yang and David Hathcock and Yuchao Chen and Paul McEuen and James P. Sethna and Itai Cohen and Itay Griniasty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.01507},
year = {2023}
}
备注
8 pages, 5 figures plus 8 SI pages and 4 SI figures, SI movies available upon request