กาแฟ (Coffee)

การเดินกับกาแฟเป็นความสำเร็จทางฟิสิกส์ที่เข้าใจกันเล็กน้อย

ภาพประกอบแผนผังของระบบลูกตุ้มเกวียนเพื่อจำลองการจัดการวัตถุที่ซับซ้อนของมนุษย์ เช่น กาแฟร้อนหนึ่งถ้วย (ก) แบบจำลองแนวคิดของลูกบอลกลิ้งอยู่ในถ้วยทรงกลม และ (ข) แบบจำลองทางกลที่ไม่เป็นเชิงเส้นของ ลูกตุ้มติดอยู่กับเกวียนเคลื่อนที่ ซึ่งอธิบายทางคณิตศาสตร์โดยชุดสมการเชิงอนุพันธ์ เครดิต: Brent Wallace, Ying-Cheng Lai, Arizona State University การพากาแฟไปด้วยเป็นสิ่งที่พวกเราส่วนใหญ่ทำทุกวันโดยไม่คำนึงถึงความสมดุลที่ต้องใช้ ในความเป็นจริง มีฟิสิกส์มากมายที่ป้องกันไม่ให้กาแฟหก กาแฟซึ่งเป็นของเหลวที่กวนความร้อนที่บรรจุอยู่ในถ้วย มีระดับความอิสระภายในที่ทำปฏิกิริยากับถ้วยซึ่งในทางกลับกันจะมีปฏิสัมพันธ์กับพาหะของมนุษย์ ศาสตราจารย์ Ying-Cheng Lai ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนา กล่าวว่า “ในขณะที่มนุษย์มีความสามารถทางธรรมชาติหรือมีพรสวรรค์ในการโต้ตอบกับวัตถุที่ซับซ้อน ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์เหล่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับเชิงปริมาณ . “เราไม่มีความสามารถในการวิเคราะห์อิทธิพลของปัจจัยภายนอก เช่น เสียงหรือสภาพอากาศ ที่มีต่อปฏิสัมพันธ์ของเรา” อย่างไรก็ตาม การทำความเข้าใจปัจจัยภายนอกเหล่านี้เป็นประเด็นพื้นฐานในด้านการใช้งาน เช่น หุ่นยนต์แบบนิ่ม “ตัวอย่างเช่น ในการออกแบบอวัยวะเทียมอัจฉริยะ การสร้างรูปแบบความยืดหยุ่นตามธรรมชาติที่เลียนแบบการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติของแขนขาของมนุษย์มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ” Brent Wallace อดีตนักศึกษาระดับปริญญาตรีของ Lai’s และปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกใน Ira ของ ASU กล่าว A. โรงเรียนวิศวกรรมฟุลตัน. “การปรับปรุงดังกล่าวทำให้เทียมรู้สึกสบายและเป็นธรรมชาติสำหรับผู้ใช้” ตามคำกล่าวของลาย เป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ หุ่นยนต์จะถูกนำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ ของการมอบหรือการควบคุมวัตถุที่ซับซ้อน ซึ่งต้องการการประสานงานและการควบคุมการเคลื่อนไหวที่มนุษย์ทำได้ค่อนข้างดี หากหุ่นยนต์ได้รับการออกแบบให้เดินด้วยระยะก้าวที่ค่อนข้างสั้น ก็จะอนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ในการเดินค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตามหากต้องการก้าวที่ยาวขึ้นควรเลือกความถี่ในการเดินอย่างระมัดระวัง บทความฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Applied เรื่อง “Synchronous Transition in Complex Object Control” ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากวอลเลซซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการออกแบบอาวุโสของเขาในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า ดูแลโดยลาย Wallace ได้รับทุน NSF Graduate Fellowship และปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกใน School of Electrical, Computer and Energy Engineering ของ ASU การวิจัยของทีม ASU ได้ขยายไปสู่การศึกษาทดลองเสมือนจริงที่แปลกใหม่ซึ่งเพิ่งดำเนินการโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Northeastern โดยใช้กระบวนทัศน์การถือถ้วยกาแฟและเพิ่มลูกบอลเพื่อตรวจสอบว่ามนุษย์จัดการกับวัตถุที่ซับซ้อนได้อย่างไร ผู้เข้าร่วมจงใจหมุนถ้วยอย่างเป็นจังหวะด้วยความสามารถในการเปลี่ยนแปลงแรงและความถี่เพื่อให้แน่ใจว่าลูกบอลยังคงอยู่ การศึกษาในภาคตะวันออกเฉียงเหนือแสดงให้เห็นว่าผู้เข้าร่วมมีแนวโน้มที่จะเลือกกลยุทธ์ความถี่ต่ำหรือความถี่สูง – การเคลื่อนที่ตามจังหวะของถ้วย – เพื่อจัดการกับวัตถุที่ซับซ้อน การค้นพบที่โดดเด่นคือเมื่อใช้กลยุทธ์ความถี่ต่ำ การแกว่งจะแสดงการซิงโครไนซ์ในเฟส แต่การซิงโครไนซ์แบบแอนติเฟสเกิดขึ้นเมื่อใช้กลยุทธ์ความถี่สูง “เนื่องจากทั้งความถี่ต่ำและความถี่สูงมีประสิทธิภาพ จึงเป็นไปได้ว่าผู้เข้าร่วมบางคนในการทดลองเสมือนเปลี่ยนกลยุทธ์” วอลเลซกล่าว “สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถาม “การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นได้อย่างไรจากการซิงโครไนซ์ในเฟสที่เกี่ยวข้องกับกลยุทธ์ความถี่ต่ำไปเป็นการซิงโครไนซ์แบบแอนติเฟสที่เกี่ยวข้องกับกลยุทธ์ความถี่สูงหรือในทางกลับกัน” วอลเลซถาม “ในช่องว่างพารามิเตอร์คือ ขอบเขตระหว่างระบบการซิงโครไนซ์ในเฟสและแอนติเฟสที่คมชัด ค่อยเป็นค่อยไป หรือซับซ้อน” การวิจัยของทีม ASU ซึ่งได้รับแจ้งจากความอยากรู้ของวอลเลซ ได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงระหว่างการซิงโครไนซ์ในเฟสและแอนติเฟสโดยใช้โมเดลไดนามิกแบบไดนามิกที่ไม่เป็นเชิงเส้นของลูกตุ้มที่ติดอยู่กับ รถเข็นเคลื่อนที่อยู่ภายใต้การบังคับเป็นระยะ ๆ ภายนอก นักวิจัยพบว่าในระบอบการบังคับอย่างอ่อนเนื่องจากความถี่การขับขี่ภายนอกมีความหลากหลายการเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและเกิดขึ้นที่ความถี่ของการสะท้อนซึ่งสามารถเข้าใจได้อย่างเต็มที่โดยใช้ทฤษฎีการควบคุมระบบเชิงเส้น นอกเหนือระบอบการปกครองนี้ พื้นที่เฉพาะกาลเกิดขึ้นระหว่างการซิงโครไนซ์ในเฟสและแอนติเฟส โดยที่การเคลื่อนไหวของเกวียนและลูกตุ้ม a ไม่ได้ซิงโครไนซ์ นอกจากนี้ยังพบว่ามีความคงตัวในและใกล้บริเวณช่วงเปลี่ยนผ่านด้านความถี่ต่ำ โดยรวมแล้ว ผลลัพธ์ระบุว่ามนุษย์สามารถเปลี่ยนจากตัวดึงดูดแบบซิงโครนัสหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นกลไกที่สามารถใช้ประโยชน์จากการออกแบบหุ่นยนต์อัจฉริยะเพื่อจัดการกับวัตถุที่ซับซ้อนในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้ “เป็นไปได้ว่ามนุษย์สามารถใช้กลยุทธ์ทั้งในระยะและระยะปฏิปักษ์ได้อย่างชำนาญ และเปลี่ยนจากกลยุทธ์หนึ่งไปอีกกลยุทธ์หนึ่งได้อย่างราบรื่น โดยอาจไม่รู้ด้วยซ้ำ ผลจากการศึกษานี้สามารถนำมาใช้เพื่อนำทักษะของมนุษย์เหล่านี้ไปใช้กับหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่ม กับการใช้งานในด้านอื่นๆ เช่น การฟื้นฟูสมรรถภาพและส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักร” Lai กล่าว นอกจากนี้ งานเล็กๆ น้อยๆ อย่างการเดินสายไฟในตัวถังรถยนต์ในสายการผลิต—ซึ่งมนุษย์ทำได้อย่างง่ายดาย—ยังคงหลบเลี่ยงเครื่องจักรที่ล้ำหน้าที่สุด “ความเข้าใจเชิงปริมาณอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับวิธีที่มนุษย์โต้ตอบแบบไดนามิกกับสภาพแวดล้อมของพวกเขาจะเปลี่ยนวิธีที่เราสร้างโลกของเราตลอดไป และอาจปฏิวัติการออกแบบของเทียมอัจฉริยะและนำยุคใหม่ของการผลิตและระบบอัตโนมัติ” วอลเลซกล่าว “โดยการเลียนแบบพฤติกรรมที่เอื้ออำนวยแบบไดนามิกที่มนุษย์นำมาใช้ในการจัดการกับวัตถุที่ซับซ้อน เราจะสามารถทำให้กระบวนการที่คิดว่าเป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้เป็นไปโดยอัตโนมัติ” ข้อมูลเพิ่มเติม: Brent Wallace et al, Synchronous Transition in Complex Object Control, Physical Review Applied (2021) DOI: 10.1103/PhysRevApplied.16.034012 Citation: Walking with coffee is a little-understood feat of Physics (2021, 7 กันยายน) สืบค้นเมื่อ 15 ตุลาคม พ.ศ. 2564 จาก https://phys.org/news/2021-09-coffee-little-understood -feat-physics.html เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

  • บ้าน
  • Beverage & Drink
  • กาแฟ (Coffee)
  • ชา (Tea)
  • น้ำ (Water)
  • น้ำนม (Milk)
  • น้ำผลไม้ (Juices)
  • ม็อกเทล (Mocktails)
  • Back to top button