Un robot confiné dans un « espace courbe » défie les lois connues de la physique
Selon les recherches, les corps peuvent se déplacer librement dans des espaces courbes sans pousser contre quoi que ce soit.
Habituellement, c’est toujours contre le sol, l’air ou l’eau que les humains, les animaux et les machines poussent. La loi de conservation de la quantité de mouvement a conduit les physiciens à croire que c’était une constante jusqu’à récemment.
Selon des chercheurs du Georgia Institute of Technology, il s’avère que lorsque les corps se trouvent dans des espaces courbes, ils peuvent en fait se déplacer sans pousser contre quelque chose.
Les chercheurs de Georgia Tech, dirigés par Zeb Rocklin, professeur adjoint à l’école de physique, ont mis au point un robot confiné dans une sphère présentant un niveau d’isolement sans précédent par rapport à son environnement, d’où l’effet prédominant de la courbure.
Dans leur article, les chercheurs expliquent comment la dynamique newtonienne veut que les objets en accélération doivent échanger leur quantité de mouvement avec leur environnement pour se déplacer, ce qui implique que les objets stationnaires ne peuvent pas se déplacer sans échanger leur quantité de mouvement.
En utilisant un robot confiné dans une sphère, nous défions cette exigence. En modifiant activement sa forme, le dispositif peut avancer sans friction ni forces gravitationnelles en raison de la non-commutativité des “translations” dans les espaces courbes, tout comme un chat qui tombe peut contrôler son orientation mais pas sa position en utilisant des changements de forme. Le robot est capable d’atteindre un état avec une quantité de mouvement fini qui n’avance néanmoins pas lorsque les forces de frottement sont contrôlées.
“Nous démontrons des phénomènes complexes et exotiques en combinant la courbure de l’environnement, la conduite active et les phases géométriques.”
Espace courbe
Un espace qui n’est pas “plat” est souvent décrit comme un espace courbe, alors qu’un espace plat est décrit par la géométrie euclidienne.
La relativité générale s’appuie fortement sur les espaces courbes, où les espaces courbes représentent souvent la gravité.
“Nous avons laissé notre objet changeant de forme se déplacer dans l’espace courbe le plus simple, une sphère, afin d’étudier systématiquement le mouvement dans un espace courbe”, explique Rocklin. “Nous avons appris que l’effet prédit, qui était si contre-intuitif que certains physiciens l’ont écarté, s’est effectivement produit : lorsque le robot changeait de forme, il avançait autour de la sphère d’une manière qui ne pouvait être attribuée aux interactions avec l’environnement.”
Les objets se déplaçant dans un espace courbe étaient au centre de l’étude des chercheurs. Leur solution a consisté à laisser un ensemble de moteurs se déplacer sur des pistes courbes comme des masses mobiles sur la sphère.
Cela a été fait pour confiner l’objet et minimiser son interaction avec l’environnement.
Ce système a ensuite été intégré de manière globale dans un arbre rotatif, de sorte que les moteurs tournent toujours sur une sphère. En alignant l’arbre sur la gravité terrestre, la force résiduelle de la gravité a été minimisée, et des roulements à air et des bagues ont été utilisés pour minimiser la friction.
Le robot a ensuite été soumis à de légères forces dues à la gravité et à la friction alors qu’il continuait à se déplacer. En raison de la combinaison de ces forces et des effets de la courbure, une dynamique étrange a été créée avec des propriétés que ni la force ni la courbure ne pouvaient induire seules.
En utilisant des espaces courbes comme modèle, l’étude fournit une démonstration précieuse de la manière dont les lois physiques et les intuitions basées sur un espace plat peuvent être remises en question. D’autres chercheurs pourront explorer davantage ces espaces courbes en utilisant les techniques expérimentales de Rocklin.
À quoi cela sert-il ?
Même si l’effet induit par la courbure est relativement faible, il pourrait devenir de plus en plus important à mesure que la robotique gagne en précision pour le comprendre, tout comme le léger décalage de fréquence de la gravité a permis aux systèmes GPS de transmettre avec précision leurs positions aux satellites orbitaux.
Les engins spatiaux pourraient naviguer dans l’espace fortement courbé autour des trous noirs en utilisant les principes de la courbure de l’espace pour la locomotion.
“La recherche est liée à l’enquête sur le moteur impossible”, a déclaré Rocklin.
“Son créateur prétendait qu’il pouvait avancer sans aucun agent propulseur. Ce moteur était en effet impossible, mais comme l’espace-temps est très légèrement courbé, un dispositif pourrait effectivement se déplacer vers l’avant sans aucune force extérieure ni émettre de propulseur – une découverte inédite.”
L’étude a été publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche
