Кристаллы времени — это необычная форма материи, в которой частицы бесконечно движутся по регулярным повторяющимся циклам. Но в данном случае «частицами» были не атомы и молекулы, а роботы.
Экспериментальный материал, созданный учеными, состоит из эластичных структур, датчиков, электроники и исполнительных механизмов, благодаря чему соседние компоненты могут влиять друг на друга. Ключевым фактором для создания кристаллического состояния во времени стало то, что взаимодействие между компонентами было «невзаимным», то есть реакция одного компонента на другой не обязательно должна быть зеркальной.
Когда в материале нарушается принцип взаимности, отдельные колебания сначала возникают на коротких волнах, но затем их длина, период и амплитуда постепенно увеличиваются, что приводит к глобально синхронизированному состоянию, которое, как показывают исследователи, является временным кристаллом. Команда описывает открытый ими процесс как «укрупнение волн».
Сначала исследователи создали двумерный сотовый материал из 37 активных элементов. При превышении порога стабильности отдельные элементы начинали самовозбуждаться с частотой около 30 Гц. Постепенно стали преобладать более длинные волны, пока весь материал не начал колебаться синхронно.
Затем они сконструировали эластичное кольцо, содержащее 24 моторизованных элемента. Сначала вокруг кольца возникали высокочастотные деформации. Постепенно они объединялись в более крупные структуры, пока кольцо не перешло в режим медленного коллективного цикла.
Важно отметить, что эксперименты и модель показывают, что случайные возмущения не разрушают коллективный порядок при увеличении размера материала — повторяющийся паттерн очень стабилен.
«Вместо того чтобы разрабатывать отдельную конструкцию для каждой задачи, мы могли бы использовать различные режимы работы одного и того же материала для достижения разных результатов, что позволило бы создавать удивительно простые, но многофункциональные роботы. — говорят исследователи — Наша цель — робототехника, вдохновленная биологией, в которой скоординированное поведение возникает в результате тщательно продуманных взаимодействий между строительными блоками, а не благодаря инструкциям центрального контроллера».