Collaborative Research: A Unified Cellular Self-Organizing Approach to Design Automation and Operation of Complex Systems

协作研究:复杂系统设计自动化和操作的统一蜂窝自组织方法

基本信息

  • 批准号:
    1201107
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-06-01 至 2015-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This objective of this research award is to create a new generalization of cellular self-organization as a way to automate the design and control of complex and interdisciplinary systems. Concepts from nature such as evolution, cellular organization, and self-organizing behavior serve as the inspiration for the research. The researchers are creating a software framework built on four elements: graphs, fields, rules, and rule decisions. The graphs are used to define system architecture and dimensions and exist within a three-dimensional physics-based simulator environment with pertinent internal state variables (positions, velocities, accelerations, temperatures, stresses, etc.). Rules and rule decisions govern how graphs change in response to state variables and external field effects like gravity or temperature in a manner that mimics true physical and biological effects. The computational framework will enable the ?cyber-physical boundary? to be easily shifted. For example, the framework would serve as a design automation tool to design a device before fabrication (simulating the environment of the device virtually) and also used as a control system for the device in actual operation so that the device might adapt to changes in the environment. This would occur by monitoring real-world fields from external sensors and transforming the graph or configuration of the resulting reconfigurable device. The research is a generalization of various published techniques (e.g. cellular automaton, topology optimization, and claytronics) under a single method. Such a framework is necessary for solving interdisciplinary and multi-physics design problems such as those found in mechatronics and robotics. The results will be widely disseminated for greatest impact.
该研究奖的目标是创建细胞自组织的新概括,作为复杂和跨学科系统的自动化设计和控制的方法。进化、细胞组织和自组织行为等自然概念为研究提供了灵感。研究人员正在创建一个基于四个元素的软件框架:图、字段、规则和规则决策。这些图表用于定义系统架构和尺寸,并存在于基于物理的三维模拟器环境中,具有相关的内部状态变量(位置、速度、加速度、温度、应力等)。规则和规则决策以模仿真实物理和生物效应的方式控制图形如何响应状态变量和外部场效应(例如重力或温度)而变化。计算框架将实现“网络物理边界”可以轻松转移。例如,该框架将作为设计自动化工具,在制造之前设计设备(虚拟模拟设备的环境),并在实际操作中用作设备的控制系统,以便设备能够适应环境的变化。环境。这可以通过从外部传感器监控现实世界的场并转换所得可重新配置设备的图形或配置来实现。该研究是在单一方法下各种已发表技术(例如元胞自动机、拓扑优化和黏土电子学)的概括。这样的框架对于解决跨学科和多物理设计问题(例如机电一体化和机器人技术中的问题)是必要的。结果将被广泛传播,以产生最大的影响。

项目成果

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