論文の概要: Uncovering multifunctional mechano-intelligence in and through phononic metastructures harnessing physical reservoir computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.19354v1
• Date: Tue, 30 May 2023 18:31:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-01 19:56:58.682994
• Title: Uncovering multifunctional mechano-intelligence in and through phononic metastructures harnessing physical reservoir computing
• Title（参考訳）: 物理貯水池計算を利用した音波メタ構造における多機能メカノインテリジェンス
• Authors: Yuning Zhang, Aditya Deshmukh, K. W. Wang
• Abstract要約: 近年の自律システムの進歩は、機械的領域、いわゆるメカノ・インテリジェンス(MI)において、次世代の適応構造や材料がより内蔵されたインテリジェンスを持つことへの強い需要を引き起こしている。 本稿では,物理貯水池計算フレームワークを用いた統合多機能MIの実現に必要な基盤を構築するための新しいアプローチを提案する。 すなわち、コンピュータのパワーと知性、すなわち知覚、意思決定、指揮といった様々な要素を機械的領域で直接具現化するために、インテリジェンスを達成するためにアドオンのデジタルコンピュータや巨大なエレクトロニクスにのみ依存する従来の適応型構造から前進する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1602089225841632
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The recent advances in autonomous systems have prompted a strong demand for the next generation of adaptive structures and materials to possess more built-in intelligence in their mechanical domain, the so-called mechano-intelligence (MI). Previous MI attempts mainly focused on specific designs and case studies to realize limited aspects of MI, and there is a lack of a systematic foundation in constructing and integrating the different elements of intelligence in an effective and efficient manner. Here, we propose a new approach to create the needed foundation in realizing integrated multifunctional MI via a physical reservoir computing (PRC) framework. That is, to concurrently embody computing power and the various elements of intelligence, namely perception, decision-making, and commanding, directly in the mechanical domain, advancing from conventional adaptive structures that rely solely on add-on digital computers and massive electronics to achieve intelligence. As an exemplar platform, we construct a mechanically intelligent phononic metastructure with the integrated elements of MI by harnessing the PRC power hidden in their high-degree-of-freedom nonlinear dynamics. Through analyses and experimental investigations, we uncover multiple adaptive structural functions ranging from self-tuning wave controls to wave-based logic gates. This research will provide the basis for creating future new structures that would greatly surpass the state of the art - such as lower power consumption, more direct interactions, and much better survivability in harsh environment or under cyberattacks. Moreover, it will enable the addition of new functions and autonomy to systems without overburdening the onboard computers.
• Abstract（参考訳）: 近年の自律システムの進歩は、次世代の適応構造や材料が機械的領域、いわゆるメカノ・インテリジェンス(MI)においてより組み込みのインテリジェンスを持つことへの強い需要を引き起こしている。 従来のMIは、MIの限られた側面を実現するための特定の設計やケーススタディに重点を置いており、インテリジェンスの異なる要素を効果的かつ効率的に構築し統合するための体系的な基盤が欠如している。 本稿では,物理貯水池計算(PRC)フレームワークを用いた統合多機能MIの実現に必要な基盤を構築するための新しいアプローチを提案する。 すなわち、コンピュータのパワーと知性、すなわち知覚、意思決定、指揮といった様々な要素を機械的領域で同時に具現化し、インテリジェンスを達成するためにアドオンのデジタルコンピュータと大規模エレクトロニクスにのみ依存する従来の適応型構造から前進する。 例示プラットフォームとして,高次非線形ダイナミクスに隠れたprcパワーを活用し,miの要素を統合した機械的にインテリジェントなフォノニックメタストラクタを構築した。 解析と実験を通じて,自己チューニング波制御からウェーブベース論理ゲートまで,複数の適応構造関数を明らかにする。 この研究は、電力消費の低減、より直接的な相互作用、厳しい環境やサイバー攻撃下での生存可能性の向上など、芸術の状態をはるかに上回る、将来の新しい構造を作る基盤を提供する。 さらに、オンボードコンピュータを過大評価することなく、システムに新たな機能や自律性を追加できるようになる。

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