Исследование кристаллизации скопления роботов в параболическом потенциале

Проект студентов первого курса бакалавриата Физического факультета ИТМО. Большие скопления частиц, каждая из которых может преобразовывать внутренние запасы энергии в механическое движение, демонстрируют ряд интересных эффектов и являются предметом исследования физики активной материи. Одной из популярных платформ для экспериментальной реализации таких систем являются скопления движущихся роботов, простейший вариант которых – роботы с вибромоторами. В данном проекте исследуется система из роботов, обладающих схожим с формой стадиона корпусом, реализованных в рамках разработки новой платформы в университете ИТМО. Показано, что такие роботы образуют упорядоченные кристаллы при движении в параболическом потенциале. В ходе работы были измерены параметры кристаллизации, в частности MCS (средний размер кластера) и Six-Fold parameter (ориентация соседних роботов). Данные были обработаны с помощью написанного на языке программирования Python скрипта. Участники проекта: Михаил Бузаков Дарья Сенникова Смирнов Вячеслав Научный руководитель: Никита Олехно Список литературы [1] Avraham Be’er, Bella Ilkanaiv, Renan Gross, Daniel , Sebastian Heidenreich, Markus B ̈ar, and Gil Ariel, “A phase diagram for bacterial swarming,”Communications Physics 3 (2020), 0327-1. [2] Audrey Filella, Fran ̧cois Nadal, Cl ́ement Sire, Eva Kanso, and Christophe Eloy, “Model of collective fish behavior with hydrodynamic interactions,” Physical Review Letters 120 (2018), [3] Jesse L. Silverberg, Matthew Bierbaum, James P. Sethna, and Itai Cohen, “Collective motion of humans in mosh and circle pits at heavy metal concerts,” Physical Review Letters 110 (2013), [4] F. Ginot, I. Theurkauff, F. Detcheverry, C. Ybert, and C. Cottin-Bizonne, “Aggregation-fragmentation and individual dynamics of active clusters,” Nature Communications 9 (2018), [5] I. Slavkov, D. Carrillo-Zapata, N. Carranza, X. Diego, F. Jansson, J. Kaandorp, S. Hauert, and J. Sharpe, “Morphogenesis in robot swarms,” Science Robotics 3 (2018), [6] A. Deblais, T. Barois, T. Guerin, P. H. Delville, R. Vaudaine, J. S. Lintuvuori, J. F. Boudet, J. C. Baret, and H. Kellay, “Boundaries control collective dynamics of inertial self-propelled robots,” Physical Review Letters 120 (2018), [7] J. F. Boudet, J. Lintuvuori, C. Lacouture, T. Barois, A. Deblais, K. Xie, S. Cassagnere, B. Tregon, D. B. Br ̈uckner, J. C. Baret, and H. Kellay, “From collections of independent, mindless robots to flexible, mobile, and directional superstructures,” Science Robotics 6 (2021), [8] Xiang Yang, Chenyang Ren, Kangjun Cheng, and H. P. Zhang, “Robust boundary flow in chiral active fluid,” Physical Review E 101 (2020), [9] L. Giomi, N. Hawley-Weld, and L. Mahadevan, “Swarming, swirling and stasis in sequestered bristle-bots,” Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 469, 20120637 (2013). [10] S. Garrido-Jurado, R. Mu ̃noz-Salinas, F.J. Madrid-Cuevas, and M.J. Mar ́in-Jim ́enez, “Automatic generation and detection of highly reliable fiducial markers under occlusion,” Pattern Recognition 47, 2280–2292 (2014). [11] Olivier Dauchot and Vincent D ́emery, “Dynamics of a self-propelled particle in a harmonic trap,” Phys. Rev. Lett. 122, 068002 (2019). [12] См. Дополнительный материал по ссылке [ для (i) Графики временной зависимости исследуемых параметров для промежутка времени измерения в 60 секунд; (ii) Полного алгоритма работы программ в Python. [13] Thomas Kolb and Daphne Klotsa, “Active binary mixtures of fast and slow hard spheres,” Soft Matter 16, 1967–1978 (2020). [14] Jing jing Liao, Fu jun Lin, and Bao quan Ai, “Inertial effects on crystallization of active particles,” Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 582, 126251(2021). 00:00:00 Введение 00:00:48 Внутреннее устройство робота 00:01:22 Описание экспериментальной установки 00:01:39 Проведение экспериментов 00:02:28 Идентификация роботов 00:02:59 Анализ кинематики системы 00:05:55 Кластеризация роботов 00:07:42 Кристаллизация системы 00:11:04 Итоги 00:12:02 Вопросы Наши социальные сети: Вк, чтобы узнать про нас больше: Инст, чтобы больше увидеть: Телеграм-чат для абитуриентов, чтобы задать вопросы: Больше проектов в плейлисте