Физики показали, какие силы заставляют кофе проливаться из чашки при ходьбе
Удержать кофе в кружке при ходьбе может быть довольно непросто. Физики проанализировали движения людей и поняли, как нам удается нести кружки, не проливая их содержимого
Кофе — термически перемешиваемая жидкость, содержащаяся в чашке, — имеет внутренние степени свободы, которые взаимодействуют с чашкой, которая, в свою очередь, взаимодействует с человеческим носителем. Наше тело интуитивно взаимодействует со сложными объектами и может контролировать их поведение, но наш мозг далеко не полностью понимает те процессы, которые при этом происходят.
Каким бы странным не казалось исследование влияния различных факторов на поддержание стабильности кофе в чашке, все это имеет довольно прикладное значение. Например, результаты такой работы могут использоваться при проектировании интеллектуальных протезов — в этой области становится все более важным создавать естественные режимы гибкости, которые имитируют движение человеческих конечностей.
В новом исследовании ученые захотели выяснить, как люди сознательно манипулируют сложными объектами. В качестве одного из таких физики выбрали чашку с находящимся в ней шариком. Участников исследования попросили пройтись с этой имитацией чашки с кофе и попытаться удержать шарик, чтобы он не выпал. Авторы показали, что люди специально совершали ритмичные движения рукой, чтобы шарик оставался внутри — такая стратегия также позволила им контролировать силу и частоту колебаний для удержания шарика в чашке.
Исследование показало, что участники, как правило, выбирают либо низкочастотную, либо высокочастотную стратегию ритмичного движения чашки для управления этим сложным объектом. Но главным открытием было то, что при использовании низкочастотной стратегии колебания демонстрируют фазовую синхронизацию, тогда как при высокой частоте возникает противофазная синхронизация.
При высокой частоте колебаний есть риск, что движение руки попадет в резонанс с шагом и шарик выскочит, поэтому участники в течение испытания меняли свои стратегии управления. Результаты показывают, что люди способны резко и эффективно переключаться с одной стратегии на другую. Этот механизм можно использовать для проектирования интеллектуальных роботов и адаптивного управления сложными объектами в меняющейся среде.
Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Applied.
