FACULTATEA DE MECANICĂ. Ing. Sergiu BERIAN TEZA DE DOCTORAT CERCETĂRI PRIVIND POTENŢIALUL TRANSDISCIPLINAR AL MECATRONICII - PDF

Description
FACULTATEA DE MECANICĂ Ing. Sergiu BERIAN TEZA DE DOCTORAT CERCETĂRI PRIVIND POTENŢIALUL TRANSDISCIPLINAR AL MECATRONICII COMPONENŢA Comisiei de doctorat Numitǎ prin Ordinul rectorului Universitǎţii Tehnice

Please download to get full document.

View again

of 217
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Word Search

Publish on:

Views: 7 | Pages: 217

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
FACULTATEA DE MECANICĂ Ing. Sergiu BERIAN TEZA DE DOCTORAT CERCETĂRI PRIVIND POTENŢIALUL TRANSDISCIPLINAR AL MECATRONICII COMPONENŢA Comisiei de doctorat Numitǎ prin Ordinul rectorului Universitǎţii Tehnice din Cluj-Napoca, Nr. 36/ PREŞEDINTE: Prof.dr.ing. Nicolae BURNETE Decan, Facultatea de Mecanicǎ Universitatea Tehnicǎ din Cluj-Napoca; CONDUCǍTOR ŞTIINŢIFIC: REFERENŢI : Prof.dr.ing. Vistrian MĂTIEŞ Universitatea Tehnicǎ din Cluj-Napoca; Acad.Prof.univ.dr.fiz.Dr.H.C.mult. Basarab NICOLESCU Universitatea Babeş-Bolyai, Cluj-Napoca; Prof.dr.ing.Dr.H.C. Ion VIŞA Universitatea Transilvania din Braşov; Prof.dr.ing.Dr.H.C.mult. Radu MUNTEANU Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca. 010 CUPRINS INTRODUCERE GÂNDIREA SISTEMICĂ ŞI IDEALUL UNITĂŢII CUNOAŞTERII ÎN FIZICA CLASICĂ ŞI ÎN MECANICA CUANTICĂ Introducere Paradigma mecanicistă Cauzalitate locală şi predictibilitate Legături, determinism şi integrabilitate în mecanica clasică Separarea subiect-obiect şi caracterul antimetafizic al scientismului Apariţia mecanicii cuantice: salt de la continuu la discontinuu Particula cuantică şi unitatea prin complementaritate Experienţa celor două fante şi limitele fizicii clasice Principiul lui Heisenberg şi sfârşitul cauzalităţii locale Non-separabilitatea cuantică subiect-obiect Paradoxul Einstein-Podolski-Rosen, non-separabilitatea cuantică şi cauzalitatea globală O viziune unitară asupra lumii şi cunoaşterii: bootstrap, complexitate şi gândire sistemică Concluzii Contribuţii personale VALENŢELE INTEGRATOARE ALE ABORDĂRII TRANSDISCIPLINARE Introducere Controversa privind natura judecăţilor matematice Tipuri şi niveluri în sistemul logic formal al lui Frege Primele fisuri în sistemul logic formal. Paradoxul lui Russell Ordonarea obiectelor logice pe niveluri în teoria tipurilor a lui Russell Paradoxuri semantice şi niveluri de limbaj în modelul lui Tarski Teorema de incompletitudine a lui Gödel şi potenţialul creativ al paradoxului Apropierea logicii de Realitate prin restrângerea intuiţionistă a valabilităţii principiului terţului exclus Logicile polivalente şi principiul terţului inclus Epistemologia şi logica lui Ştefan Lupaşcu Viziunea transdisciplinară a lui Basarab Nicolescu Concluzii Contribuţii personale 3 INFORMAŢIE, ENTROPIE, ORGANIZARE ŞI COMPLEXITATE ÎN MECATRONICĂ ŞI ÎN LUMEA VIE Introducere Entropia statistică şi dezordinea Entropia statistică Expresia entropiei statistice în cazul distribuţiei elementelor unui sistem pe clase Entropia ca măsură a dezordinii unui sistem izolat Entropia informaţională şi incertitudinea Informaţie şi semnal. Relaţia substanţă-energie-informaţie Rolul informaţiei în mecatronică Entropia informaţională Proprietăţile şi semnificaţia entropiei informaţionale Entropia socială şi diversitatea sistemelor mecatronice multiagent Diversitatea sistemelor sociale Entropia socială ca măsură a diversităţii unui sistem mecatronic multiagent Diversitate şi performanţă în cazul sistemelor mecatronice multiagent Informaţie, organizare, simetrie şi complexitate Legătura dintre informaţie şi simetrie Ordine, organizare şi complexitate în lumea vie Rolul pompei ionice Na-K în organizarea organismului uman Concluzii Contribuţii personale AUTOORGANIZAREA SISTEMELOR MECATRONICE COMPLEXE PRIN HOMEOKINESIS ŞI STIGMERGIE Introducere Entropia termodinamică şi ireversibilitatea Teorema H şi entropia statistică. Starea de echilibru ca atractor Ireversibilitatea ca măsură a limitării informaţiei accesibile observaţiei Termodinamica de echilibru şi comportamentul sistemelor complexe Producţia de entropie în sistemele termodinamice deschise Comportamentul sistemelor termodinamice deschise aflate aproape-de-echilibru Echilibrul homeostatic în lumea vie şi în mecatronică Staţionaritate şi homeostază Asigurarea echilibrului homeostatic al organismului uman prin mecanisme de feed-back negativ Rolul feed-back-ului negativ în asigurarea echilibrului homeostatic al sistemelor mecatronice Limitele echilibrului homeostatic în mecatronică Autoorganizarea sistemelor deschise aflate departe-de-echilibru Instabilitatea sistemelor termodinamice deschise din regiunea neliniară Rolul feed-back-ului pozitiv în reacţiile chimice autocatalitice Structurile disipative ca efect al autoorganizării sistemelor chimice aflate departe-de-echilibru Reacţii oscilante în lanţul glicolitic Puncte de bifurcaţie, ruperi de simetrie şi multistabilitate 4.9.6 Agregarea amibelor acrasiale ca formă de manifestare a autoorganizării unui sistem biologic Celulele Bénard şi interdependenţa dintre nivelul microscopic şi cel macroscopic în urma autoorganizării Noţiunea de sistem deschis în viziunea lui Bertalanffy. Informaţie şi negentropie Complexitate, emergenţă şi autoorganizare Ştiinţa complexităţii şi non-separabilitatea subiect-obiect Dubla legătură cauzală dintre nivelul microscopic şi cel macroscopic ale unui sistem complex capabil de autoorganizare Emergenţă, sinergie şi sinergetică Autoorganizarea sistemelor complexe şi riscul apariţiei haosului Adaptabilitatea sistemelor cibernetice prin autoorganizare Rolul principiului homeokinetic în autoorganizarea sistemelor mecatronice complexe Echilibrul homeostatic şi stabilitatea homeokinetică Relaţia dintre autonomie şi adaptabilitate în cazul agenţilor inteligenţi Autoorganizarea comportamentului unui robot pe baza principiului homeokinetic Caracterul transdisciplinar al conceptului de homeokinesis Autoorganizarea prin stigmergie a sistemelor mecatronice multiagent Inteligenţa colectivă Inteligenţa swarm şi organizarea stigmergică a sistemelor colective ale lumii vii Autoorganizarea stigmergică a sistemelor multiagent Autoorganizarea prin stigmergie a sistemelor mecatronice multiagent Concluzii Contribuţii personale IDENTITATEA TRANS-TEMATICĂ A MECATRONICII. MODELUL HEXAGONAL PENTRU EDUCAŢIE MECATRONICĂ INTEGRALĂ Introducere Poziţia lui Grimheden privind natura şi evoluţia mecatronicii Cele patru aspecte ale mecatronicii Evoluţia mecatronicii Identitatea mecatronicii în lumina metodologiei transdisciplinare Noţiunea de concept thematic Identitatea trans-tematică a mecatronicii Mecatronica suport pentru educaţia integrală Raportul Delors, transdisciplinaritatea şi educaţia integrală Dublul aspect al legitimităţii mecatronicii Cele două dimensiuni ale selecţiei şi ale comunicării mecatronicii Modelul hexagonal pentru educaţie mecatronică integrală Concursul de fizică şi inventică Irenaeus mijloc de stimulare a creativităţii şi flexibilităţii elevilor prin munca în echipă Concluzii Contribuţii personale 6 NOI DESCHIDERI ÎN STUDIUL FIZICII DATORATE MECATRONICII Introducere Analiza structurii şi funcţionării sistemelor mecatronice suport tehnologic aplicativ pentru studiul fizicii Purtători de informaţie Aplicaţii în tehnologie ale legilor şi fenomenelor specifice fizicii Potenţiometrul ca traductor de poziţie Legea lui Faraday şi senzorul inductiv de proximitate Condensatorul plan ca traductor de poziţie. Senzori capacitivi de proximitate Legea lui Hooke şi traductorii rezistivi de forţă Fenomenul de reflexie totală şi senzorii tactili optici cu devierea luminii Presiunea şi traductorii piezoelectrici. Senzori piezoelectrici Relaţia dintre câmpul electric şi deformarea mecanică în cazul actuatorilor piezoelectrici Oscilaţiile mecanice şi motorul ultrasonic cu undă progresivă Dinamica fluidelor şi actuatorii electro şi magnetoreologici Modificarea structurii cristaline a aliajelor cu memoria formei prin schimbarea temperaturii. Actuatori pe bază de aliaje cu memoria formei Efectul fotoelectric şi actuatorii optici Conceptul clasic de legătură şi legătura informaţională Actuatorul Lorentz cuplă cinematică informaţională Concluzii Contribuţii personale CERCETĂRI EXPERIMENTALE Consideraţii generale Structura platformei mecatronice portabile Modelarea sistemului Analiza cinematică a robotului Analiza spaţiului de lucru Analiza dinamică a robotului Modelul virtual al robotului Simularea robotului Testarea sistemului pe baza tehnologiei de prototipare rapidă a controlului Implementarea sistemului Concluzii Contribuţii personale CONCLUZII GENERALE. CONTRIBUŢII Concluzii generale Contribuţii personale. Valorificarea rezultatelor cercetării Noi direcţii de cercetare în domeniu... 4 BIBLIOGRAFIE INTRODUCERE Motto: Pătrunderea gândirii complexe şi transdisciplinare în structurile, programele şi zonele de influenţă ale Universităţii îi vor permite evoluţia către misiunea sa uitată astăzi studierea Universalului. (Basarab Nicolescu) Dacă Stephen Hawking are dreptate, secolul care tocmai a început va aparţine Complexităţii [59]. Complexitatea este însă strâns legată de ideea non-separabilităţii, care pare să fie un principiu esenţial a tot ceea ce este profund în lume [183]. În consecinţă, cercetarea şi educaţia viitorului trebuie să fie modelate de liniile de forţă ale complexităţii şi non-separabilităţii. Apariţia mecatronicii, la începutul deceniului al optulea al secolului trecut, reprezintă o dovadă în acest sens, întrucât discipline care, nu demult, păreau separate, au fost integrate într-un ansamblu complex şi coerent. Acest potenţial integrator al mecatronicii este evidenţiat cât se poate de limpede în definiţia formulată, în 1986, de către Comitetul Consultativ pentru Cercetare şi Dezvoltare Industrială al Comunităţii Europene (Doc IRDAC PM /3) [16], comitet care recunoaşte că mecatronica este una din nevoile majore pentru cercetarea europeană şi pentru programele educaţionale: Mecatronica este o îmbinare sinergetică între: ingineria mecanică de precizie, controlul electronic şi gândirea sistemică în proiectarea produselor şi proceselor. Este o tehnologie interdisciplinară care uneşte disciplinele de bază amintite şi include deopotrivă domenii, care, altfel, normal, nu ar putea fi asociate. În anii care au urmat, în aproape toate ţările din CE au fost lansate programe care aveau drept scop promovarea filosofiei mecatronice în educaţie, cercetare şi tehnologie. Un exemplu reprezentativ este proiectul privind educaţia mecatronică din cadrul programului ADAPT, proiect iniţiat în 1995 de un grup de universităţi din mai multe ţări comunitare [16]. Proiectul a vizat formarea iniţială, formarea continuă şi reconversia profesională, urmărind în principal promovarea interdisciplinarităţii în educaţie şi formare. În urma evoluţiei tehnologice, conţinutul termenului de mecatronică s-a îmbogăţit permanent cu noi sensuri: filosofie, ştiinţa maşinilor inteligente, mediu educaţional pentru integrare în societatea bazată pe cunoaştere [161]. Astfel, în prezent, mecatronica, prin caracterul său integrator, sinergic, transcende limitele unei singure discipline, reprezentând o viziune globală în domeniul tehnologic [16]. Apariţia mecatronicii impune însă necesitatea articulării, deopotrivă la nivel universitar şi preuniversitar, a unei noi paradigme educaţionale, centrată pe calitate mai degrabă decât pe cantitate, care să creeze cadrul necesar formării unor elevi şi studenţi cu spirit inovator, dotaţi cu creativitate şi flexibilitate în gândire şi practică. Lucrarea se înscrie pe linia acestui demers, prin faptul că propune o abordare transdisciplinară a mecatronicii, din perspectiva metodologiei dezvoltate de Basarab Nicolescu, a cărei finalitate este înţelegerea lumii prin unitatea cunoaşterii. Demersul ştiinţific a vizat atingerea următorului obiectiv general: 7 Dezvoltarea şi explicitarea fundamentelor ştiinţifice şi a metodologiei privind potenţialul transdisciplinar al mecatronicii şi valorificarea acestuia în demersurile pentru vectorizarea inovării în domeniul educaţional, precum şi în activităţile de cercetare. Acestui obiectiv general îi sunt subordonate următoarele patru obiective specifice: Explicitarea conceptului de complexitate, fundamentarea şi explicitarea valenţelor integratoare ale abordării transdisciplinare. Analiza şi caracterizarea procesului de autoorganizare a sistemelor mecatronice complexe prin stigmergie şi homeokinesis. Explicitarea identităţii trans-tematice a mecatronicii şi elaborarea modelului hexagonal pentru educaţie mecatronică integrală. Definirea unor noi deschideri în studiul fizicii datorate evoluţiei tehnologiei şi evidenţierea potenţialului creativ al utilizării platformelor mecatronice în cercetare şi educaţie. În continuare, se prezintă enunţuri, definiţii şi scurte explicaţii ale unor termeni şi concepte fundamentale, care se regăsesc în conţinutul tezei: Paradoxul lui Russell mulţimea formată din toate mulţimile care nu se conţin ca element se conţine pe ea însăşi atunci când nu se conţine şi invers. Un exemplu de mulţime care nu se conţine pe ea însăşi este clasa tuturor mamiferelor, care nu e un mamifer, în timp ce, de pildă, mulţimea formată din toate noţiunile abstracte e, la rândul ei, o noţiune abstractă, deci se conţine ca element. Încercând să găsească o rezolvare a paradoxului, Russell a propus teoria tipurilor, în care obiectele logice sunt ierarhizate pe niveluri. Paradox semantic un tip aparte de paradox, care decurge din faptul că nu se distinge între situaţia în care o expresie e utilizată pentru a vorbi despre un obiect independent de aceasta şi situaţia în care obiectul formulării este expresia însăşi. De exemplu, dacă se afirmă că mecanismul este defect, desemnăm mecanismul ca obiect, în timp ce, în propoziţia cuvântul «mecanism» are trei silabe, obiectul desemnat este expresia însăşi. Pentru a rezolva acest tip de paradox, Tarski a introdus nivelurile de limbaj. Teorema de incompletitudine a lui Gödel un sistem formal necontradictoriu (suficient de complex încât aritmetica să poată fi formalizabilă în el), este incomplet, în sensul că se pot construi riguros propoziţii nedecidabile. Lucrarea de faţă susţine ideea că acestă teoremă, prin faptul că demonstrează incompletitudinea oricărui sistem logic formal, reprezintă o deschidere către o nouă abordare a realităţii. Principiul antagonismului postulat fundamental al logicii lui Ştefan Lupaşcu, potrivit căruia orice sistem energetic este supus unei perechi de dinamisme antagoniste în aşa fel încât actualizarea unuia să implice potenţializarea celuilalt. Antagonismul datorat alternanţei actualizare-potenţializare conduce la un echilibru dinamic al sistemelor, stabilitatea, rezistenţa unui sistem, fiind cu atât mai mare cu cât le este mai greu forţelor antagoniste de a scăpa din acest echilibru. Dualismul antagonist omogenizare-eterogenizare dualism introdus de Ştefan Lupaşcu, care afirmă că tendinţa de eterogenizare, de diversificare, instaurată prin intermediul principiului lui Pauli, acţionează împotriva tendinţei omogenizatoare a 8 energiei care decurge din existenţa principiului al doilea al termodinamicii. Viaţa nu există decât ca urmare a acestui dualism contradictoriu, permanent, omogenizare-eterogenizare. Potrivit lui Basarab Nicolescu, atât diferenţierea extremă cât şi realizarea unei absolute uniformizări conduc la o eternă nemişcare, la moarte cosmică. Dualismului omogenizare-eterogenizare îi corespunde, în logica lupasciană, dualismul logic identitate-diversitate. Starea T concept esenţial al logicii şi epistemologiei lui Ştefan Lupaşcu, desemnând starea de egală potenţializare şi actualizare reciprocă, către care tind cele două dinamisme antagoniste în timpul trecerii de la actual la potenţial şi invers. Starea T corespunde unui antagonism maxim, unei densităţi maxime de energie, sau, informaţional vorbind, unei organizări maxime. Starea T este totodată şi terţul inclus, cea de-a treia valoare a logicii trivalente lupasciene, valoarea de nici adevărat nici fals. În metodologia transdisciplinară fundamentată de Basarab Nicolescu, unificarea contradictoriilor A şi non-a, situate la un anumit nivel de Realitate, poate fi realizată doar prin intermediul stării T, situată la nivelul proxim superior de Realitate. Transdisciplinaritatea conform definiţiei lui Basarab Nicolescu, desemnează ceea ce este în acelaşi timp între discipline, înăuntrul diferitelor discipline şi dincolo de orice disciplină. Transdisciplinaritatea diferă de pluridisciplinaritate (care se referă la studiul, de către mai multe discipline simultan, al unui obiect care aparţine unei discipline) şi de interdisciplinaritate (care vizează aplicarea metodelor specifice unei discipline pe teritoriul altor discipline). O caracteristică esenţială a transdisciplinarităţii este faptul că răspunde nevoii de cunoaştere unitară a omului, finalitatea ei fiind înţelegerea lumii prezente prin unitatea cunoaşterii. Nivel de Realitate potrivit definiţiei lui Basarab Nicolescu, reprezintă un ansamblu de sisteme invariant la acţiunea unui număr de legi generale. Trecând de la un nivel de Realitate la altul (de pildă, de la cel macrofizic la cel microfizic), legile şi conceptele fundamentale se schimbă radical, existând deci o ruptură, o discontinuitate între două niveluri proxime. Postulatele metodologiei transdisciplinare cele trei postulate, înrădăcinate în descoperirile ştiinţei moderne, pe care este construită metodologia transdisciplinară a lui Basarab Nicolescu. Primul postulat (ontologic) afirmă faptul că în Natură şi în cunoaşterea Naturii există diferite niveluri de Realitate şi de percepţie. Conform celui de-al doilea postulat (logic), trecerea de la un nivel de Realitate la altul se face cu ajutorul logicii terţului inclus. Potrivit celui de-al treilea postulat (epistemologic), inspirat de ipoteza bootstrap-ului din mecanica cuantică, fiecare nivel de Realitate este ceea ce este pentru că toate celelalte niveluri de Realitate există simultan. Entropia statistică Mărime fizică a cărei formulă este S = k lnw, unde W reprezintă ponderea macrostării în care se află sistemul, adică numărul de microstări ale sistemului compatibile cu această macrostare. Potrivit celui de-al doilea principiu al termodinamicii, orice sistem izolat tinde să ajungă în starea macroscopică (de echilibru) cu cea mai mare probabilitate de realizare, macrostare căreia i se asociază numărul maxim de microstări compatibile şi, deci, entropia statistică maximă. Entropia informaţională o funcţie matematică (introdusă de Shannon) care, dat X = X X...,, cu probabilităţile de fiind un set de evenimente disjuncte { 1,, X n } realizare p { p p..., } =, descrie informaţia medie pe eveniment, întrucât e o 1,, p n 9 măsură a reducerii (în medie) a incertitudinii unui receptor de informaţie. Formula entropiei informaţionale este H = p i log pi. Se demonstrează că incertitudinea receptorului este cu atât mai mare cu cât distribuţia probabilităţilor de realizare a evenimentelor e mai aproape de uniformitate (distribuţie echiprobabilă), caz în care incertitudinea devine maximă. Entropia socială funcţie matematică care măsoară diversitatea sistemelor sociale în general. Formula de calcul a entropiei sociale este aceeaşi cu cea a entropiei informaţionale, doar că i n i= 1 p reprezintă probabilitatea de a găsi un individ al sistemului în clasa i a acestuia. Entropia socială este nulă pentru sisteme sociale omogene (diversitate minimă), iar valoarea maximă o atinge în cazul grupurilor sociale eterogene care au în toate clasele acelaşi număr de indivizi (diversitate maximă). Entropia socială poate fi utilizată ca o măsură
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks