PT748270E - Materiais programaveis - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO “Materiais programáveis” O presente invento refere-se a uma máquina de forma substancialmente paralelepipédica, que tem meios para interactuarem de tal maneira com máquinas idênticas de modo a provocarem o movimento relativo das mesmas e da máquina.

Tradicionalmente, as máquinas e as estruturas de engenharia têm sido construídas a partir de partes, cada um concebida para desempenhar uma função específica numa posição específica numa máquina ou estrutura. Uma tal abordagem limita a utilidade das partes noutras máquinas ou estruturas.

Em EP-A-0 129 853, na qual é baseado o preâmbulo da reivindicação 1, é descrito um mecanismo que consiste num agrupamento de máquinas, cada uma delas ligada permanentemente nas suas vizinhanças por tirantes telescópicos. Pela alteração selectiva dos tirantes, a forma geral do mecanismo pode ser alterada. A conferência internacional IEEE de 1988 sobre robótica e automação (1988 IEEE International Conference on Robotics and Automation), volume 3, págs. 1581 a 1586, propôs uma sistema que consiste de diversos módulos funcionais especializados, que podem ser os próprios montados numa máquina de operação, configurada para uma finalidade específica. O presente invento reflecte uma abordagem muito diferente à concepção e construção de máquinas e estruturas. O invento proporciona uma máquina de forma substancialmente paralelepipédica, que tem meios para interactuarem de tal maneira com máquinas idênticas de modo a provocarem o movimento relativo das mesmas e da máquina, caracterizada por a mesma compreender meios, dispostos de modo a interactuarem com máquinas idênticas, de modo a provocarem o transporte relativo das mesmas e da máquina sobre uma face do paralelepípedo, ao mesmo tempo que permitem apenas o movimento substancialmente paralelo a essa face, e meios dispostos de tal

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ modo para interactuarem com máquinas idênticas, de modo a fixarem a máquina em posição relativamente às mesmas. A máquina tem forma substancialmente paralelepipédica, de modo que podem ser formadas filas, placas e blocos de máquinas idênticas espaçadas muito próximas ou adjacentes. As mesmas têm também essa forma, de modo que uma máquina pode mover-se ou ser movida sobre uma tal fila ou placa, ao mesmo tempo que mantém uma das suas faces paralela e próxima das faces expostas ou adjacentes à mesma das máquinas da fila ou placa. Claramente, a máquina pode partir de uma forma exactamente paralelepipédica pela remoção das partes das suas faces não necessárias para interactuarem com as máquinas vizinhas. A máquina pode responder a sinais externos, comunicados à mesma de modo a efectuar o transporte e a fixação.

Adicional ou alternativamente, a máquina pode incluir um computador e responder aos sinais gerados por esse computador, de modo a efectuar o transporte e a fixação.

Os meios de fixação ou os meios de transporte ou ambos podem compreender electromagnetos.

Os meios de transporte ou os meios de fixação ou ambos podem compreender partes ou características mecânicas em máquinas que se interbloqueiam com partes ou características complementares em máquinas idênticas.

Os meios de transporte podem compreender partes ou características mecânicas, que podem ser provocadas a interbloquearem com partes ou características complementares numa máquina idêntica, de uma maneira tal de modo a permitirem o movimento relativo da máquina ao longo de eixos particulares. Essas partes ou características podem ser dispostas para proporcionarem dois interbloqueios engatáveis independentemente entre a máquina e uma máquina idêntica, cada um dos quais permite o movimento relativo entre as duas máquinas apenas ao longo de um eixo respectivo de dois ou mais eixos diferentes.

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As partes ou características de interbloqueio podem compreender um componente extensível a partir da máquina, para dentro de um recesso ou ranhura numa máquina idêntica, incluindo o componente cunhas extensíveis para bloqueio do componente no recesso ou ranhura.

As partes ou características de interbloqueio podem compreender pares de componentes, sendo os componentes de cada par extensíveis a partir de uma face da máquina, em direcções diferentes com um ângulo em relação à normal a essa face, para dentro de um respectivo de um par de recessos ou ranhuras numa face de uma máquina idêntica.

As partes ou características de interbloqueio podem compreender pares de componentes, estando cada componente de um par montado para rodar entre uma posição retirada e uma posição prolongada. Com vantagem, os componentes de um par recebem nas suas posições prolongadas, nas respectivas ranhuras nos componentes, respectivos lábios de um par de lábios opostos numa máquina idêntica. A máquina pode compreender uma pluralidade de cavilhas numa face da máquina que podem ser engatadas numa máquina idêntica vizinha, de modo a localizarem a mesma em posição, sendo as cavilhas retraíveis, de modo a libertarem a máquina vizinha.

As cavilhas podem ser engatáveis com partes ou características mecânicas de interbloqueio da máquina vizinha.

As cavilhas podem ser deprimíveis por uma máquina idêntica, que está a avançar para se tornar uma tal máquina vizinha. O invento proporciona um dispositivo equivalente em dimensão a um bloco paralelepipédico de uma pluralidade das máquinas de acordo com o invento, dispositivo que tem partes ou características complementares às ditas partes ou características mecânicas e dispostas para interbloquearem com as mesmas, de tais máquinas de acordo com o invento, de modo a permitirem às ditas partes ou características mecânicas efectuarem o transporte e a fixação relativos, que 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

4 ocorreriam se ο dispositivo consistisse de um bloco paralelepipédico das ditas máquinas. A máquina pode ter uma forma substancialmente cubóide, a qual é, de preferência, um cubo. A máquina pode ter quatro meios em cada face da máquina para comunicação de energia ou de dados a máquinas idênticas vizinhas, estando esses meios localizados nas mesmas posições em cada face e estando localizados de tal maneira ou em cada uma das linhas centrais diagonais ou em cada uma das linhas centrais ortogonais de cada face, de modo a preservarem a simetria rotacional de quatro dobras da face.

Adicional ou alternativamente, a máquina pode ter quatro pares de meiosde entrada e meios de saída para comunicação de dados às máquinas vizinhas idênticas, estando esses meios localizados nas mesmas posições em cada face e estando os meios de entrada e os meios de saída de cada par localizados simetricamente de tal maneira em cada lado ou das linhas centrais diagonais ou das linhas centrais ortogonais da face, de modo a preservar a simetria rotacional de quatro dobras da face. O invento proporciona ainda estruturas e máquinas, montadas a partir das máquinas de acordo com o invento. O invento proporciona também um processo de movimentação de uma primeira máquina ou dispositivo de acordo com o invento, a partir de um primeiro sítio para um segundo sítio, o qual está alinhado com o primeiro sítio e vizinho do mesmo, numa direcção paralela aos sítios vizinhos, em que cada sítio é uma máquina ou dispositivo de acordo com o invento e em que o movimento é efectuado pelos mesmos meios para provocarem o transporte relativo. A primeira máquina pode ter vizinhos que estão fixos à mesma e que se movem com a mesma.

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ Ο processo pode ser aplicado repetitivamente para mover uma máquina ou dispositivo ao longo de uma fila de máquinas ou dispositivos e, com vantagem, esse movimento é contínuo. O invento proporciona ainda um processo de prolongamento por uma unidade, terminando uma faixa de unidades numa fila numa unidade de ponta, sendo as unidades máquinas ou dispositivos únicos de acordo com o invento, ou sendo biocos paralelepipédicos de tais máquinas, compreendendo o processo a movimentação de um par de unidades ao longo de uma faixa até que uma do par seja um vizinho da unidade de ponta e a outra se prolongue para além da unidade de ponta, e a movimentação da outra unidade de um par a partir de ser um vizinho da primeira unidade para ser um vizinho da unidade de ponta, posição na qual a mesma se torna uma nova unidade de ponta, sendo o movimento das máquinas ou dispositivos de acordo com o invento. O invento proporciona também um processo de prolongamento de uma unidade a uma faixa de unidades numa fila, que começa numa unidade de base, sendo as unidades máquinas ou dispositivos únicos de acordo com o invento, ou sendo blocos paralelepipédicos de tais máquinas, tendo a unidade de base uma ou mais máquinas ou dispositivos vizinhos, que não estão na fila, compreendendo o processo a adição de uma unidade extra à fila antes da unidade de base e o avanço da fila relativamente a uma ou mais máquinas vizinhas da unidade de base de uma distância de uma unidade na direcção que resulta o movimento da unidade extra para o sítio original da unidade de base. O invento proporciona também um processo de retracção de uma faixa, que compreende a inversão dos passos de qualquer dos processos de prolongamento de uma faixa de acordo com o invento. O invento proporciona ainda um processo de fornecimento de máquinas e/ou dispositivos de acordo com o invento a partir de um primeiro ponto para um segundo ponto, que compreende a construção a partir de tais máquinas e/ou dispositivos de uma estrutura que liga os dois pontos, e a movimentação das máquinas e/ou dispositivos ao longo da estrutura a partir do primeiro ponto para o segundo ponto.

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 6 Ο invento proporciona também um processo de construção de uma estrutura que compreende as máquinas e/ou os dispositivos de acordo com o invento, compreendendo o processo qualquer dos processos de prolongamento de uma faixa de acordo com o invento.

Por analogia com a química dos plásticos, as máquinas individuais serão referidas como “monómeros" na descrição, que se segue, dos exemplos do presente invento. Claramente, a correspondência não é completa, por exemplo, os monómeros químicos não se transportam uns aos outros. A capacidade dos monómeros transportarem cada um dos outros significa que o material pode ele próprio formar-se em estruturas sem a necessidade de ferramentas para conformar o mesmo. Para construir uma estrutura, os monómeros são fornecidos pelo próprio material para as posições desejadas. O material é programável no sentido que muitas estruturas diferentes podem formar os mesmos monómeros e então um “material programável” é um nome que pode ser dado a uma colecção dos monómeros.

Serão agora descritos, apenas por meio de exemplo, os materiais de acordo com o presente invento e os processos de acordo com o presente invento de formação dos mesmos em estruturas e máquinas. Será feita referência às figuras anexas, das quais: a Fig. 1 mostra as mesmas estruturas básicas, formadas a partir de monómeros de tijolo cúbicos. A Fig. 2 mostra as mesmas estruturas adicionais formadas a partir de monómeros. A Fig. 3 mostra faixas normais e tipo L. A Fig. 4 mostra um monómero, o qual tem ranhuras ao longo das linhas centrais ortogonais de cada face.

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As Figs. 5a e 5b mostram o monómero estando os dispositivos de bloqueio prolongados e estando os dispositivos de bloqueio na posição completamente prolongada, respectivamente. A Fig. 6 mostra o mecanismo para prolongamento dos dispositivos de bloqueio. A Fig. 7 mostra as cunhas extensíveis a partir dos dispositivos de bloqueio. A Fig. 8 mostra o mecanismo para o prolongamento das cunhas.

As Figs. 9a a 9d mostram alguns cortes transversais de dois dispositivos de bloqueio vizinhos dos monómeros e como os mesmos se interbloqueiam. A Fig. 10 mostra como os monómeros são feitos para se moverem unidades relativamente aos outros.

As Figs. 11a e 11b mostram as posições das engrenagens, utilizadas para moverem os monómeros.

As Figs. 12 e 13 mostram o mecanismo para accionamento das engrenagens.

As Figs. 14a a 14c e 15a a 15g mostram os dispositivos de bloqueio em várias posições para o transporte e a fixação dos monómeros.

As Figs. 16a e 16b mostram um mecanismo para localização dos monómeros em posição.

As Figs. 17a a 17d mostram um segundo tipo do monómero e o seu mecanismo para o transporte e a fixação de monómeros idênticos.

As Figs. 18a e 18b mostram configurações de cunhas do segundo tipo de monómero para o transporte e a fixação de outros monómeros idênticos. A Fig. 19 mostra um monómero parcialmente completo de um terceiro tipo. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

8 A Fig. 20 mostra a operação dos dispositivos de bloqueio de charneira, utilizados no terceiro tipo de monómero para o transporte e a fixação.

As Figs. 21 e 22 mostram uma variante dos dispositivos de bloqueio de charneira. A Fig. 23 mostra uma parede de monómeros electromagnéticos. A Fig. 24 mostra as ligações entre as faces de um monómero para dados e energia. A Fig. 25 mostra uma disposição para os contactos entre para dados e energia na superfície de um monómero.

As Figs. 26a a 26e mostram como cresce uma faixa tipo L.

As Figs. 27a a 27d mostram o crescimento de uma faixa tipo L, em que as unidade têm 2x2x2 blocos de monómeros individuais.

As Figs. 28a a 28d mostram o crescimento de uma faixa tipo L, em que algumas unidade têm 2x2x2 blocos de monómeros individuais e algumas são monómeros maiores de uma dimensão equivalente.

As Figs. 29a a 29f mostram processos para alteração da direcção do crescimento de uma faixa tipo L de 90°.

As Figs. 30a a 30i mostram um processo de rodar uma faixa composta por 2x2x2 unidades de 90°. A Fig. 31 mostra uma torre formada por monómeros.

Referindo os desenhos anexos e inicialmente a Fig. 1, os monómeros 1 têm a forma de tijolos cúbicos. Cada monómero é provido em cada face com meios (não mostrados na Fig. 1) para fixação do mesmo face-a-face a um outro monómero semelhante e para provocar o movimento relativo dos dois monómeros paralelo aos bordos da face. Os monómeros podem ser montados para formarem quase qualquer

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ forma desejada e, como exemplos um bloco sólido 2, uma parede 3 e uma placa 4 estão mostrados na Fig. 1. Um bloco sólido pode ser pensado como sendo composto por uma série de paredes sólidas adjacentes ou como placas planas empilhadas em conjunto. A Fig. 2 mostra algumas formas adicionais 5 e 6. A forma 5 é ainda um outro objecto, que está contido dentro do bloco sólido 2, representado na Fig. 1. Tal como as paredes e as placas, existem muitos outros objectos, os quais podem estar contidos num sólido, o qual ser realizado se um conjunto existente de monómeros for esculpido ou rearranjado pela adição de monómeros, remoção de monómeros, redisposição dos monómeros ou uma sua combinação. Este tipo de escultura ou redisposição pode ser conseguido pela utilização de meios incluídos nos monómeros para moverem os monómeros em torno da superfície do objecto, como é descrito com mais pormenor a seguir. Podem ser utilizados computadores e suporte lógico para controlo do movimento dos tijolos, para automatizar o processo de conformação.

Os tijolos podem ser dispostos em máquinas, por exemplo, uma máquina de andar 6, como é mostrado na Fig. 2. É mostrado a seguir como fazer a máquina 6 andar.

Existem mecanismos importantes, os quais serão descritos em profundidade a seguir, que são os blocos de construção da operação de material programável. Como um breve exemplo destes, são mostrados dois desses mecanismos na Fig. 3, a faixa normal 7 e a faixa tipo L 8. A faixa normal 7 é uma protuberância tipo barra, a qual pode crescer para fora da superfície. A barra cresce numa direcção normal à superfície. A mesmo é prolongada de um monómero de cada vez pela fixação de um monómero na parte de trás da barra e empurrando a barra para fora. A faixa tipo L 8, por outro lado, cresce pela fixação de mais monómeros, um de cada vez, na parte da frente da faixa. Estes mecanismos são totalmente reversíveis. Isto é, os mesmo podem contrair-se bem como crescer.

Tendo explicado brevemente as estruturas formadas a partir dos monómeros, serão agora examinados com mais pormenor os próprios monómeros.

Referindo a Fig. 4, uma forma de monómero indicada geralmente pelo número de referência 1 tem a forma cúbica e tem um par de ranhuras 11 com a forma de uma 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

10 cruz em cada face, que dividem a face em quatro. As ranhuras 11 são chamadas ranhuras maiores. As paredes das ranhuras 11 têm cada uma delas uma ranhura adicional escavada dentro das paredes ou de outro modo formada nas mesmas e esta é denominada a ranhura menor. Esta ranhura menor proporcionará o aperto necessário, quando os monómeros estão a deslizar ao longo do lado de baixo de outros monómeros ou quando sobem as paredes. A ranhura maior 11 contém dentro da mesma mecanismos de bloqueio e tracção (não mostrados na fig. 4). O mecanismo de bloqueio permite aos monómeros serem firmemente bloqueados entre si. O mecanismo de tracção permite aos monómeros 1 moverem-se relativamente entre si. Quando se movem, os monómeros 1 não se devem separar, uma vez que os mesmos podem estar a deslocar-se ao longo do lado de baixo de outro monómeros 1 ou os mesmos podem estar a subir paredes.

Referindo a Fig. 5, são proporcionados mecanismos tanto de tracção como de bloqueio, pelo menos, em parte por protuberâncias tipo flanges retraíveis em dispositivos de bloqueio 13, localizadas dentro das ranhuras maiores 11 de cada monómero 1, as quais podem ser prolongadas e podem chegar dentro da ranhura maior 11 de um monómero adjacente 1. Em cada face do monómero 1 existem quatro destes dispositivos de bloqueio 13, um em cada braço da cruz, formada pelas ranhuras maiores 11. Os dispositivos de bloqueio 13 são operados como dois pares, compreendendo cada um deles dois dispositivos de bloqueio alinhados numa única ranhura maior 11. Se um par de dispositivos de bloqueio se prolonga, então os dois monómeros adjacentes podem deslizar relativamente entre si, apenas na direcção da ranhura maior, na qual estes dispositivos de bloqueio estão. Se ambos os pares dos dispositivos de bloqueio estão prolongados, então os dois monómeros não podem deslizar um para além do outro em qualquer direcção. A Fig. 6 mostra como o dispositivo de bloqueio 13 é empurrado para fora do seu monómero 1 e é retraído para dentro do mesmo. Um motor 21, fixo dentro do monómero 1 por baixo da ranhura maior 11, tem um veio de parafuso 22 que se prolonga ou se retrai à medida que o mesmo roda, dependendo do sentido, no qual o motor eléctrico roda o mesmo. A extremidade do veio 22 está ligada ao dispositivo de bloqueio 13 por um mecanismo de desacoplamento de esfera e encaixe 40, de uma

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ maneira tal que quando o veio se enrosca ou desenrosca, o dispositivo de bloqueio prolonga-se ou retrai-se sem rodar.

Os dispositivos de bloqueio 13 têm cunhas retraíveis 14 (ver a Fig. 7) dentro dos mesmos. Estas cunhas 14 têm de ser completamente retraídas para dentro do dispositivo de bloqueio 13, quando o dispositivo de bloqueio está a ser retraído para dentro ou prolongado a partir da sua ranhura maior 11, mas logo que o mesmo tenha chegado dentro da ranhura maior 11 de um outro monómero 1, as cunhas 14 são empurradas para fora e engatam nas ranhuras menores 12 do monómero adjacente. As cunhas 14 bloqueiam então os dois monómeros 1 em conjunto de tal modo que os mesmos podem deslizar ao longo do eixo do par de dispositivos de bloqueio, mas não podem separar-se. As cunhas 14 têm bordos dentados 19 para um mecanismo de pinhão e cremalheira, o qual será empregue para mover os monómeros 1. Estão também mostrados na Fig. 7 os contactos de energia e sinais 15, os quais estão na superfície dos dispositivos de bloqueio 13. Quando os dispositivos de bloqueio 13 são inseridos na ranhura maior 11 de um outro monómero 1 para bloqueio, os contactos 15 fazem o contacto eléctrico com os contactos correspondentes nos dispositivos de bloqueio 13, que pertencem ao outro monómero, os quais estão na sua posição retraída no fundo da ranhura maior 11 desse outro monómero. Os contactos são almofadas de um material condutor, depositado sobre um material isolante, o qual é depositado no metal do dispositivo de bloqueio. O baixo perfil destas almofadas permite aos dispositivos de bloqueio deslizarem para além de cada um dos outros, quando são movidos os monómeros vizinhos. Uma alternativa é ter uma disposição de espiga e encaixe, na qual as espigas de um dispositivo de bloqueio podem ser prolongadas para engate nos encaixes do dispositivo de bloqueio de um monómero vizinho. Tais espigas devem ter de ser retraídas antes dos monómeros serem movidos. A Fig. 8 microorganismos o mecanismo utilizado para empurrar e puxar as cunhas para dentro e para fora. O excêntrico rotativo 16 tem uma ranhura oval 18, na qual engatam os pinos 17, aos quais as cunhas 14 estão fixas, de modo que, quando o excêntrico 16 roda os pinos 17, e com os mesmos as cunhas 14, são movidos simetricamente para dentro e para fora. A rotação do excêntrico 16 está sob o controlo de um motor eléctrico 20, o qual tem engrenagens em baixo para proporcionar uma força de accionamento suficientemente elevada e baixa velocidade de operação. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 12

As Figs. 9a a 9d mostra a operação dos dispositivos de bloqueio 13 com as cunhas 14. A secção destacada dos dois monómeros 1 na Fig. 9a mostra os dispositivos de bloqueio 13 de ambos os monómeros completamente retraídos. Na Fig. 9b, o dispositivo de bloqueio 13 está, a partir do monómero de topo 1, prolongado para baixo para dentro do monómero 1 por baixo. Os contactos 15 não estão mostrados na Fig. 9, mas neste ponto os mesmos estão engatados, permitindo que a energia e os sinais sejam transferidos de um monómero para o outro. Na Fig. 9c as cunhas 14 estão prolongadas e os monómeros bloqueados entre si. Os monómeros 1 estão agora inseparáveis, mas porque o dispositivo de bloqueio 13 e as suas cunhas 14 confinam o monómero em apenas dois eixos (movimento não possível da esquerda para a direita ou para cima e para baixo, como visto na Fig. 9c), os monómeros 1 estão livres para deslizar um em relação ao outro para dentro e para fora do plano do papel. Este mecanismo é reversível e pode operar como mostrado na Fig. 9d, em que o monómero 1 no fundo está bloqueado ao topo do monómero 1.

Será agora descrito como, seguindo a partir da Fig. 9c, o monómero topo 1 pode ser movido. A Fig. 10 mostra os dois monómeros bloqueados entre si por um dispositivo de bloqueio 13, prolongado a partir do monómero de topo 1 para o monómero de fundo 1. As cremalheiras dentadas 19, nas cunhas 14 do dispositivo de bloqueio 13, engatam as engrenagens de pinhão 23 do monómero de fundo. Isso proporciona um mecanismo de pinhão e cremalheira, pelo qual os monómeros podem ser movidos um em relação ao outro. Um par de engrenagens 23 opostas entre si em cada lado de uma ranhura maior 11, estão ligadas por rodas de engrenagem 25, por baixo da ranhura maior. Como mostrado na Fig. 10, o par de engrenagens 23 é accionado por um motor eléctrico 24 no veio de uma das engrenagens. O número de engrenagens 23 e as suas localizações 23 numa face típica de um monómero 1 são mostradas nas Figs. 11a e 11 b. A utilização dos diversos pares das engrenagens 23 ao longo de uma ranhura maior 11 é requerida para assegurar que, à medida que um monómero de topo 1 é movido ao longo de uma fila dos monómeros de fundo 1, quando o dispositivo de bloqueio dianteiro 13 de um par é empurrado ao longo sobre o monómero seguinte 1 na fila, as cunhas 14 do dispositivo de bloqueio traseiro 13 do par estão ainda engatados pelas engrenagens

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 23 até ο primeiro par das engrenagens 23 do monómero de fundo seguinte 1 aperta as cunhas 14 e começa a puxar o monómero de topo.

Todas as engrenagens 23, numa face de um monómero 1, podem rodar ao mesmo tempo, com uma simplificação consequente dos trens de controlo e accionamento. Isto é porque, em qualquer momento, quando o movimento é para ocorrer, está engatado apenas um par de dispositivos de bloqueio 13, ou como mostrado na Fig. 11a ou como mostrado na Fig. 11b, e as engrenagens 23 na outra ranhura maior 11 pode rodar livremente.

Um vista de topo das engrenagens 23 e das suas rodas de engrenagem de ligação 25 (em silhueta) são mostradas na Fig. 12. Existe sempre uma sobreposição ente as rodas de engrenagem de ligação 25, como visto na vista plana, as mesmas estão colocadas a alturas diferentes para evitar qualquer conflito espadai.

Como mostrado na Fig. 13, um sistema de correias dentadas 26 liga as engrenagens 23, transmitindo o accionamento de um par de engrenagens 23 para um outro. Apenas um motor 24 é então necessário para todas as engrenagens 23 ao longo de um ranhura maior 11 e é assegurado que todas as engrenagens rodarão com a mesma velocidade. As correias 26 são mantidas contra as engrenagens 23 por um conjunto de rolos com rotação livre 31 (mostrados também na Fig. 13). As duas correias 26 são necessárias para accionarem todas as engrenagens 23 de uma face do monómero, uma correia para cada um dos dois eixos. As duas correias 26 são ajustadas a alturas diferentes, de modo que as mesmas não interfiram entre si. Estas correias 26 são ajustadas por baixo do mecanismo de bloqueio, de modo que as mesmas não interfiram com o movimento para cima e para baixo dos dispositivos de bloqueio 13. Uma roda de engrenagem grande 27, a qual pode ser uma das rodas de engrenagem grandes 25, em cada correia 26 está engrenada numa roda de engrenagem grande semelhante 27 na outra correia 26, como mostrado a tracejado na Fig. 12. Isso liga todas as rodas entre si, de modo que um motor 24 pode accionar todas elas.

Como mostrado nas Figs. 9c e 9d, existe um intervalo, mantido entre os monómeros 1, como um resultado das cunhas engatadas 14. Este intervalo pode ser muito pequena (menos do que 100 mícron) ou o mesmo pode ser ajustado a cerca de 1 a 2 milímetros. Para assegurar que os monómeros 1 não se estão a tocar em

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 14 qualquer momento, ο intervalo necessita de ser largo e ajustado a cerca de 1 milímetro. Um intervalo muito pequeno significa que o mecanismo pode encravar-se. Isto é importante uma vez que os monómeros, em utilização, estão continuamente a serem movidos relativamente entre si, e os mesmos não devem friccionar-se uns contra os outros. Os mecanismos tais como a faixa normal 7 (Fig. 3) são particularmente propensos para se encravarem sem o intervalo bom entre os monómeros. O intervalo sem interferência pode ser visto nas Figs. 1 a 4, em que os monómeros estão concebidos como tijolos separados. De preferência, os intervalos são estabelecidos de tal modo que os monómeros 1, à parte dos seus dispositivos de bloqueio 13, nunca se tocam.

Com monómeros 1, que não se tocam, a estabilidade de uma estrutura é mantida, assegurando que os dispositivos de bloqueio 13 são feitos de materiais fortes. Podem ser empregues cavilhas adicionais na superfície dos monómeros 1 para proporcionar mesmo mais rigidez, quando numa posição bloqueada.

Quando os monómeros 1 se movem, os dispositivos de bloqueio têm de proporcionar estabilidade e tolerar a vibração. A estabilidade pode se proporcionada por mecanismos de bloqueio mais largos, que param o movimento de oscilação. A largura do dispositivo de bloqueio determina quão estável é um monómero quando o mesmo é movido. Dispositivos de bloqueio mais finos tendem a permitir aos monómero balançar mais, quando os mesmos são movidos. Dispositivos de bloqueio mais largos são menos económicos. Crê-se que uma largura de cerca de um quarto a um quinto da largura total do monómero é, em geral, um compromisso razoável, em que a estabilidade mecânica é assegurada para utilização económica dos materiais.

Para permitir que os monómeros se movam, deve existir algum jogo, quando um par de dispositivos de bloqueio 13 estão engatados. No entanto, quando ambos os pares dos dispositivos de bloqueio 13 estão engatados, de modo a fixarem os monómeros 1 em posição, este jogo não é desejável. Este problema pode ser evitado pelo engate adicional das cunhas 14, de modo que as mesmas engatem dentro do outro monómero 1 mais apertadamente. As cunhas 14 têm assim três posições de operação, a saber, completamente retiradas, parcialmente prolongadas (quando é desejado o movimento dos monómeros) e completamente prolongadas (quando é desejado fixar os monómeros). 15

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Antes de um monómero 1 ser movido, existe uma variedade de posições de partida para os dispositivos de bloqueio 13. O monómero que vai ser movido pode ter todos os seus dispositivos de bloqueio 13 prolongados para dentro do corpo de um outro monómero 1. O outro monómero 1 pode ter os seus dispositivos de bloqueio 13 prolongados para dentro do monómero 1, que vai ser movido. Uma outra situação é que os dispositivos de bloqueio 13 prolongam-se a partir de ambos os monómeros para dentro de cada um dos outros. Estas posições de partida podem ter de ser alteradas para corrigir a inserção dos dispositivos de bloqueio 13 antes dos monómeros 1 serem movidos na direcção desejada.

Devem ser consideradas as Figs. 14a a 14c e 15a a 15g, as quais mostram os dispositivos de bloqueio 13 esquematicamente no corte transversal de um monómero 1. Nem todos os dispositivos de bloqueio pode estar representados, porque o monómero é tridimensional, mas as duas secções dimensionais são suficientes para representar muitos pontos relativos ao movimento dos monómeros. Em cada uma das Figs. 14a a 15g, para cada um das faces em secção do monómero são mostradas em vista lateral os dois dispositivos de bloqueio 13 na ranhura maior 11, que corre ao longo do plano do papel e entre as mesmas, e em vista de extremidade de um dos dispositivos de bloqueio 13 na ranhura maior 11 perpendicular ao plano do papel. A Fig. 14a mostra todos os dispositivos de bloqueio 13 retraídos. As Figs. 14c, 15a, e 15b mostram uma série de exemplos, em que os vários grupos de dispositivos de bloqueio foram empurrados para fora, como se para engatarem nos monómeros vizinhos (não mostrados).

As Figs. 14c e 15a mostram pares esquerdos e direitos de dispositivos de bloqueio no plano prolongado do papel. Na Fig. 15a, que permite aos monómeros se moverem para cima ou para baixo, propulsionados pelas engrenagens 23 nos monómeros à sua esquerda, ao mesmo tempo na Fig. 14f o monómero direito 1 era empurrado para o monómero esquerdo 1, o par dos seus próprios dispositivos de bloqueio 13, que está perpendicular aos dispositivos de bloqueio 13, prolongados a partir do monómero esquerdo 1, de modo que os dois monómeros ficam bloqueados entre si contra o movimento em qualquer direcção. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

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As Figs. 14c e 15b mostram dispositivos de bloqueio 13 normais ao plano prolongado do papel. Na Fig. 15a, que permite ao monómero mover-se para dentro e para fora do plano do papel, propulsionados pelos monómeros para a esquerda, ao mesmo tempo que na Fig. 14f, como indicado acima, os dois monómeros estão bloqueados entre si. A Fig. 14b mostra todos os dispositivos de bloqueio 13 numa face de um monómero 13 prolongado, que fixa o monómero em relação ao adjacente ao mesmo.

As Figs. 14b e 14c representam dois esquemas de bloqueio, em que os pares dos monómeros 1 estão bloqueados entre si. O processo de bloqueio da Fig. 14b a partir daqui será conhecido como o “bloqueio de face”, enquanto o processo da Fig. 14c será conhecida como o “bloqueio complementar”. O bloqueio de face é mais adequado para recolher os monómeros mortos ou passivos 1, que têm as ranhuras maiores 11 e as ranhuras menores 12, (mas não têm dispositivos de bloqueio), tais como ferramentas e equipamento destinado para utilização em conjugação com os monómeros. Um monómero morto 1 é um monómero 1, o qual está defeituoso e incapaz de operar os seus dispositivos de bloqueio com comando. Uma outra utilização do bloqueio de face é trancar em suportes estruturais (os quais não estão normalmente activos) para aperto enquanto sobe ou se move em torno. O bloqueio complementar proporciona, por outro lado, melhor resistência estrutural devido as fadigas de progresso são regularmente distribuídas entre os dois monómeros 1 e é, por conseguinte, normalmente preferido para o bloqueio conjunto de dois monómeros activos.

Foi mencionado acima que o engate apenas de um par dos dispositivos de bloqueio permite aos monómeros 1 deslizarem ao longo do eixo desse par de dispositivos de bloqueio. As Figs. 15a e 15b mostram duas possibilidades, “configurações de deslizamento”, dos dispositivos de bloqueio 13 que engatam para permitirem o movimento de um monómero 1 através de uma face de um monómero 1. Estes movimentos são perpendiculares entre si.

Na Fig. 15a o monómero da direita tem o seu dispositivo de bloqueio inserido dentro do monómero 1 da esquerda. O monómero esquerdo 1 activa os seus motores para mover o monómero direito para cima e para baixo. Note-se que enquanto o monómero direito se está a mover, o mesmo não necessita de energia. A 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

17 energia para esse monómero está desligada. O mesmo está efectivamente morto e qualquer controlo sobre o mesmo, incluindo os seus mecanismos e o seu estado estão perdidos. A energia mecânica necessária para mover o monómero 1 é proporcionada pelos monómeros estacionários 1 da esquerda, os quais utilizam os seus motores eléctricos 24. Quando o monómero 1, que está a ser utilizado atinge o seu destino, a energia pode ser encaminhada para o mesmo uma vez mais através dos dispositivos de bloqueio 13, para readquirir o controlo dos seus mecanismos internos.

Na Fig. 15b o monómero da direita tem os seus dispositivos de bloqueio prolongados para dentro o monómero da esquerda e podem ser movidos para dentro e para fora do plano do papel por um motor 24 do monómero esquerdo 1.

Existem várias posições de partida iniciais, a partir das quais os dispositivos de bloqueio 13 devem alterar a configuração para terminarem num das configurações de deslizamento mostradas na Fig. 15a ou na Fig. 15b. A Fig. 15c mostra uma disposição de 3x3 típica dos monómeros com uma grande variedade das posições de partida.

As Figs. 15d e 15e mostram como conseguir, a partir de dois casos possíveis diferentes do bloqueio de face para uma configuração de deslizamento. Estes quatro casos cobrem todas as combinações possíveis de uma posição de partida. Deve ser notado que, em todas as circunstâncias, enquanto os dispositivos de bloqueio 13 estão a mudar de configuração, são sempre mantidas a transmissão de energia e de bloqueio mecânico, entre, pelo menos, um conjunto de dispositivos de bloqueio 13. Apenas um conjunto dos dispositivos de bloqueio 13 está retraído ou inserido em qualquer momento. É sempre mantido também um intervalo de separação claro entre os monómeros 1, durante a operação, devido às cunhas 14 de um conjunto dos dispositivos de bloqueio 13 serem mantidas prolongadas, quando os dispositivos de bloqueio do outro conjunto estarem a ser movidas.

As cunhas 14 dos dispositivos de bloqueio 13, que estão a ser movidas são retraídas. Se as cunhas 14 não são retraídas, então os dispositivos de bloqueio 13 não podem ser movidos a não ser que todos eles sejam movidos simultaneamente. Se os mesmos fossem todos movidos, o efeito deve ser alterar o intervalo entre os monómeros, o que em geral não deve ser permitido que aconteça. O computador ou 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

18 outro controlador deve, por conseguinte, assegurar que as cunhas 14 em qualquer dispositivo de bloqueio 13 sejam retraídas antes que o dispositivo de bloqueio seja movido. Existem, no entanto, circunstâncias em que faz sentido que se movem os dispositivos de bloqueio 13 com as cunhas 15 engatadas. Por exemplo, na erecção de estruturas semipermanentes, os monómeros podem ser “parqueados” pela redução do intervalo entre os monómeros para zero de modo a apertar os mesmos entre si tão rigidamente quanto possível. A Fig. 15d mostra um caso de um bloqueio de face , no qual todos os quatro dispositivos de bloqueio do monómero direito 1 estão prolongados para dentro do monómero esquerdo 1. Para libertar o monómero direito 1 para movimento pelo motor 24 do monómero esquerdo 1, é simplesmente retraído um par dos dispositivos de bloqueio 13 do monómero direito. A Fig. 15e mostra o outro caso de um bloqueio de face, no qual todos os quatro dispositivos de bloqueio 13 do monómero esquerdo se prolongam para dentro do monómero direito 1. Para libertar monómero direito 1 para movimento bloqueio de face é, em primeiro lugar, convertido num bloqueio complementar retirando o par de dispositivos de bloqueio do monómero esquerdo 1 que assenta ao longo da direcção do movimento pretendido e prolongando o correspondente par dos dispositivos de bloqueio 13 do monómero direito 1. O par prolongado remanescente dos dispositivos de bloqueio do monómero esquerdo é então retirado. A Fig. 15f mostra o caso de um bloqueio complementar, no qual é apenas necessário retirar o par prolongado de dispositivos de bloqueio 13 do monómero esquerdo 1 a fim de libertar o monómero direito 1 para movimento. A Fig, 15g mostra o outro caso de um bloqueio complementar. Para libertar o monómero direito 1 para movimento na direcção desejada, o bloqueio complementar é, em primeiro lugar, convertido num bloqueio de face, no qual o monómero direito 1 tem todos os quatro dos seus dispositivos de bloqueio prolongados, sendo retirado pelo monómero esquerdo 1 o seu par prolongado dos dispositivos de bloqueio 13, que assentam ao longo da direcção do movimento pretendido e prolongando o monómero direito 1 o seu par correspondente. O monómero direito 1 retira então o outro dos seus pares dos dispositivos de bloqueio 13, deixando engatado o par de 19 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ dispositivos de bloqueio 13 ao longo do eixo, no qual se pretende mover o monómero direito.

Uma vez os monómeros 1 libertos para se moverem são movidos, activando selectivamente os motores 24 nos monómeros estruturais fixos 1. A energia destes motores não necessita de ser ligada ao mesmo tempo sobre uma pista longa dos monómeros adjacentes 1. A energia pode ser ligada para os monómeros 1 que estão a transportar um outro monómero 1 pouco antes do monómero em movimento dever chegar. Algumas vezes é permitido que cada monómero 1 acelere e retarde o seu motor de tracção 24.

Enquanto o movimento é efectuado através da utilização de engrenagens 23 e dispositivos de bloqueio extensíveis 13 com cunhas dentadas 14, existe um problema mecânico de assegurar que os monómeros 1 chegam aos seus destinos e param com precisão com todos os quatro dispositivos de bloqueio de uma face adequadamente alinhados, um requisito se a energia e as ligações de dados são para serem feitas e se as estruturas são para serem construídas com precisão. Estes problemas são provocados pela inércia do monómero movido 1, pela inércia do motor 24 e pelos mecanismos de engrenagens, e pelas tolerâncias nas maquinagem das partes. Uma grande parte do problema da inércia pode ser resolvido retardando os monómeros 1 à medida que os mesmos se aproximam das suas posições desejadas, mas o problema remanescente das tolerâncias de maquinagem é tal que com esta concepção dos monómeros 1 podem ser requeridos alguns meios adicionais para assegurar o posicionamento do monómeros no final de um movimento.

As Figs 16a e 16b mostram uma forma de mecanismo de paragem mecânico, para uma face do monómero cúbico 1, para localização de um monómero em movimento 1 em posição. O mecanismo de paragem compreende quatro cavilhas de mola 28, localizadas nas ranhuras maiores 11, uma perto de cada bordo da face do cubo. Cada uma das quatro cavilhas 28 está montada com mola num suporte comum 29. O suporte 29 é utilizado para prolongar as cavilhas 28 para dentro da ranhura maior 11 em utilização e para retrair as mesmas quando as mesmas não são necessárias. O suporte 29 é actuado por um motor de solenoide ou linear. Os bordos virados para fora das cavilhas 28, os bordos mais próximos dos bordos das faces do cubo, são chanfrados. Isso e a sua montagem com mola no suporte 29 permite que os mesmos sejam deprimidos para trás para dentro do corpo do monómero 1 pelos

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 20 dispositivos de bloqueio 13 de uma monómero em avanço. Os bordos virados para dentro não são chanfrados e portanto as cavilhas 28 actuam como uma retenção. Os dispositivos de bloqueio 13, os quais são a parte do monómero em avanço 1 que contacta com as cavilhas 28, devem ter também os bordos ligeiramente chanfrados, para permitirem uma entrada suave na retenção. Como mostrado na Fig. 16, as cavilhas 28 são forçadas para a posição prolongada por uma mola de compressão 32. Esta acção pode ser auxiliada pela inversão da acção do solenoide 30. A concepção do mecanismo de cavilha com mola é tal que a retenção pode ser activada, mesmo depois de um monómero em deslocação 1 ter parcialmente entrado na retenção, o que é desejável para um certo número das aplicações. A retenção trabalha apenas numa direcção axial num qualquer instante, devido a um monómero em avanço 1 ter apenas um par dos seus dispositivos de bloqueio 13 prolongados; nada entra em contacto com as cavilhas do outro eixo. Por conseguinte todas as quatro cavilhas de mola 28 podem ser ligadas ao mesmo suporte 29 e solenoide 30.

Logo que o monómero em movimento está na posição, as forças no mecanismo de cavilha com mola são, de preferência, minimizadas, bloqueando imediatamente os dois monómeros em conjunto com ou um bloqueio complementar ou um bloqueio de face. De outro modo as cavilhas com mola podem ficar distorcidas e encravarem nos seus encaixes. A acção por defeito da mola 32 sobre o suporte 29 é prolongar as cavilhas 28. Esta acção é desejável para parar o monómeros em movimento 1 se ocorrer uma falha súbita de energia.

Referindo agora as Figs. 17 e 18, uma segunda forma de monómero cúbico 33 tem em cada face quatro ranhuras posicionadas simetricamente, correndo cada uma delas paralelamente e bastante perto de um respectivo bordo da face. Cada ranhura compreende um rasgo 34 a 45° em relação à face do cubo, inclinado para o centro do cubo e um rasgo semelhante 41 inclinado para fora a partir do centro do cubo.

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Como a primeira forma de monómero descrita acima, a segunda forma do monómero utiliza dois pares de dispositivos de bloqueio para cada face do cubo 33. Cada dispositivo de bloqueio compreende uma cunha 35, que pode ser prolongada para fora de um dos rasgos 34 e retraída para dentro de um dos mesmos e, quando prolongada, engata no rasgo 41 de um monómero adjacente. Os rasgos 34 e 41 estão posicionados de tal modo que os mesmos ficam alinhados quando os dois monómeros ficam face-a-face com o espaçamento correcto entre os mesmos. Cada par de dispositivos de bloqueio compreende os dispositivos de bloqueio próximos dos bordos opostos de uma face do monómero 33. As cunhas 35 de cada par estão ligadas por barras flexíveis 36 a um mecanismo de actuador linear comum 37. Como mostrado na Fig. 17, o actuador linear 37 compreende um motor 21, um veio de parafuso 22 e um mecanismo de desacoplamento de esfera e encaixe 40, semelhante aos mostrados na Fig. 6.

Quando do bloqueio, as barras flexíveis 36 são forçadas apertadamente por mola e não permitem que as cunhas 35 sejam empurradas para trás para dentro dos rasgos 34. As extremidades das cunhas 35 têm cremalheiras dentadas 42. Quando inseridas dentro de um outro monómero 33, os dentes 42 em cada cunha 35 engatam numa engrenagem de pinhão 43 do outro monómero 33. O accionamento das engrenagens 43 faz deslizar o monómero 33 com as cunhas 35 prolongadas ao longo de si. Um pormenor ampliado da engrenagem 43 e o bordo dentado da cunha 35 está mostrado na Fig. 17b. A Fig. 17b, que é uma secção transversal, mostra apenas um par de cunhas 35 de cada monómero 33. Como mencionado acima existem dois desses pares em qualquer face. Na Fig. 17c é mostrada uma representação esquemática de todas as quatro cunhas 35 de uma face na posição prolongada.

Como mostrado na Fig. 17b, os eixos das engrenagens 43 são paralelos à face associada do monómero 33 e as engrenagens podem ser dispostas em frente do monómero 33, e as engrenagens podem ser dispostas em pares num veio comum, que engata nas duas cunhas 35 de um par. Cada par de rasgos 41 será provido com uma pluralidade de tais pares de engrenagens 43, as quais são, de preferência, accionadas a partir de um motor comum por um sistema de rodas de engrenagens e/ou correias de accionamento. Se é feita uma alteração correspondente dos dentes 42 das cunhas 35, o eixo das engrenagens 43 pode ser

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 22 rodado de 90°, como mostrado na Fig. 17d. Todas as engrenagens 43 para uma face de um monómero 33 têm então eixos paralelos e podem ser accionadas a partir de um único motor por uma correia dentada comum. O mecanismo de tracção da segunda forma de monómero 33 é, por conseguinte, semelhante à da primeira forma do monómero 1, e os processos explicados acima, com referência à Fig. 14 e 15, para conversão entre o bloqueio de face, o bloqueio complementar e as configurações de deslizamento, são os mesmos do que para os monómeros 1. Os monómeros 33 empregam também um mecanismo de paragem. Os monómeros 33 têm meios eléctricos semelhantes 15, montados nas cunhas 35 ou na face do monómero 33 por processos semelhantes ao monómero 1, para passar a energia e os dados e preservar a simetria de rotação de quatro dobras da face.

As Figs. 18a e 18b mostram ambas dois monómeros engatados 33. A Fig. 18a mostra um único par de cunhas 35, prolongadas a partir do monómero esquerdo 33 para a direita numa configuração de deslizamento. A activação das engrenagens 43 da face apropriada do monómero direito 33 deve mover o monómero esquerdo 33 para dentro ou para fora do plano do papel. A Fig. 18b mostra os pares de cunhas 35 do monómero esquerdo 33, prolongados para o monómero direito 33 no bloqueio de face.

Uma vantagem dos monómeros 33 sobre os monómeros 1 é que os mesmos não requerem o equivalente às cunhas 14 dos dispositivos de bloqueio 13 dos monómeros 1. Logo que um par de cunhas 35 de um monómero 33 é inserido dentro de um outro monómero 33, o ângulo de 90°, entre as cunhas 35, assegura automaticamente que os monómeros 33 não podem ser separados. Não existe a necessidade de qualquer componente adicional ser prolongado a partir das cunhas 35.

Os monómeros 33 têm um certo número de outras vantagens sobre os monómeros 1. Os mesmos são mais simples de implementar. O seu mecanismo de bloqueio de cunha ocupa menos profundidade no seu monómero. As suas cunhas 35 são muito mais finas do que os dispositivos de bloqueio 13 dos monómeros 1, economizando custos de material e de maquinagem. As suas cunhas 35 são mais leves e deslocam-se através de uma distância mais curta, o que resulta num

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ mecanismo de bloqueio mais rápido. Os monómeros 33 são mais baratos do que os monómeros 1 de maquinar e construir. O único mecanismo de ranhura é mecanicamente menos forte em concepção, com características que conduzem a maior concentração de fadiga e consequente ruptura, e/ou conduzem a um mecanismo que é mais propenso a encravamento mecânico do que o mecanismo de rasgo duplo. Uma tal característica é que os dispositivos de bloqueio 13 são estreitos quando comparados com a distância entre um par de cunhas 35, o quais é quase toda a largura de um monómero 33.

Referindo as Figs. 19 a 22, a terceira forma do monómero 44, como a primeira forma, tem uma única ranhura maior 47 em cada direcção através de cada face. O monómero 44, no entanto, tem um mecanismo de bloqueio de charneira, o qual em alguns aspectos é mais simples de construir e implementar do que qualquer dos dispositivos de bloqueio descritos acima. A Fig. 19 mostra um monómero parcialmente completo 44, que emprega o mecanismo de bloqueio de charneira. O monómero tem uma unidade de base cúbica 45, com uma unidade de face 46 montada em cada uma das seis faces da unidade de base. As ranhuras 47 são formadas nas faces externas 54 das unidades de face 46. Cada ranhura 47 tem a forma de T em secção transversal. A Fig. 20 mostra como duas unidades de faces opostas 46 de monómeros diferentes 44 se bloqueiam entre si. No fundo de cada um dos quatro braços da forma em cruz, formada pelas ranhuras 47 é proporcionado um par de dispositivos de bloqueio 48, os quais estão articulados para rodarem em torno de eixos paralelos ao comprimento da ranhura 47. Estes dispositivos de bloqueio podem rodar entre duas posições. Na posição desengatada, os mesmos assentam de modo planos ao longo do fundo da ranhura 47. Para atingir a posição engatada os mesmos rodam de 90°. Nessa posição os mesmos prolongam-se para dentro da ranhura 47 de uma unidade de face oposta 46. Cada dispositivo de bloqueio 48 está provido com duas ranhuras 49 e 51, que se prolongam paralelas ao comprimento da ranhura 47. A primeira ranhura 49, para lá a partir do eixo de rotação, engata num de dois lábios 50 proporcionados pela forma de T da ranhura de uma unidade de face oposta 46. Os dispositivos de bloqueio 48 de um par engatam nos respectivos lábios dos dois lábios 50. A segunda ranhura 51 recebe o correspondente lábio 50 de cada unidade de face própria do dispositivo de bloqueio, permitindo ao dispositivo de bloqueio atingir a sua posição engatada.

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Para facilitar ο movimento relativo dos dois monómeros 44, cada dispositivo de bloqueio 48 está provido, na sua extremidade, com uma cremalheira 52 para engate das engrenagens de pinhão 53, montadas na ranhura 47 de um unidade de face oposta 46. As engrenagens 53 estão montadas para rodarem em torno de eixos normais à face exterior 54 da unidade de face 46.

As considerações pelas quais os dispositivos de bloqueio engatam e desengatam são semelhantes para as dos monómeros 1 e 33, excepto que os dispositivos de bloqueio não são movidos aos pares mas a quatro, consistindo em todos os dispositivos de bloqueio, localizados dentro de dois braços opostos de uma das ranhuras 47 de uma unidade de face 46, isto é, todos os dispositivos de bloqueio 48 ao longo de um de dois eixos de movimento dos monómeros 33.

As Figs. 21 e 22 são secções transversais, como a Fig. 20, de uma unidade de face de um monómero 44, as quais mostram apenas metade de uma unidade de face. A Fig. 21 mostra uma concepção alternativa de um mecanismo de bloqueio de charneira, o qual difere da Fig. 20 porque cada um dos dispositivos de bloqueio 48 tem na sua extremidade uma projecção transversal 60, em vez da ranhura 49. Esta projecção bloqueia um monómero no seu vizinho por engate num rasgo 61 na parede da ranhura 47 do vizinho. A Fig. 22 inclui linhas de construção adicionais 62 e 65 para mostrar o espaço de folga 64, que é necessário para permitir ao dispositivo de bloqueio oscilar dentro da ranhura 49. Este espaço de folga pode ser minimizado (por exemplo, fazendo a projecção transversal 60 e o rasgo 61 seguir o arco de curva 65) para evitar as vibrações mecânicas. Semelhante à cremalheira 52 na Fig. 20, existe uma cremalheira 52 na ponta da projecção transversal 60. A cremalheira 52 engata na engrenagem de pinhão 63 (não mostrada na Fig. 22) como anteriormente.

Em vez de um mecanismo mecânico para interbloquear os monómeros para efectuar o movimento relativo e a fixação dos monómeros, das quais foram explicadas três concepções diferentes acima, é possível proporcionar monómeros que têm faces lisas e são movidos e fixos relativamente entre si por meio de electromagnetos dispostos no interior dos monómeros. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

25 Ο transporte dos monómeros é proporcionado por motores lineares, os quais compreendem electromagnetos. Os motores lineares dos monómeros estacionários levitam os monómeros que estão a ser transportados. Com a coordenação cuidadosa dos motores lineares de uma fila de monómeros estacionários, pode ser conseguida uma alta velocidade de transporte ao longo da fila.

Os motores lineares de concepção convencional não permitiriam que os monómeros fossem transportados verticalmente para cima nos lados dos monómeros estacionários nem ao logo dos seus lados de baixo, mas que poderia ser efectuado pela previsão de enrolamentos de atracção bem como de repulsão nos motores lineares.

Os monómeros de interacção magnética, apesar dos monómeros com dispositivos de bloqueio mecânicos, não estariam limitados ao movimento nas direcções ao longo das filas dos monómeros. Com a fase adequada da excitação dos electromagnetos, um monómero pode deslocar-se diagonalmente através de uma placa de monómeros. A precisão do movimento pode, em princípio ser conseguida pela coordenação cuidadosa dos enrolamentos dos monómeros. A realimentação para controlo do movimento dos monómeros, a ver, por exemplo, quando um monómero tenha atingido o seu destino, é proporcionada por sensores ópticos, montados nas suas superfícies. De preferência, são proporcionados a sensores de velocidade bem como de posição. Idealmente os enrolamentos devem ser dispostos de modo que tendam a mover os monómeros para trás automaticamente para a sua posição ou percurso ideal, sem a necessidade de realimentação, quando se parte dessa posição ou percurso.

Quando os monómeros chegam em primeiro lugar à posição, os mesmos podem ser mantidos no lugar por electromagnetos. Esse processo deve, no entanto, limitar a resistência de qualquer estrutura, formada a partir dos monómeros e deve ser gastadora da energia requerida para os electromagnetos. Podem ser proporcionados dispositivos de bloqueio mecânicos para sustentarem os electromagnetos ou podem ser empregues reforços 55 como mostrado na Fig. 23. Os 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

26 reforços 55 são transportados por meio de motores lineares e são engatados mecanicamente nos monómeros electromagnéticos 56. A Fig. 23 representa também um processo de reforço de uma parede 57 construída a partir dos monómeros 56. A parede 57 tem as filas horizontais de cada plano vertical dos monómeros, que compõem a parede desfasados pelas mesmas razões que o são os tijolos normais. O paralelismo pode ser continuado proporcionando monómeros de forma especial, tais como os meio comprimento e/ou os de um comprimento e meio para preencherem os intervalos. A ligação eléctrica para a energia e os dados entre os monómeros 56 é proporcinada por um certo número de contactos na superfície dos monómeros. Os contactos são utilizados selectivamente dependendo do seu alinhamento com os contactos de um monómero vizinho.

Estes monómeros electromagnéticos 56 podem ser utilizados para a construção de máquinas sem atrito, nas quais as partes compostas pelos monómeros são movidas sem se tocarem relativamente entre si sob a influência dos electromagnetos. A energia requerida é provavelmente elevada. O peso dos monómeros electromagnéticos tem importância na sua concepção. Muito do peso dos electromagnetos está nos seus núcleos. Por conseguinte, os avanços recentes que conduzem ao desenvolvimento dos motores de passo sem núcleo, os quais são muito parecidos com os motores lineares será aplicável aos monómeros electromagnéticos. A fim de formar máquinas e estruturas a partir de monómeros, é necessário que os monómeros se transportem entre si em volta de uma maneira coordenada, de modo que os monómeros acabem na sua posição desejada. Isso requer a transmissão de dados entre os monómeros. É também desejável que a energia, normalmente energia eléctrica, seja distribuída para um monómero, a partir de alguma fonte central, através dos seus vizinhos. Isso evita as desvantagens do peso, comprimento finito de operação e custo que as baterias teriam. A seguir serão explicadas as ligações entre os monómeros para a transferência de energia e dados entre os mesmos e também os meios para dirigir os dados e a energia recebidos por 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 27

um monómero numa das suas faces para uma ou mais das suas outras faces. Isto será geralmente aplicável a todos os tipos dos monómeros explicados acima. A Fig. 24 mostra um representação bidimensional de um monómero cúbico 70 como um hexágono, em que os lados 71 do hexágono correspondem às faces de um monómero. Mostrada na figura encontra-se uma forma das ligações entre as faces, no caso em que os monómeros estão sob o controlo de um único computador externo. Cada face está ligada a um bus de energia 72, a um bus de encaminhamento 73, a um bus de dados 74 e a um bus de sincronização 75, através de comutadores 76, os quais podem ser dispositivos de relé ou de semicondutor. Alguns destes bus compreendem mais do que um condutor em paralelo. Os comutadores para ligação de um bus particular a uma face particular pode ser operado independentemente. Os sinais e a energia conduzidos nos bus são transmitidos entre as faces dos monómeros vizinhos através de contactos nos seus dispositivos de bloqueio, ou no caso dos monómeros electromagnéticos 56 através de contactos nas suas superfícies. Os comutadores são providos para permitirem ao contacto entre dois monómeros ser rupturado, mesmo quando é feito o contacto entre as faces vizinhas. O bus de energia 72 é proporcionado para distribuir a energia para os monómeros a partir de alguma fonte exterior. Em geral o mesmo não é necessário para a ligação do bus de energia 72 entre os monómeros vizinhos a ser rupturado pela utilização dos comutadores, excepto para evitar o arco voltaico, quando a ligação física está perto de ser rupturada pela retirada de um dispositivo de bloqueio. Nos monómeros electromagnéticos é conveniente que o bus de energia 72 compreenda diversas linhas, conduzindo cada uma delas uma fase diferente de corrente alterna para os vários electromagnetos que fazem parte dos motores lineares.

Os bus de encaminhamento 73, de dados 74 e de sincronização 75 são, de preferência, são separados para alguns fins e são proporcionados comutadores para ligar, quando desejado, os amplificadores necessários nas linhas dos bus. Ou as linhas dos bus são bidireccionais ou são proporcionadas a entrada e uma versão de saída em cada linha em cada face.

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Se as linhas são bidireccionais então o esquema de bus comum da Fig. 24 tem de ser modificado. Para cada linha, são proporcionados comutadores para dividirem cada linha em segmentos e é proporcionado um amplificador. Os comutadores são operados para ligarem a face de entrada desejada à entrada do amplificador e para ligarem a saída do amplificador às faces de saída desejadas.

Se são proporcionadas linhas de entrada e de saída separadas então não há necessidade de dividir as linhas. É proporcionada a separação para cada par de linhas de entrada e de saída simplesmente pela ligação de um amplificador entre a linha de entrada e a linha de saída.

Os bus de encaminhamento 73 e de dados 74 têm funções relacionadas. O bus de encaminhamento 73 conduz sinais que dão instruções ao monómeros para operarem os seus comutadores, de modo a ligarem os monómeros particulares ao computador exterior através de um bus de dados 74. É normal para todos os monómeros estacionários serem ligados ao computador exterior através do bus de encaminhamento, de modo que podem ser estabelecidas rapidamente as ligações de bus de dados desejadas. No caso em que alguns ou todos os monómeros têm computadores de controlo, o bus de encaminhamento é utilizado para estabelecer as ligações entre os monómeros. O bus de encaminhamento conduz também a informação relativa a qual o monómero ou os monómeros que devem transmitir e receber através do bus de dados. A transferência de dados através do bus de dados 74 incluí, por exemplo, instruções para os monómeros operarem os seus dispositivos de bloqueio e motores de tracção, mensagens que os monómeros atingiram as suas posições desejadas e mensagens que um monómero ficou defeituoso. Para assegurar a compatibilidade entre os monómeros feitos por diferentes fabricantes, é desejável que todos os monómeros obedeçam ao mesmo protocolo de leitura e escrita do bus de encaminhamento 73. É possível um maior grau de flexibilidade com o bus de dados 74 e é desejável devido aos monómeros especializados ou monómeros normais, que executam funções diferentes, poderem necessitar de enviar diferentes géneros de dados e enviar dados a velocidades diferentes. O bus de encaminhamento 73 é, por conseguinte, utilizado também para transferir sinais para os monómeros, dando instruções aos mesmos acerca de qual protocolo a utilizar para o bus de dados 74. Qualquer monómero dado necessita apenas que lhe seja proporcionado suporte

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 29 físico para leitura e escrita para o bus de dados de acordo com os protocolos úteis ao mesmo. O bus de sincronização 75 é utilizado para assegurar que os monómeros executam acções físicas de uma maneira sincronizada. Por exemplo, a um grupo de monómeros podem ser dadas instruções para executar uma acção, por exemplo, iniciar os seus motores para movimentar o grupo de monómeros que estão bloqueados entre si. Os mesmos iniciam então todos os seus motores, quando da recepção de um sinal através do bus de sincronização. O bus de encaminhamento 74 é utilizado para enviar os sinais, que determinam quais os monómeros querecebem um sinal particular do bus de sincronização. O bus de encaminhamento é também utilizado para enviar informação para os monómeros de quais os monómeros que devem reagir ao sinal de sincronização do bus de sincronização. A configuração da arquitectura do bus descrita aqui é preferida à comutação de pacote para a transferência de dados ente os monómeros, porque com a comutação de pacote não é certo quando os dados chegarão ao seu destino, tornando difícil saber quando emitir os sinais de sincronização e também porque a comutação de pacote deve requerer ser previsto nos monómeros muita lógica para controlo da transferência dos pacotes e para os armazenar para envio.

Os contactos nos dispositivos de bloqueio dos monómeros, ou nas superfícies dos monómeros electromagnéticos, estão dispostos de tal modo que, quando um monómero está bloqueado na posição, cada contacto está em contacto com um contacto correspondente do seu monómero vizinho. Para os monómeros cúbicos, em que muitas das linhas dos bus estão em pares de entrada e de saída, existe uma disposição particularmente conveniente para os contactos. Para cada face do monómero cúbico, estão colocados quatro contactos para cada linha em posições que preservam a simetria de rotação de quatro dobras perpendicular à face. Os contactos desemparelhados são colocados ou nas linhas diagonais ou nas centrais ortogonais da face. Para os contactos emparelhados, os contactos de um par são colocados simetricamente em cada lado das linhas ortogonais ou em cada lado das linhas diagonais. Nesta disposição, cada linha desemparelhada de um monómero é trazida para contacto com a mesma linha de um monómero vizinho e cada linha de entrada de um monómero é trazida para contacto com a correspondente linha de saída do seu vizinho e vice-versa. Assim, os monómeros podem ser adicionados ao

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 30 material em qualquer orientação, obviando a necessidade de saber qual é o caminho para cima e em volta de qualquer monómero. Tal disposição para os monómeros 1 está mostrada na Fig. 25, a qual mostra uma face do monómero em plano. Os contactos, como mencionado anteriormente, estão posicionados nos dispositivos de bloqueio 13. Nas linhas centrais 80 estão colocados os contactos de energia 81 e o contacto de sincronização 82 e em cada lado destes estão os contactos de entrada 83 e de saída 84 do bus de dados e os contactos de entrada 85 e de saída 86 do bus de encaminhamento.

Como mencionado anteriormente, para construir estruturas a partir de e para operar máquinas construídas a partir de monómeros, têm de ser fornecidos sinais de controlo aos mesmos. Embora em princípio um operador com um gerador adequado pode emitir instruções uma de cada vez para os monómeros particulares operarem os seus dispositivos de bloqueio e ser movido um monómero ao longo, para cima e para baixo, esta é uma maneira extremamente intediante de proceder. Com um computador programado adequadamente, o operador deve idealmente necessitar apenas de especificar a configuração de uma estrutura ou as várias configurações de uma máquina e o computador deve trabalhar todos os movimentos dos monómeros necessários e deve emitir todas as instruções requeridas para os monómeros operarem os seus motores de movimento e os seus dispositivos de bloqueio.

Uma solução que pode ser mais conseguida entre estas duas é que o operador analise a construção de uma estrutura em algumas operações bastante gerais; um computador programado adequadamente é então utilizado para converter estas operações em instruções individuais para os monómeros. Serão explicados a seguir alguns exemplos de operações gerais.

As faixas normais e tipo L da Fig. 3 são exemplos de operações gerais e as mesmas serão explicadas em pormenor. As Figs. 26a a 26e mostram estágios no crescimento de uma faixa tipo L 8. A Fig. 26a mostra a faixa após ter tido lugar algum crescimento. Os cinco monómeros 101, 102, 103, 104 e 105 estão dispostos numa fila sendo o 105 a ponta da faixa 8. Um monómero 106 está por cima do monómero 104. A Fig. 24b mostra um outro monómero 107, que avança ao longo do topo dos monómeros 101, 102, 103. Ao atingir o monómero 103, o monómero 107 engata no monómero 106 (ver a Fig. 26c) Os monómeros 107 e 106 são então avançados com um par até que o monómero 107 fique por cima do monómero 105, posição em que (ver a Fig. 26d) o monómero 106 se projecta para além da ponta da faixa 8, o

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 31 monómero 105. Ο monómero 106 é então baixado a partir do monómero 107 para a posição em frente do monómero 105 para se tornar a nova ponta da faixa 108 (ver a Fig. 26e). A configuração dos monómeros é agora semelhante à da Fig. 26a, excepto que a faixa é agora um monómero mais comprida. Para fazer crescer mais a faixa, é repetido o ciclo das operações mostradas nas Figs. 26a a 26e. É uma questão simples programar um computador para emitir instruções para os monómeros de modo a fazer crescer uma faixa. Tudo o que necessita fazer o operador é especificar quão longa deve ser a mesma. Embora o sentido do crescimento da faixa mostrada nas Figs. 26a a 26e seja para a direita, podem ser utilizados processos semelhantes para prolongar as faixas em qualquer dos sentidos ortogonais.

As Figs. 27a a 27e mostram estágios no crescimento de uma faixa 8, a qual é semelhante à desconto Figs. 26a a 26e, excepto que cada monómero nas Figs. 26a a 26e é substituído por um bloco de 2x2x2 monómeros. Estes blocos podem ser movidos da mesma maneira que são os monómeros simples das Figs. 26a a 26e.

As Figs. 28a a 28d mostram os estágios no crescimento de uma faixa 8, na qual algumas das unidades, que correspondem aos monómeros simples das Figs. 26a a 26e, são blocos de 2x2x2 monómeros e alguns são monómeros maiores 110 iguais em tamanho aos blocos de 2x2x2.

Estes monómeros grandes 110 não são simplesmente os monómeros normalizados ampliados à escala, mas têm os mesmos dispositivos de bloqueio dimensionados repetidos em posições através das suas faces, apropriados para se interligarem com os monómeros normalizados. Os monómeros grandes 110 podem adicionalmente empregar dispositivos de bloqueio com maior escala 13 para interactuarem com monómeros semelhantes 110. Os dispositivos de bloqueio maiores 13 são feitos de modo a proporcionarem maior resistência e permitirem motores de maior potência 24, para moverem os monómeros 110 a velocidades mais altas.

Nos exemplos das faixas descritas acima, as faixas têm sido estreitas, o que nem sempre é o caso. A parede e as placas dos monómeros podem ser feitas crescer utilizando um processo de faixa, que utiliza uma unidade, a qual tem muitos monómeros de amplitude. Alternativamente, as paredes e as placas podem ser feitas pelo crescimento independente de um certo número de faixas paralelas e adjacentes.

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As Figs. 29a a 29f mostram um processo pelo qual pode ser feito rodar um canto. Na Fig. 29a existe um monómero 116 no topo do monómero de ponta 115 de uma faixa 111, 112, 113, 114, 115. Pode ser proporcionada uma nova ponta à esquerda do monómero 115 pelo avanço de um monómero 117 ao longo do lado esquerdo da faixa como é mostrado nas Figs. 29b e 29c. Se, no entanto, for desejado ter a nova ponta no lado direito da faixa, mas é difícil avançar um monómero para cima desse lado, a configuração da Fig. 29c pode ser manipulada para proporcionar uma nova ponta no lado direito (ver as Figs. 29c a 29f). Em primeiro lugar, o monómero 107 é movido para cima a partir do monómero 115 para o monómero 116. Os monómeros seguintes 116 e 117 são movidos como um par de modo que o monómero 117 se move para a posição por cima do monómero 115. Então o monómero 116 é movido para baixo a partir do monómero 117 para se tornar a nova ponta à direita do monómero 115. Os monómeros para prolongarem a faixa podem ser então avançados mais ao longo do topo da faixa, fazendo pausa no monómero 115 para mudar a direcção de 90°.

Os processos de rotação de um canto mostrados nas Figs. 29a a 29f podem ser aplicados a blocos de 2x2x2 dos monómeros. Um processo alternativo é mostrado nas Figs. 30a a 30i. Em primeiro lugar um bloco de 2x2x2 é feito avançar para a posição por cima da ponta. Em seguida esse bloco de 2x2x2 é movido de um monómero, metade da sua largura, através de um lado (Fig. 30a) e então os quatro monómeros que se projectam através do lado da ponta da faixa são movidos em conjunto para baixo de um monómero (Fig. 30b). Os dois monómeros mais acima são movidos em conjunto, de modo a ficarem no topo desses quatro monómeros (Fig. 30c). A parede resultante dos seis monómeros é movida para baixo de um monómero (Fig. 30d). Os monómeros mais acima são agora uma placa de 2x2, a qual é movida através de um monómero, de modo que dois desses monómeros se projectam (Fig. 30e). Os dois monómeros projectados são então movidos para baixo de um monómero (Fig. 30f) e os outros dois monómeros do que era a placa de 2x2 são movidos através de um monómero para ficarem no topo dos mesmos (Fig. 30g). Finalmente esses quatro monómeros, agora uma parede de 2x2, são movidos para baixo de um monómero (Fig. 30h). A configuração resultante tem um bloco de 2x2x2 dos monómeros num lado da ponta anterior da faixa (Fig. 30i).

85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ Ο crescimento da faixa normal foi explicado anteriormente e ficará claro que, como a faixa tipo L, o processo pode ser aplicado a blocos de monómeros e a misturas de monómeros de diferentes dimensões.

Os processos de faixa são reversíveis porque invertendo os seus passos resulta que as faixas são retraídas.

Ambos os processos descritos acima de prolongamento de faixas requerem um fornecimento de monómeros simples ou de outras unidades na base da faixa. Claramente, as unidades necessitam de ser fornecidas a partir algum sítio. Uma colecção de monómeros, que estão livres para serem fornecidos e são agrupados em conjunto num lugar que será chamado um reservatório. Um processo de reservatório é um processo para fornecimento de monómeros a partir de um reservatório para uma posição particular no seu limite, a qual será denominada por a sua passagem. Este termo pode ser também aplicado à posição à qual devem ser fornecidos os monómeros para o crescimento de uma faixa.

Em geral, a passagem de um reservatório estará distante da passagem de uma faixa. As passagens podem estar ligadas por colecções de monómeros, as quais pode ser chamadas vias porque os mesmos normalmente têm a forma de uma tira estreita de unidades. As vias podem facilmente ser construídas pela utilização de faixas. Logo que uma via tenha sido construída, as unidades podem ser transportadas ao longo da via a partir de uma passagem para uma outra.

Um processo de construção de uma estrutura a partir de material programável, a partir de um reservatório de unidades é como se segue: em primeiro lugar é construída uma via a partir da passagem do reservatório para a passagem do sítio proposto para a estrutura, depois são fornecidos os monómeros a partir do reservatório para o sítio, em que os mesmos são utilizados para construir a estrutura. O processo exacto utilizado para construir a estrutura dependerá da sua forma, mas podem ser analisadas muitas estruturas em placas, paredes e componentes alongados, podendo todos ser formados pela utilização de faixas. À medida que a construção da estrutura progride os pontos, nos quais os monómeros necessitam de ser fornecidos, podem ficar distantes da passagem para um sítio. Em tais casos, parte da estrutura pode ser indicada como vias para o transporte de monómeros a partir da passagem de sítio para onde os mesmos são necessários. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 34

Algumas considerações adicionais a serem tida em consideração são que através de toda a construção, a estrutura tem de permanecer mecanicamente estável e que pode não ser sempre possível fornecer os monómeros suficientemente depressa durante alguns períodos. Uma solução para esse problema é proporcionar reservatórios dentro do sítio de construção, os quais podem reter monómeros durante os momentos em que a procura não é tão grande.

Um outro processo a considerar para utilização na construção de uma estrutura é montar parte da mesma em algum lugar antes de a mover para a sua posição final. Considere-se, por exemplo, a torre 120 da Fig. 31, a qual compreende duas plataformas 121 suportados por um pilar 122 em cada canto. As plataformas são quadrados de 4x4, ou formas de cruz se os monómeros de canto forem contados como parte dos pilares. Esta estrutura pode ser construída elevando em primeiro lugar os quatro pilares 122 e depois ligando em ponte entre os mesmos para formar as duas plataformas 121. Devido aos pilares terem muitos monómeros de altura e não serem absolutamente rígidos, os mesmos não serão, na prática, de um número exacto de monómeros a não ser no topo. Isso torna a ligação em ponte difícil de conseguir, uma vez que os monómeros fixos a um pilar devem engatar precisamente com os monómeros de um outro pilar.

Um processo melhor é montar, em primeiro lugar, no chão um bloco de monómeros de 4x4 no plano e 2 monómeros de altura para formar as duas plataformas empilhadas uma no topo da outra e os dois monómeros de fundo de cada torre e depois levantar os quatro pilares nos cantos do bloco. Finalmente, para acabar a torre 120 é apenas necessário levantar as plataformas em forma de cruz para as alturas requeridas. À medida que as plataformas são levantadas as mesmas constrangem as torres a ficarem exactamente com dois monómeros entre si.

Quando são construídas grandes estruturas, é útil construir os componentes estruturais mais profundos em primeiro lugar e depois adicionar os pormenores de superfície mais tarde. Os componentes estruturais mais profundos podem ser desligados logo que os mesmos estão na posição deixando apenas a camada de cobertura de deformação activa ligada, economizando energia considerável.

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Algumas estruturas requererão números vastos de monómeros. Deve ser esperado que de tempos a tempos um monómero falhe. Um tal monómero pode ser bloqueado na estrutura em qualquer ponto sem importância. Idealmente o mesmo deve, no entanto, ser removido da estrutura e ser depositado num reservatório ou depósito especial onde o mesmo não pode provocar mais problemas. Os monómeros que estão ainda a funcionar podem ser utilizados para mover os monómeros defeituosos e substituir os mesmos por monómeros que funcionam, vindos de um outro reservatório sendo assim conseguida uma tarefa de auto-reparação. O processo de auto-reparação pode ser prolongado para onde muitos monómeros falham simultaneamente num agrupamento bem definido. Os monómeros não afectados por danos mas vizinhos do agrupamento danificado são utilizados para moverem o agrupamento danificado com anteriormente e substituir o mesmo por monómeros que funcionam. Onde os agrupamentos de monómeros danificados podem não necessitar de serem reparados e o abandono é mais importante, os agrupamentos são ejectados por monómeros funcionais vizinhos do agrupamento danificado, retirando os seus dispositivos de bloqueio 13 do agrupamento danificado. O processo explicado acima de análise de uma quantidade de material programável em objectos tais como faixas, vias e reservatórios, os quais têm limites entre os mesmos quebrados num número limitado de passagens, leva ele próprio ao caso em que muitos ou todos os sinais de controlo necessários para operar o material são gerados por computadores dentro de alguns ou de todos os monómeros. O próprio computador ou os próprios computadores de cada objecto necessitam apenas de se preocuparem com as funções desse objecto, embora de tempos a tempos supervisionem a transferência dos monómeros através das passagens para e a partir dos objectos vizinhos. Por exemplo, uma via pode receber instruções para mover todos os monómeros recebidos numa passagem para uma outra passagem, tarefa que pode prosseguir sem qualquer instrução externa. A análise de uma máquina feita de monómeros em partes que compreendem diversos monómeros é um primeiro passo útil na determinação de como conseguir os movimentos desejados da máquina. O dispositivo de andar 6 da Fig. 2 é um exemplo de uma máquina simples. As partes que a mesma compreende são um corpo 130, o qual tem dois monómeros de altura, um de largura e muitos de comprimento e seis 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

36 pernas 131, cada com três monómeros de altura. Nas suas posições normais, as pernas estão ligadas pelo seu monómero de topo à fila inferior do corpo. O dispositivo de andar 6 pode ser movido através do movimento das pernas, uma de cada vez, para diante ao longo do corpo e deslizando então o corpo para diante através das pernas. As pernas são movidas levantando, em primeiro lugar, as mesmas para cima de um monómero, depois movimentando as mesmas ao longo e depois movendo as mesmas para baixo de um monómero.

Os monómeros descritos acima não serão capazes por eles próprios de proporcionar qualquer tipo de máquina. No entanto, proporcionando partes especializadas, montadas nos monómeros, a sua utilidade pode ser grandemente melhorada. Como um exemplo disto, pode ser construído um torno a partir de monómeros normalizados em conjunto com um monómero, com uma ferramenta de corte montada no mesmo e um outro monómero com uma bucha de aperto montada no mesmo. Os monómeros normalizados são utilizados para proporcionar a armação do torno e um mecanismo para o avanço da ferramenta de corte para a peça de obra.

Podem existir muitos monómeros especializados que fazem muito bem as tarefas especializadas. Uns poucos descritos a seguir aumentam grandemente a utilidade em aplicações gerais. Um tal monómero é uma unidade de pé ajustável. Uma barra com ponta ajustável prolongada a partir de um monómero especializado actua como uma unidade de pé, a qual pode ser utilizada para nivelar as estruturas que são erigidas. O mecanismo de andar descrito anteriormente deve beneficiar de uma tal unidade de pé fixa às penas 131 numa superfície irregular.

Um outro monómero especializado é um monómero com uma roda, a qual pode ser fornecida assistência de energia, pode ser conduzida e ter travões. Algumas de tais unidades com rodas podem suportar uma estrutura, a qual pode então ser tornada móvel numa superfície razoavelmente plana. Seria de esperar que uma tal máquina se deslocasse mais depressa do que uma máquina de andar.

Ainda um outro monómero especializado é um monómero que é substancialmente hermético ao ar e possui uma cavidade de ar de modo a suportar muito mais peso que ele próprio num meio líquido. Uma colecção de tais monómeros permite que uma estrutura seja suportada por cima da mesma num meio líquido tal como água ou óleo. 37 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

Os três monómeros especializados descritos acima aumentam substancialmente a capacidade todo-o-terreno dos monómeros. Isto é, os monómeros podem necessitar de se adaptar a terreno grosseiro, terreno nivelado e à água, o que é um requisito de um veículo todo-o-terreno. Onde o terreno grosseiro inclui obstáculos, os materiais programáveis deformam-se simplesmente em torno do objecto através da utilização de faixas, vias, reservatórios e passagens. São necessários computadores com suporte lógico para adaptação ao terreno e sensores para a detecção de obstáculos para aperfeiçoar tais máquinas.

Um outro monómero especializado útil é um monómero que permite a rotação livre ou motorizada das faces opostas às suas faces em torno do eixo através dos seus centros. Isto permite máquinas, nas quais as partes construídas com os monómeros rodam umas em relação às outras. Dois de tais monómeros podem ser utilizados para suportarem objectos longos, suportando um monómero cada extremidade, ao longo de vias tortuosas.

Dos miríades de utilizações possíveis dos materiais programáveis são mencionadas duas mais, através de exemplo. Devido à sua flexibilidade, os materiais programáveis são úteis em situações de desastre com ambientes hostis. Por exemplo, numa estação de energia nuclear danificada o material programável pode ser utilizado para erigir, sem a necessidade das pessoas entrarem dentro da zona danificada, paredes de forte bloqueio de radiações com a forma e a espessura requeridas. Numa tal situação, os monómeros devem ser parqueados de modo a evitarem intervalos que os mesmos têm habitualmente entre si.

De novo, devido à sua flexibilidade, os materiais programáveis podem ser também úteis na engenharia militar, por exemplo, na construção de pontes temporárias. Tais pontes podem ser programadas para poderem ser auto-reparáveis depois de serem danificadas.

Lisboa, 12. GUI 2000

Por JOSEPH MICHAEL - O AGENTE OFICIAL -

Claims (30)

1. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ

   1/6 REIVINDICAÇÕES 1 - Máquina (1, 33, 44, 56, 70) de forma substancialmente paralelepipédica, que tem meios (19, 23; 42, 43; 52, 53) para interactuarem de tal maneira com máquinas idênticas de modo a provocar o movimento relativo das mesmas e da máquina, caracterizada por a mesma compreender meios (19, 23; 42, 43; 52, 53), dispostos para interactuarem com máquinas idênticas, de modo a provocarem o transporte relativo das mesmas e da máquina sobre uma face do paralelepípedo, ao mesmo tempo que permitem apenas o movimento substancialmente paralelo a essa face, e meios (13, 28, 35, 48) dispostos de tal modo para interactuarem com máquinas idênticas, de modo a fixarem a máquina em posição relativamente às mesmas.
2. 2 - Máquina de acordo com a reivindicação 1, a qual responde a sinais externos comunicados (15, 73, 74, 75) à mesma de modo a efectuar o transporte e a fixação.
3. 3 - Máquina de acordo com a reivindicação 1 ou com a reivindicação 2, que incluir um computador e a qual responde aos sinais gerados por esse computador, de modo a efectuar o transporte e a fixação.
4. 4 - Máquina de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, em que os meios de fixação ou os meios de transporte ou ambos compreendem electromagnetos.
5. 5 - Máquina (1, 33, 44) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que os meios de transporte ou os meios de fixação ou ambos compreendem partes ou características mecânicas (13, 19, 23; 28; 35, 42, 43; 48, 52, 53) em máquinas idênticas.
6. 6 - Máquina de acordo com a reivindicação 5, em que os meios de transporte compreendem partes ou características mecânicas (11, 12, 13) na máquina, que podem ser provocadas para interbloquearem com partes ou características complementares numa máquina idêntica, de uma maneira tal de modo a permitir o movimento relativo da máquina ao longo de eixos particulares. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 2/6
7. 7 - Máquina de acordo com a reivindicação 6, em que as partes ou características estão dispostas para proporcionarem dois ou mais interbloqueios engatáveis independentemente entre a máquina e uma máquina idêntica, cada um dos quais permite o movimento relativo das duas máquinas apenas ao longo de um respectivo eixo de dois ou mais eixos diferentes.
8. 8 - Máquina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, em que as partes ou características de interbloqueio compreendem um componente (13) extensível a partir da máquina para dentro de um recesso ou ranhura (11) numa máquina idêntica, e em que o componente inclui cunhas extensíveis (14) para bloqueio do componente no recesso ou ranhura.
9. 9 - Máquina (33) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, em que as partes ou características de interbloqueio compreendem pares de componentes (35), sendo os componentes de cada par extensíveis, a partir de uma face da máquina, em direcções diferentes com um ângulo em relação à normal a essa face, para dentro de um respectivo de um par de recessos ou ranhuras (41) numa face de uma máquina idêntica.
10. 10 - Máquina (44) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, em que as partes ou características de interbloqueio compreendem pares de componentes (48), estando cada componente de um par montado para rodar entre uma posição retirada e uma posição prolongada.
11. 11 - Máquina de acordo com a reivindicação 10, em que os componentes (48) de um par recebem nas suas posições prolongadas, nas respectivas ranhuras (49) nos componentes, os respectivos lábios de um par de lábios opostos (50) numa máquina idêntica.
12. 12 - Máquina (1, 33, 44) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 11, que compreende uma pluralidade de cavilhas (28) numa face da máquina, que podem ser engatadas numa máquina idêntica vizinha, de modo a localizarem a mesma em posição, sendo as cavilhas retraíveis, de modo a libertarem a máquina vizinha.

    85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 3/6
13. 13 - Máquina de acordo com a reivindicação 12, em que as cavilhas (28) podem ser engatáveis com partes ou características mecânicas de interbloqueio (13) da máquina vizinha.
14. 14 - Máquina de acordo com a reivindicação 13, em que as cavilhas (28) são deprimíveis por uma máquina idêntica, que está a avançar para se tornar uma tal máquina vizinha.
15. 15 - Máquina (1,33, 44, 56, 70) de acordo com qualquer reivindicação anterior de forma substancialmente cubóide.
16. 16 - Máquina de acordo com a reivindicação 15 de forma substancialmente cúbica.
17. 17 - Máquina de acordo com a reivindicação 15, que tem quatro meios (15) em cada face da máquina para comunicação de energia (81) ou de dados (82 a 86) com máquinas idênticas vizinhas, estando esses meios localizados nas mesmas posições em cada face e estando localizados de tal maneira em cada uma das linhas centrais diagonais ou em cada uma das linhas centrais ortogonais de cada face, de modo a preservarem a simetria rotacional de quatro dobras da face.
18. 18 - Máquina de acordo com a reivindicação 15 ou com a reivindicação 16, que tem quatro pares de meios de entrada (83, 85) e meios de saída (84, 86) para comunicação de dados com máquinas idênticas vizinhas, estando esses meios localizados nas mesmas posições em cada face e estando os meios de entrada e os meios de saída de cada par localizados simetricamente de tal maneira em cada lado ou das linhas centrais diagonais ou das linhas centrais ortogonais (80) da face, de modo a preservar a simetria rotacional de quatro dobras da face.
19. 19 - Dispositivo equivalente em dimensão a um bloco paralelepipédico de uma pluralidade de máquinas (1, 33, 44) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 14, cujo dispositivo tem partes ou características complementares às ditas partes ou características mecânicas (13, 19, 23; 35, 42, 43; 48, 52, 53) e dispostas para interbloquearem com as mesmas, de máquinas de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 14, de modo a permitirem às ditas partes ou características

    85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 4/6 mecânicas efectuarem ο transporte e a fixação relativos, que ocorreriam se o dispositivo consistisse de um bloco paralelepipédico das ditas máquinas.
20. 20 - Estrutura (2, 3, 4, 5, 57, 120), ou máquina (6, 7, 8), montada a partir de máquinas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18 ou a partir de uma mistura de tais máquinas e dispositivos de acordo com a reivindicação 19.
21. 21 - Processo de movimentação de uma primeira máquina, ou dispositivo, (106, 107, 110, 116, 117) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19 a partir de um primeiro sítio para um segundo sítio, o qual está alinhado com o primeiro sítio e vizinho do mesmo, numa direcção paralela aos sítios vizinhos, em que cada sítio é uma máquina ou dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19 e em que o movimento é efectuado pelos mesmos meios para provocarem o transporte relativo.
22. 22 - Processo de acordo com a reivindicação 21, em que o primeiro e o segundo sítios cooperam para mover a primeira máquina, ou dispositivo.
23. 23 - Processo de movimentação de acordo com a reivindicação 21 ou a reivindicação 22, o qual se baseia para a paragem do movimento substancialmente na característica da reivindicação 14.
24. 24 - Processo de acordo com a reivindicação 21, ou a reivindicação 22, ou a reivindicação 23, em que a primeira máquina, ou dispositivo, (106) tem vizinhos que estão fixos à mesma e que se movem com a mesma.
25. 25 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 24 de movimentação da primeira máquina, ou dispositivo, ao longo de uma fila de máquinas, ou dispositivos, (8, 101 a 105) que compreende a aplicação repetitiva do dito processo para movimentar a primeira máquina, ou dispositivo, (106, 107) a partir de cada máquina, ou dispositivo, na fila para a seguinte.
26. 26 - Processo de acordo com a reivindicação 25, em que o movimento da primeira máquina ou dispositivo ao longo da fila (8) é contínuo.

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27. 27 - Processo de acordo com a reivindicação 25, ou a reivindicação 26, de prolongamento de uma unidade uma faixa (8) de unidades que formam uma fila e que termina numa unidade de ponta (105), sendo as unidades ou máquinas únicas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, ou blocos paralelepipédicos de tais máquinas, ou dispositivos, de acordo com a reivindicação 19 ou uma mistura dos dois, compreendendo o processo a movimentação de um par de unidades (106, 107) ao longo da fila até uma (107, 110) do par ser um vizinho da unidade de ponta (105) e a outra se prolongue para além da unidade de ponta, e a movimentação da dita outra unidade (106) do par a partir da que é um vizinho da dita primeira unidade para ser um vizinho da unidade de ponta, posição na qual a mesma se torna uma nova unidade de ponta, sendo o movimento das máquinas, ou dispositivos, de acordo com a reivindicação 21 ou a reivindicação 22.
28. 28 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 26 de prolongamento de uma unidade de uma faixa (7) de unidades numa fila, que começa numa unidade de base, sendo as unidades ou máquinas únicas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, ou sendo blocos paralelepipédicos de tais máquinas, ou dispositivos, de acordo com a reivindicação 19, ou uma mistura dos dois, tendo a unidade de base uma ou mais máquinas, ou dispositivos, vizinhos, que não estão na fila, compreendendo o processo a adição de uma unidade extra à fila antes da unidade de base e o avanço da fila relativamente a uma ou mais máquinas, ou dispositivos, vizinhos por um processo de acordo com a reivindicação 21 de uma distância de uma unidade na direcção que resulta o movimento na unidade extra que se move para o sítio original da unidade de base.
29. 29 - Processo de acordo com a reivindicação 27 ou 28 de construção de uma estrutura que compreende as máquinas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, ou dos dispositivos de acordo com a reivindicação 19, ou uma mistura dos dois, compreendendo o processo o prolongamento da dita faixa. 3Ó - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 21 a 26 de retracção de uma faixa, que compreende a inversão dos passos ou de um dos processos de acordo com a reivindicação 27 ou de um processo de acordo com a reivindicação 28. 85 688 ΕΡ Ο 748 270/ΡΤ 6/6
30. 31 - Processo de acordo com a reivindicação 25 ou a reivindicação 26 de fornecimento de máquinas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, ou dispositivos de acordo com a reivindicação 19, ou de uma mistura dos dois, a partir de um primeiro ponto para um segundo ponto, que compreende a construção a partir de tais máquinas e/ou dispositivos de uma estrutura, que define uma fila dos ditos sítios, que liga os dois pontos e a movimentação das máquinas e/ou dispositivos de sítio para sítio ao longo da estrutura, a partir do primeiro ponto para o segundo ponto. Lisboa, 12. OHT. 2000 Por JOSEPH MICHAEL - O AGENTE OFICIAL -

    AHTÓMIO JOÃO! CUMHA Ag. Of. Pr. Ind. Rbq das Flores, 74 - 4.°1 12QO LISBOA