Noua lege a fizicii îi ajută pe oameni și roboți să înțeleagă fricțiunea tactilă

Cercetătorii au descris acum o nouă lege a fizicii care explică frecarea lubrifierii elastohidrodinamice (EHL), care ar trebui să avanseze într-o gamă largă de tehnologii robotizate. Fricțiunea EHL apare atunci când două suprafețe solide vin în contact cu un strat subțire de fluid între ele. Credit: Lilian Hsiao

Deși dispozitivele robotizate sunt utilizate în orice, de la liniile de asamblare la medicamente, inginerii au dificultăți în a explica fricțiunea care apare atunci când acești roboți prind obiecte, în special în medii umede. Cercetătorii au descoperit acum o nouă lege a fizicii care explică acest tip de frecare, care ar trebui să avanseze o gamă largă de tehnologii robotizate.

„Munca noastră de aici deschide ușa creării unor dispozitive haptice și robotice mai fiabile și funcționale în aplicații precum telurochirurgia și producția”, spune Lilian Hsiao, profesor asistent de inginerie chimică și biomoleculară la Universitatea de Stat din Carolina de Nord și autorul corespunzător al unui articol despre lucrare.

În cauză este vorba de o frecare numită lubrifiere elastohidrodinamică (EHL), care este fricțiunea care apare atunci când două suprafețe solide vin în contact cu un strat subțire de fluid între ele. Aceasta ar include fricțiunea care apare atunci când vârfurile degetelor sunt frecate, deoarece fluidul este stratul subțire de ulei natural de pe piele. Dar ar putea fi aplicat și unei gheare robotice care ridică un obiect acoperit cu ulei sau unui dispozitiv chirurgical care este utilizat în interiorul corpului uman.

Unul dintre motivele pentru care fricțiunea este importantă este că ne ajută să ținem lucrurile împreună fără a le lăsa.

„Înțelegerea frecării este intuitivă pentru oameni, chiar și atunci când manipulăm vasele cu săpun”, spune Hsiao. “Dar este extrem de dificil să se țină seama de fricțiunea EHL atunci când se dezvoltă materiale care controlează capacitățile de captare ale roboților.”

Pentru a dezvolta materiale care ajută la controlul fricțiunii EHL, inginerii ar avea nevoie de un cadru care să poată fi aplicat uniform la o mare varietate de modele dinamice, materiale și condiții de funcționare. Și exact asta au descoperit cercetătorii.

„Această lege poate fi utilizată pentru a ține cont de fricțiunea EHL și poate fi aplicată multor sisteme netede diferite, atât timp cât suprafețele obiectelor sunt ștampilate”, spune Hsiao.

În acest context, modelele de suprafață ar putea varia de la suprafețele ușor ridicate ale vârfurilor degetelor până la canelurile de suprafață ale unui instrument robot.

Noul principiu fizic, dezvoltat în comun de Hsiao și studentul său absolvent Yunhu Peng, folosește patru ecuații pentru a explica toate forțele fizice în joc în înțelegerea fricțiunii EHL. În lucrare, echipa de cercetare a demonstrat legea în trei sisteme: degetele umane; vârfurile degetelor robotice inspirate de bio; și un instrument numit tribo-reometru, care este utilizat pentru a măsura forțele de frecare. Peng este primul autor al lucrării.

„Aceste rezultate sunt foarte utile în mâinile robotizate care au controale mai nuanțate pentru a gestiona în mod fiabil procesele de fabricație”, spune Hsiao. „Și are aplicații evidente în domeniul telurochirurgiei, în care chirurgii controlează de la distanță dispozitivele robotizate pentru a efectua proceduri chirurgicale. Vedem acest lucru ca un progres fundamental în înțelegerea atingerii și controlul atingerii în sistemele sintetice. “

Referință: „Frecare elastohidrodinamică a degetelor robotice și umane pe substraturi moi microfaterne” de Yunhu Peng, Christopher M. Serfass, Anzu Kawazoe, Yitian Shao, Kenneth Gutierrez, Catherine N. Hill, Veronica J. Santos, Yon Visell și Lilian C. Hsiao, 29 aprilie 2021, Materiale ale naturii.
DOI: 10.1038 / s41563-021-00990-9

Lucrarea a fost co-autoră de Christopher Serfass, un doctorat. student la NC State; Catherine Hill, studentă la licență la NC State; Anzu Kawazoe, Yitian Shao și Yon Visell de la Universitatea din California-Santa Barbara; și Kenneth Gutierrez și Veronica J. Santos de la Universitatea din California-Los Angeles.

Lucrarea a fost realizată cu sprijinul Premiului AAAS Marion Milligan Mason și al Fundației Naționale pentru Științe, cu numărul de grant CBET-2042635.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.