Nový zákon fyziky pomáhá lidem a robotům uchopit tření dotyku

Vědci nyní popsali nový zákon fyziky, který bere v úvahu tření prostřednictvím elastohydrodynamického mazání (EHL) a měl by pohánět širokou škálu robotických technologií. Tření EHL nastává, když dva pevné povrchy přijdou do styku s tenkou vrstvou kapaliny mezi nimi. Fotografický kredit: Lilian Hsiao

Ačkoli se robotická zařízení používají ve všem, od montážních linek až po medicínu, pro inženýry je obtížné vysvětlit tření, ke kterému dochází, když tito roboti uchopují předměty – zejména ve vlhkém prostředí. Vědci nyní objevili nový zákon fyziky, který odpovídá za tento typ tření a měl by pohánět širokou škálu robotických technologií.

“Naše práce zde otevírá dveře k vytváření spolehlivějších a funkčnějších haptických a robotických zařízení v aplikacích, jako je chirurgie a výroba,” řekla Lilian Hsiao, odborná asistentka chemického a biomolekulárního inženýrství na Státní univerzita v Severní Karolíně a odpovídající autor článku o práci.

Jedná se o elastohydrodynamické mazání (EHL), tření, ke kterému dochází, když dva pevné povrchy přijdou do styku s tenkou vrstvou kapaliny mezi nimi. To by zahrnovalo tření, ke kterému dochází, když si třete konečky prstů, přičemž kapalina je tenká vrstva přirozeně se vyskytujícího oleje na pokožce. To však může platit také pro robotické drápy, které zvedají předmět potažený olejem nebo chirurgické zařízení používané v lidském těle.

Jedním z důvodů, proč je tření důležité, je to, že nám pomáhá držet věci, aniž bychom je upustili.

“Porozumění tření je pro lidi intuitivní – i při práci s mýdlovými pokrmy,” říká Hsiao. „Je však nesmírně obtížné vzít v úvahu tření EHL při navrhování materiálů, které řídí uchopovací schopnosti robotů.“

K vývoji materiálů, které pomáhají řídit tření EHL, potřebují inženýři rámec, který lze důsledně aplikovat na různé vzory, materiály a dynamické provozní podmínky. A to je přesně to, co vědci objevili.

„Tento zákon lze použít k zohlednění tření EHL a lze jej použít na mnoho různých měkkých systémů – pokud jsou povrchy objektů strukturované,“ říká Hsiao.

V této souvislosti mohou být povrchové vzory cokoli, od mírně vyvýšených povrchů prstů po drážky na povrchu robotického nástroje.

Nový fyzikální princip, který společně vyvinuly Hsiao a její doktorandka Yunhu Peng, používá čtyři rovnice k zohlednění všech fyzických sil podílejících se na porozumění tření EHL. V práci výzkumný tým demonstroval zákon ve třech systémech: lidské prsty; biologicky inspirovaný robotický prst; a nástroj zvaný tribo-reometr, který měří třecí síly. Peng je prvním autorem článku.

„Tyto výsledky jsou velmi užitečné pro robotické ruce se sofistikovanějšími ovládacími prvky pro spolehlivou manipulaci s výrobními procesy,“ říká Hsiao. “A má zřejmé aplikace v chirurgii, kde chirurgové na dálku ovládají robotická zařízení k provádění chirurgických zákroků.” Vidíme to jako zásadní pokrok v porozumění dotyku a ovládání dotyku v syntetických systémech. “

Odkaz: „Elastohydrodynamické tření robotických a lidských prstů na měkkých mikrostrukturovaných substrátech“ autorů Yunhu Peng, Christopher M. Serfass, Anzu Kawazoe, Yitian Shao, Kenneth Gutierrez, Catherine N. Hill, Veronica J. Santos, Yon Visell a Lilian C. Hsiao 29.dubna 2021, Přírodní materiály.
DOI: 10.1038 / s41563-021-00990-9

Příspěvek napsal Christopher Serfass, Ph.D. Student ve společnosti NC State; Catherine Hill, studentka státu NC; Anzu Kawazoe, Yitian Shao a Yon Visell z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře; a Kenneth Gutierrez a Veronica J. Santos z University of California-Los Angeles.

Práce byla provedena za podpory ceny AAAS Marion Milligan Mason Award a National Science Foundation pod číslem grantu CBET-2042635.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.