قانون فيزياء جديد يُكتشف يُعد للاصطدام بشكل كبير في الروبوتات

الباحثون في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية اكتشفوا قانونًا جديدًا في الفيزياء يجب أن يكون له تأثير كبير على مجال تقنيات الروبوت. يساعد القانون الجديد على حل بعض القضايا المحيطة بلمسة الروبوت، والتي تعتمد عادةً على العديد من المجالات المختلفة. هذه الروبوتات تعاني من صعوبة في حساب الاحتكاك الذي يحدث عند لمس الأشياء، خاصة في البيئات الرطبة.

ليليان هسياو هي أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيولوجية في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية والمؤلف الرئيسي للورقةالورقة. تم تطوير المبدأ الجديد بواسطة هسياو وطالب الدراسات العليا يون هو بنغ، الذي هو المؤلف الأول.

“يعمل عملنا هنا على فتح الباب لإنشاء أجهزة هابتيك وروبوتية أكثر موثوقية ووظيفية في التطبيقات مثل الجراحة عن بعد والتصنيع”، يقول هسياو.

الاحتكاك EHL

المشكلة الرئيسية في هذا المجال هي احتكاك التلدين الهيدروديناميكي (EHL). يحدث احتكاك EHL عندما تتصل سطحتان صلبتان مع طبقة رقيقة من السائل بينهما. غالبًا ما يحدث هذا عندما يتم فرك طرفي الإصبع معًا، وفي هذه الحالة يكون السائل طبقة رقيقة من الزيت الطبيعي.

يمكن أن يحدث احتكاك EHL أيضًا عندما يرفع مخلب روبوتي كائنًا مغطى بالزيت أو جهازًا جراحيًا يتم استخدامه داخل الجسم. الاحتكاك هو ما يسمح لنا بالامساك والأحتفاظ بالأشياء دون إسقاطها.

“فهم الاحتكاك هو直觉 للبشر – حتى عند التعامل مع الأطباق الصابونية”، يقول هسياو. “لكن من الصعب للغاية حساب احتكاك EHL عند تطوير المواد التي تسيطر على قدرات الامساك في الروبوتات.”

يحتاج المهندسون إلى إطار يمكن تطبيقه بشكل موحد على أنماط و مواد و ظروف تشغيل ديناميكية مختلفة إذا أرادوا التحكم في احتكاك EHL إلى حد ما.

“يمكن استخدام هذا القانون لحساب احتكاك EHL، ويمكن تطبيقه على العديد من الأنظمة الناعمة المختلفة – طالما أن سطح الأجسام مخططًا”، يقول هسياو.

تتضمن الأنماط السطحية السطوح المرتفعة قليلاً على أطراف أصابعنا، أو الأخاديد الموجودة على سطح أداة روبوتية.

يعتمد المبدأ الجديد على أربعة معادلات لحساب جميع القوى الفيزيائية الحالية في احتكاك EHL. أظهر فريق البحث ثلاثة أنظمة، بما في ذلك أصابع الإنسان وأصابع روبوتية متأثرة بالبيولوجيا وأداة ثلاثية الأبعاد، والتي يمكنها قياس القوى الاحتكاكية.

“هذه النتائج مفيدة جدًا في الأيدي الروبوتية التي لديها ضوابط أكثر دقة لتعاملات التصنيع الموثوقة”، يقول هسياو. “ولها تطبيقات واضحة في مجال الجراحة عن بعد، حيث يتحكم الجراحون عن بُعد في الأجهزة الروبوتية لأداء الإجراءات الجراحية. نعتبر هذا تقدمًا أساسيًا لفهم اللمس والتحكم في اللمس في الأنظمة الاصطناعية.”