Ny opdaget fysisk lov sætter til at have en dramatisk indvirkning på robotteknologi

Forskere ved North Carolina State University har opdaget en ny fysisk lov, der sandsynligvis vil have store implikationer for feltet robotteknologi. Den nye lov hjælper med at løse nogle af de problemer, der omgærder en robots greb, som normalt er afhængigt af mange forskellige felter. Disse robotter kæmper med at tage hensyn til friktionen, der opstår, når de griber objekter, især i våde miljøer.

Lilian Hsiao er adjunkt i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved North Carolina State University og korresponderende forfatter af artiklen. Den nye princip er udviklet af Hsiao og ph.d.-stipendiat Yunhu Peng, der er første forfatter.

“Vores arbejde her åbner døren for at skabe mere pålidelige og funktionelle haptiske og robotiske enheder i anvendelser såsom telesurgery og fremstilling,” siger Hsiao.

EHL Friktion

Det store problem i dette område er elastohydrodynamisk smøring (EHL) friktion. EHL friktion opstår, når to faste overflader kommer i kontakt med en tynd lag væske, der er mellem dem. Dette sker ofte, når to fingre gnides sammen, hvor væsken er det tynde lag af naturligt forekommende olie.

EHL friktion kan også opstå, når en robotklo løfter et oliebelagt objekt eller en kirurgisk enhed, der bruges inde i kroppen. Friktion er, hvad der giver os mulighed for at gribe og holde ting uden at tabe dem.

“At forstå friktion er intuitivt for mennesker – selv når vi håndterer sæbebelagte retter,” siger Hsiao. “Men det er ekstremt svært at tage hensyn til EHL friktion, når man udvikler materialer, der kontrollerer gribeegenskaber i robotter.”

Ingeniører har brug for en ramme, der kan anvendes ensartet til forskellige mønstre, materialer og dynamiske driftsbetingelser, hvis de vil kontrollere EHL friktion til en vis grad.

“Denne lov kan bruges til at tage hensyn til EHL friktion og kan anvendes på mange forskellige bløde systemer – så længe overfladerne på objekterne er mønstrede,” siger Hsiao.

Overflademønstre inkluderer de let forhøjede overflader på fingertoppe eller de furer, der er til stede i overfladen af et robotværktøj.

Den nye princip baserer sig på fire ligninger for at tage hensyn til alle de fysiske kræfter, der er til stede i EHL friktion. Forskningsholdet demonstrerede tre systemer, herunder menneskelige fingre, en bio-inspireret robotfingertop og et tribo-rheometer-værktøj, der kan måle friktionskræfter.

“Disse resultater er meget nyttige i robothænder, der har mere nuancerede kontroller for pålideligt at håndtere fremstillingsprocesser,” siger Hsiao. “Og det har åbenlyse anvendelser i området telesurgery, hvor kirurger fjernstyrer robotenheder for at udføre kirurgiske procedurer. Vi betragter dette som en grundlæggende fremskridt for at forstå berøring og for at kontrollere berøring i syntetiske systemer.”