Ny opdaget fysisk lov har potentiale til at revolutionere robotteknologi

Forskere ved North Carolina State University har opdaget en ny fysisk lov, der kan have stor betydning for robotteknologiens udvikling. Den nye lov hjælper med at løse nogle af de problemer, der omgærder en robots greb, som ofte er afhængigt af mange forskellige faktorer. 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 hovedforfatter af artiklen. Den nye princip er udviklet af Hsiao og ph.d.-studerende Yunhu Peng, der er første forfatter.

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

EHL Friktion

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

EHL friktion kan også opstå, når en robotklo løfter et oliebelagt objekt eller en kirurgisk enhed, der bruges inden i kroppen. Friktion er, hvad der gør det muligt for os 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 en robotværktøj.

Den nye princip bygger på fire ligninger til at tage hensyn til alle de fysiske kræfter, der er til stede i EHL friktion. Forskningsholdet demonstrerede tre systemer, herunder menneskefingre, 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 robotiske enheder til at udføre kirurgiske procedurer. Vi ser dette som en grundlæggende fremskridt for at forstå berøring og for at kontrollere berøring i syntetiske systemer.”