Neu entdecktes physikalisches Gesetz wird die Robotik drastisch beeinflussen

Forscher an der North Carolina State University haben ein neues physikalisches Gesetz entdeckt, das erhebliche Auswirkungen auf das Gebiet der Robotik haben sollte. Das neue Gesetz hilft, einige der Probleme zu lösen, die mit dem Greifen von Robotern verbunden sind, was in vielen verschiedenen Bereichen auftritt. Diese Roboter haben Schwierigkeiten, die Reibung zu berücksichtigen, die beim Greifen von Objekten auftritt, insbesondere in feuchten Umgebungen.

Lilian Hsiao ist Assistant Professor für chemische und biomolekulare Ingenieurwissenschaften an der North Carolina State University und entsprechender Autor des Artikels. Das neue Prinzip wurde von Hsiao und dem Doktoranden Yunhu Peng entwickelt, der Erstautor ist.

“Unsere Arbeit hier öffnet die Tür für die Entwicklung von zuverlässigeren und funktionaleren haptischen und robotischen Geräten in Anwendungen wie Telesurgery und Fertigung”, sagt Hsiao.

EHL-Reibung

Das größte Problem in diesem Bereich ist die elastohydrodynamische Schmierung (EHL)-Reibung. EHL-Reibung tritt auf, wenn zwei feste Oberflächen mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht in Berührung kommen, die zwischen ihnen liegt. Dies tritt oft auf, wenn zwei Fingerkuppen aneinander gerieben werden, in diesem Fall ist die Flüssigkeit die dünne Schicht von natürlich vorkommendem Öl.

EHL-Reibung kann auch auftreten, wenn eine robotische Klaue ein ölbefülltes Objekt hebt oder ein chirurgisches Gerät, das im Körper verwendet wird. Reibung ermöglicht es uns, Dinge zu greifen und zu halten, ohne sie fallen zu lassen.

“Das Verständnis von Reibung ist für Menschen intuitiv – sogar wenn wir mit Seifenwasser umgehen”, sagt Hsiao. “Aber es ist extrem schwierig, EHL-Reibung zu berücksichtigen, wenn man Materialien entwickelt, die Greifmöglichkeiten in Robotern steuern.”

Ingenieure benötigen ein Rahmenwerk, das einheitlich auf verschiedene Muster, Materialien und dynamische Betriebsbedingungen angewendet werden kann, wenn sie EHL-Reibung in gewissem Umfang steuern möchten.

“Dieses Gesetz kann verwendet werden, um EHL-Reibung zu berücksichtigen und kann auf viele verschiedene weiche Systeme angewendet werden – solange die Oberflächen der Objekte gemustert sind”, sagt Hsiao.

Oberflächenmuster umfassen die leicht erhöhten Oberflächen an den Fingerspitzen oder die Rillen, die in der Oberfläche eines robotischen Werkzeugs vorhanden sind.

Das neue Prinzip basiert auf vier Gleichungen, um alle physikalischen Kräfte in der EHL-Reibung zu berücksichtigen. Das Forschungsteam demonstrierte drei Systeme, darunter menschliche Finger, ein bio-inspirierter robotischer Fingertipp und ein Tribo-Rheometer-Werkzeug, das Reibungskräfte messen kann.

“Diese Ergebnisse sind sehr nützlich für Roboterhände mit mehr nuancierten Steuerungen für die zuverlässige Handhabung von Fertigungsprozessen”, sagt Hsiao. “Und es hat offensichtliche Anwendungen im Bereich der Telesurgery, in der Chirurgen robotische Geräte remote steuern, um chirurgische Eingriffe durchzuführen. Wir betrachten dies als grundlegende Weiterentwicklung für das Verständnis von Berührung und die Steuerung von Berührung in synthetischen Systemen.”