Nueva Ley de Física Descubierta que Impactará Drásticamente a la Robótica

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto una nueva ley de física que debería tener importantes implicaciones para el campo de las tecnologías robóticas. La nueva ley ayuda a resolver algunos de los problemas que rodean el agarre de un robot, que generalmente se confía en muchos campos diferentes. Estos robots luchan para dar cuenta del rozamiento que ocurre cuando agarran objetos, especialmente en entornos húmedos.

Lilian Hsiao es profesora asistente de ingeniería química y bioquímica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autora correspondiente del artículo. El nuevo principio fue desarrollado por Hsiao y el estudiante de posgrado Yunhu Peng, quien es el primer autor.

“Nuestro trabajo aquí abre la puerta a la creación de dispositivos más confiables y funcionales de háptica y robótica en aplicaciones como la telesurgery y la fabricación”, dice Hsiao.

Rozamiento EHL

El principal problema en este área es el rozamiento de lubricación hidrodinámica elastómera (EHL). El rozamiento EHL ocurre cuando dos superficies sólidas entran en contacto con una capa delgada de fluido que se encuentra entre ellas. Esto a menudo ocurre cuando dos yemas de los dedos se frotan entre sí, en este caso el fluido es la capa delgada de aceite que ocurre naturalmente.

El rozamiento EHL también puede ocurrir cuando una garra robótica levanta un objeto cubierto de aceite o un dispositivo quirúrgico que se está utilizando dentro del cuerpo. El rozamiento es lo que nos permite agarrar y sostener cosas sin dejarlas caer.

“Entender el rozamiento es intuitivo para los humanos, incluso cuando manejamos platos jabonosos”, dice Hsiao. “Pero es extremadamente difícil dar cuenta del rozamiento EHL al desarrollar materiales que controlan las capacidades de agarre en robots.”

Los ingenieros necesitan un marco capaz de ser aplicado uniformemente a diferentes patrones, materiales y condiciones de funcionamiento dinámico si quieren controlar el rozamiento EHL en alguna medida.

“Esta ley se puede utilizar para dar cuenta del rozamiento EHL, y se puede aplicar a muchos sistemas suaves diferentes, siempre y cuando las superficies de los objetos estén patrón”, dice Hsiao.

Los patrones de superficie incluyen las superficies ligeramente elevadas en las yemas de los dedos, o las ranuras que están presentes en la superficie de una herramienta robótica.

El nuevo principio se basa en cuatro ecuaciones para dar cuenta de todas las fuerzas físicas presentes en el rozamiento EHL. El equipo de investigación demostró tres sistemas, incluyendo dedos humanos, una yema de dedo robótica bioinspirada y una herramienta tribo-rheometer, que puede medir fuerzas de rozamiento.

“Estos resultados son muy útiles en manos robóticas que tienen controles más matizados para manejar procesos de fabricación de manera confiable”, dice Hsiao. “Y tiene aplicaciones obvias en el ámbito de la telesurgery, en el que los cirujanos controlan dispositivos robóticos de manera remota para realizar procedimientos quirúrgicos. Consideramos esto como un avance fundamental para entender el tacto y para controlar el tacto en sistemas sintéticos.”