Nueva ley de la física descubierta que impactará drásticamente en la robótica

Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto una nueva ley de la 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 la sujeción de un robot, que generalmente se confía en muchos campos diferentes. Estos robots luchan para dar cuenta de la fricción que tiene lugar cuando sujetan objetos, especialmente en entornos húmedos.

Lilian Hsiao es profesora asistente de ingeniería química y biomolecular 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 hápticos y robóticos más confiables y funcionales en aplicaciones como la telesurgery y la fabricación”, dice Hsiao.

Fricción EHL

El principal problema en este área es la fricción de lubricación elastohidrodinámica (EHL). La fricción EHL se produce 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 se produce naturalmente.

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

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

Los ingenieros necesitan un marco capaz de aplicarse uniformemente a diferentes patrones, materiales y condiciones de funcionamiento dinámico si desean controlar la fricción EHL en cierta medida.

“Esta ley se puede utilizar para dar cuenta de la fricción 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 la fricción 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 las fuerzas de fricción.

“Estos resultados son muy útiles en las 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 de forma remota dispositivos robóticos para realizar procedimientos quirúrgicos. Consideramos que esto es un avance fundamental para comprender el tacto y para controlar el tacto en sistemas sintéticos.”