Uudelleen löydetty fysiikan laki vaikuttaa merkittävästi robottiikkaan

North Carolina State Universityn tutkijat ovat löytäneet uuden fysiikan lain, jolla on merkittäviä vaikutuksia robottiikan alalla. Uusi laki auttaa ratkaisemaan joitain ongelmia, jotka liittyvät robotin otteeseen, jota usein käytetään monissa eri aloissa. Nämä robotit kamppailevat kitkan kanssa, joka ilmenee, kun ne tarttuvat esineisiin, erityisesti märissä ympäristöissä.

Lilian Hsiao on kemian ja biotekniikan apulaisprofessori North Carolina State Universityssa ja vastaava kirjoittaja artikkelissa. Uusi periaate kehitettiin Hsiaon ja jatko-opiskelijan Yunhu Pengin toimesta, joka on ensisijainen kirjoittaja.

”Tämä työ avaa oven luotettavampien ja toimivampien haptisten ja robotti-laitteiden kehittämiseen sovelluksissa, kuten telesurgery ja valmistus”, Hsiao sanoo.

EHL Kitka

Tärkein ongelma tässä alueella on elastohydrodynaaminen voitelu (EHL) kitka. EHL-kitka ilmenee, kun kaksi kiinteää pintaa tulee kosketuksiin ohuen nestekerroksen kanssa, joka on niiden välissä. Tämä ilmenee usein, kun kaksi sormenpäätä hierretään yhdessä, jolloin neste on ohut kerros luonnostaan esiintyvää öljyä.

EHL-kitka voi myös ilmetä, kun robottiin kuuluva koukku nostaa öljyä käsittelevän esineen tai kirurginen laite, jota käytetään kehossa. Kitka mahdollistaa otteemme ja pitempiaikaisen pitoamme esineistä ilman, että päästäisimme niitä putoamaan.

”Kitkan ymmärtäminen on intuitiivista ihmisille – jopa silloin, kun käsittelemme saippuaa”, Hsiao sanoo. ”Mutta se on erittäin vaikeaa ottaa huomioon EHL-kitkaa kehittäessä materiaaleja, jotka ohjaavat robottien otteita.”

Insinööreiden tarvitsee puitteita, jotka voidaan soveltaa yhdenmukaisesti eri kuviin, materiaaleihin ja dynaamisiin toimintatiloihin, jos he haluavat hallita EHL-kitkaa jossain määrin.

”Tämä laki voidaan käyttää EHL-kitkan kuvaamiseen, ja sitä voidaan soveltaa moniin eri pehmeisiin järjestelmiin – kunhan esineiden pinnat on kuviolliset”, Hsiao sanoo.

Pintakuvioita ovat esimerkiksi sormenpäiden hieman koholliset pinnat tai urat, jotka ovat läsnä robotti-työkalun pinnalla.

Uusi periaate perustuu neljään yhtälöön, joilla kuvataan kaikkia EHL-kitkaan liittyviä fysikaalisia voimia. Tutkimusryhmä osoitti kolme järjestelmää, mukaan lukien ihmiset sormet, bio-inspiroitu robotti sormenpää ja tribo-rheometer-työkalu, joka voi mitata kitkavoimia.

”Nämä tulokset ovat erittäin hyödyllisiä robotti-käsissä, joilla on hienostuneemmat ohjausjärjestelmät valmistusprosessien luotettavaa käsittelyä varten”, Hsiao sanoo. ”Ja sillä on ilmeisiä sovelluksia telesurgery-alalla, jossa kirurgit ohjaavat etäältä robotti-laitteita suorittaakseen kirurgisia toimenpiteitä. Me näemme tämän perustavanlaatuiseksi edistysaskelksi tuntemisen ymmärtämiseksi ja kosketuksen hallitsemiseksi synteettisissä järjestelmissä.”