Uudelleen löydetty fysiikan laki vaikuttaa merkittävästi robottiin

Pohjois-Carolinan osavaltion yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden fysiikan lain, jolla on merkittäviä vaikutuksia robotti-teknologian alalla. Uusi laki auttaa ratkaisemaan joitain ongelmia, jotka liittyvät robotin otteeseen, jota käytetään useissa eri aloissa. Nämä robotit kamppailevat kitkan kanssa, joka ilmenee, kun ne tarttuvat esineisiin, erityisesti märissä ympäristöissä.

Lilian Hsiao on kemian ja biomolekulaarisen tekniikan apulaisprofessori Pohjois-Carolinan osavaltion yliopistossa ja tutkimuksen vastaava tekijä. Uusi periaate kehitettiin Hsiaon ja jatko-opiskelija Yunhu Pengin toimesta, joka on ensisijainen tekijä.

“Tämä työ avaa oven luomiselle entistä luotettavammille ja toimivammille haptisille ja robotti-laitteille sovelluksissa, kuten telesurgeonissa ja valmistusprosesseissa”, Hsiao sanoo.

EHL Kitka

Tärkein ongelma tässä asiassa on elastohydrodynaaminen voitelu (EHL) kitka. EHL-kitka ilmenee, kun kaksi kiinteää pintaa tulevat kosketuksiin ohuen nesteen kerroksen kanssa, joka on niiden välissä. Tämä ilmenee usein, kun kaksi sormenpäätä hierretään yhteen, jolloin neste on ohut kerros luonnostaan olevaa öljyä.

EHL-kitka voi myös ilmetä, kun robotti-klaani nostaa öljyä käsittelevän esineen tai kirurgisen laitteen, jota käytetään kehossa. Kitka mahdollistaa meidän tarttua ja pitää esineitä ilman, että päästämme niitä irti.

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

Insinööreiden on oltava pystyväät kehittämään kehyksen, jota voidaan soveltaa yhdenmukaisesti eri kuviin, materiaaleihin ja dynaamisiin toimintatiloihin, jos he haluavat hallita EHL-kitkaa jossain määrin.

“Tämä laki voidaan soveltaa EHL-kitkan laskemiseen ja se voidaan soveltaa moniin eri pehmeisiin järjestelmiin – kunhan esineiden pinnat ovat kuviollisia”, Hsiao sanoo.

Pintakuvioita ovat esimerkiksi sormenpäiden hieman kohollaan olevat pinnat tai roboti-työkalun pinnassa olevat urat.

Uusi periaate perustuu neljään yhtälöön, jotka kuvaavat kaikki EHL-kitkaan liittyvät fyysiset voimat. Tutkimusryhmä osoitti kolme järjestelmää, mukaan lukien ihmisen sormet, bio-inspiroitu robotti-sormenpää ja tribo-rheometri-työkalu, joka voi mitata kitkavoimia.

“Nämä tulokset ovat erittäin hyödyllisiä robotti-käsille, joilla on tarkemmat säätömahdollisuudet luotettavien valmistusprosessien käsittelyyn”, Hsiao sanoo. “Ja sillä on ilmeisiä sovelluksia telesurgeonin alalla, jossa kirurgit ohjaavat etäältä robotti-laitteita suorittaakseen kirurgisia toimenpiteitä. Me näemme tämän peruskehyksen kehittymisenä kosketuksen ymmärtämiseksi ja kosketuksen hallitsemiseksi synteettisissä järjestelmissä.”