Nouvelle loi de la physique découverte pour avoir un impact drastique sur la robotique

Les chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont découvert une nouvelle loi de la physique qui devrait avoir des implications majeures pour le domaine des technologies robotiques. La nouvelle loi aide à résoudre certains des problèmes entourant la prise d’un robot, qui est généralement utilisée dans de nombreux domaines différents. Ces robots ont du mal à tenir compte du frottement qui se produit lorsqu’ils saisissent des objets, en particulier dans des environnements humides.

Lilian Hsiao est professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l’Université d’État de Caroline du Nord et auteur principal de l’article. Le nouveau principe a été développé par Hsiao et l’étudiant diplômé Yunhu Peng, qui est l’auteur principal.

« Notre travail ici ouvre la porte à la création de dispositifs haptiques et robotiques plus fiables et fonctionnels dans des applications telles que la télésurgery et la fabrication », déclare Hsiao.

Frottement EHL

Le principal problème dans ce domaine est la lubrification hydrodynamique élastique (EHL) du frottement. Le frottement EHL se produit lorsque deux surfaces solides entrent en contact avec une fine couche de fluide qui se trouve entre elles. Cela se produit souvent lorsque deux doigts sont frottés l’un contre l’autre, dans ce cas, le fluide est la fine couche d’huile naturellement présente.

Le frottement EHL peut également se produire lorsque une griffe robotique soulève un objet recouvert d’huile ou un dispositif chirurgical utilisé à l’intérieur du corps. Le frottement est ce qui nous permet de saisir et de tenir des objets sans les laisser tomber.

« Comprendre le frottement est intuitif pour les humains – même lorsqu’on manipule des assiettes savonneuses », déclare Hsiao. « Mais il est extrêmement difficile de tenir compte du frottement EHL lors du développement de matériaux qui contrôlent les capacités de saisie des robots. »

Les ingénieurs ont besoin d’un cadre capable d’être appliqué uniformément à différents motifs, matériaux et conditions de fonctionnement dynamiques s’ils veulent contrôler le frottement EHL dans une certaine mesure.

« Cette loi peut être utilisée pour tenir compte du frottement EHL et peut être appliquée à de nombreux systèmes souples différents – à condition que les surfaces des objets soient motifées », déclare Hsiao.

Les motifs de surface incluent les surfaces légèrement surélevées sur les bouts des doigts ou les rainures présentes sur la surface d’un outil robotique.

Le nouveau principe repose sur quatre équations pour tenir compte de toutes les forces physiques présentes dans le frottement EHL. L’équipe de recherche a démontré trois systèmes, y compris des doigts humains, un bout de doigt robotique bio-inspiré et un outil tribo-rhéomètre, qui peut mesurer les forces de frottement.

« Ces résultats sont très utiles pour les mains robotiques qui ont des commandes plus nuancées pour gérer de manière fiable les processus de fabrication », déclare Hsiao. « Et il a des applications évidentes dans le domaine de la télésurgery, dans lequel les chirurgiens contrôlent à distance des dispositifs robotiques pour effectuer des procédures chirurgicales. Nous considérons cela comme une avancée fondamentale pour la compréhension du toucher et pour le contrôle du toucher dans les systèmes synthétiques. »