Nieuw ontdekte natuurkundige wet heeft grote invloed op robottechnologie

Onderzoekers aan de North Carolina State University hebben een nieuwe natuurkundige wet ontdekt die grote gevolgen moet hebben voor het veld van robottechnologie. De nieuwe wet helpt om enkele problemen op te lossen die te maken hebben met de grip van een robot, die meestal in veel verschillende gebieden wordt gebruikt. Deze robots hebben moeite met het rekening houden met de wrijving die optreedt wanneer ze objecten grijpen, vooral in vochtige omgevingen.

Lilian Hsiao is een assistent-professor in de chemische en biomoleculaire technologie aan de North Carolina State University en de corresponderende auteur van de paper. De nieuwe principes zijn ontwikkeld door Hsiao en de graduate student Yunhu Peng, die de eerste auteur is.

“Ons werk hier opent de deur voor het creëren van meer betrouwbare en functionele haptische en robotische apparaten in toepassingen zoals telesurgery en fabricage,” zegt Hsiao.

EHL-wrijving

Het grote probleem in dit gebied is elastohydrodynamische smeertechniek (EHL)-wrijving. EHL-wrijving treedt op wanneer twee vaste oppervlakken in contact komen met een dunne laag vloeistof die tussen hen in zit. Dit gebeurt vaak wanneer twee vingertoppen tegen elkaar worden gewreven, waarbij de vloeistof de dunne laag natuurlijk voorkomende olie is.

EHL-wrijving kan ook optreden wanneer een robotische klauw een met olie bedekt object optilt of een chirurgisch apparaat dat in het lichaam wordt gebruikt. Wrijving is wat ons in staat stelt om dingen vast te houden zonder ze te laten vallen.

“Het begrijpen van wrijving is intuïtief voor mensen – zelfs wanneer we met zeepachtige vaat omgaan,” zegt Hsiao. “Maar het is extreem moeilijk om EHL-wrijving te begrijpen bij het ontwikkelen van materialen die de grijppossibleheden van robots controleren.”

Ingenieurs hebben een kader nodig dat uniform kan worden toegepast op verschillende patronen, materialen en dynamische bedrijfsomstandigheden als ze EHL-wrijving tot op zekere hoogte willen controleren.

“Deze wet kan worden gebruikt om EHL-wrijving te begrijpen en kan worden toegepast op veel verschillende zachte systemen – zolang de oppervlakken van de objecten zijn gepatrineerd,” zegt Hsiao.

Oppervlaktepatronen omvatten de licht verhoogde oppervlakken op de toppen van onze vingers of de groeven die aanwezig zijn in het oppervlak van een robotgereedschap.

De nieuwe principes zijn gebaseerd op vier vergelijkingen om alle fysieke krachten aanwezig in EHL-wrijving te begrijpen. Het onderzoeksteam heeft drie systemen gedemonstreerd, waaronder menselijke vingers, een bio-geïnspireerde robotvingertop en een tribo-rheometergereedschap, dat wrijvingskrachten kan meten.

“Deze resultaten zijn zeer nuttig in robotische handen die meer nuances hebben voor het betrouwbaar behandelen van fabricageprocessen,” zegt Hsiao. “En het heeft voor de hand liggende toepassingen in het gebied van telesurgery, waarin chirurgen op afstand robotische apparaten controleren om chirurgische procedures uit te voeren. We zien dit als een fundamentele vooruitgang in het begrijpen van aanraking en het controleren van aanraking in synthetische systemen.”