Ny oppdaget fysisk lov som vil ha stor innvirkning på robotteknologi

Forskere ved North Carolina State University har oppdaget en ny fysisk lov som vil ha stor betydning for feltet robotteknologi. Den nye loven hjelper med å løse noen av problemene som omgir en robots grep, som vanligvis er avhengig av mange forskjellige felt. Disse robotene sliter med å regne med friksjonen som skjer når de griper objekter, spesielt i fuktige miljøer.

Lilian Hsiao er en assistentprofessor i kjemisk og biomolekylær ingeniørvitenskap ved North Carolina State University og hovedforfatter av artikkelen. Den nye prinsippet ble utviklet av Hsiao og doktorgradsstudent Yunhu Peng, som er første forfatter.

“Vårt arbeid her åpner døren for å skape mer pålitelige og funksjonelle haptiske og robotiske enheter i applikasjoner som telesurgery og produksjon,” sier Hsiao.

EHL Friksjon

Det største problemet i dette området er elastohydrodynamisk smøring (EHL) friksjon. EHL friksjon skjer når to faste overflater kommer i kontakt med en tynn lag av væske som er mellom dem. Dette skjer ofte når to fingertopper rubbes sammen, hvor væsken er den tynne laget av naturlig forekommende olje.

EHL friksjon kan også skje når en robotklo løfter et olje-belagt objekt eller en kirurgisk enhet som brukes inne i kroppen. Friksjon er det som gjør at vi kan gripe og holde ting uten å slippe dem.

“Å forstå friksjon er intuitivt for mennesker – selv når vi håndterer såpebelagte tallerkener,” sier Hsiao. “Men det er ekstremt vanskelig å regne med EHL friksjon når man utvikler materialer som kontrollerer gripeevnen i roboter.”

Ingeniører trenger en ramme som kan brukes enhetlig på forskjellige mønster, materialer og dynamiske driftsforhold hvis de ønsker å kontrollere EHL friksjon til en viss grad.

“Denne loven kan brukes til å regne med EHL friksjon, og kan brukes i mange forskjellige myke systemer – så lenge overflatene på objektene er mønster,” sier Hsiao.

Overflate-mønster inkluderer de lett hevet overflatene på fingertuppene, eller de riller som er til stede i overflaten på en robotisk verktøy.

Den nye prinsippet bygger på fire ligninger for å regne med alle de fysiske kreftene som er til stede i EHL friksjon. Forskningsgruppen demonstrerte tre systemer, inkludert menneskelige fingre, en bio-inspirert robotfingertupp og et tribo-rheometer-verktøy, som kan måle friksjonskrefter.

“Disse resultater er svært nyttige i robothender som har mer nuanserte kontroller for å håndtere produksjonsprosesser på en pålitelig måte,” sier Hsiao. “Og det har åpenbare anvendelser i området telesurgery, hvor kirurger fjernstyrt robotiske enheter for å utføre kirurgiske prosedyrer. Vi ser på dette som en grunnleggende fremgang for å forstå berøring og for å kontrollere berøring i syntetiske systemer.”