Недавно открытый закон физики революционизирует робототехнику

Исследователи из Университета Северной Каролины обнаружили новый закон физики, который должен иметь серьезные последствия для робототехники. Новый закон помогает решить некоторые проблемы, связанные с захватом объектов роботами, что обычно используется в различных областях. Эти роботы испытывают трудности с учетом трения, которое возникает при захвате объектов, особенно во влажных средах.

Лилиан Хсао является помощником профессора химического и биомолекулярного инженерного дела в Университете Северной Каролины и соответствующим автором статьи. Новый принцип был разработан Хсао и аспирантом Юнху Пэном, который является первым автором.

«Наша работа здесь открывает двери для создания более надежных и функциональных тактильных и робототехнических устройств в таких областях, как телехирургия и производство», – говорит Хсао.

Трение EHL

Основной проблемой в этой области является трение при упруго-гидродинамической смазке (EHL). Трение EHL возникает, когда две твердые поверхности вступают в контакт с тонким слоем жидкости между ними. Это часто происходит, когда две пальцевые поверхности трются друг о друга, в этом случае жидкостью является тонкий слой естественно возникающей смазки.

Трение EHL также может возникнуть, когда роботизированный захват поднимает объект, покрытый маслом, или хирургический инструмент, используемый внутри тела. Трение позволяет нам захватывать и удерживать объекты без их выпадения.

«Понимание трения интуитивно для людей – даже при обращении с мыльными тарелками», – говорит Хсао. «Но это крайне сложно учитывать трение EHL при разработке материалов, контролирующих захват в роботах».

Инженерам необходим каркас, который можно применять единообразно к различным узорам, материалам и динамическим условиям эксплуатации, если они хотят контролировать трение EHL в некоторой степени.

«Этот закон может быть использован для учета трения EHL и может быть применен к многим различным мягким системам – пока поверхности объектов имеют узор», – говорит Хсао.

Узоры поверхности включают слегка приподнятые поверхности на кончиках пальцев или канавки, присутствующие на поверхности роботизированного инструмента.

Новый принцип основан на четырех уравнениях для учета всех физических сил, присутствующих в трении EHL. Исследовательская группа продемонстрировала три системы, включая человеческие пальцы, биоинспирированный роботизированный палец и трибореометрический инструмент, который может измерять силы трения.

«Эти результаты очень полезны для роботизированных рук с более тонкими контролями для надежного xử lý производственных процессов», – говорит Хсао. «И это имеет очевидные применения в области телехирургии, где хирурги дистанционно контролируют роботизированные устройства для выполнения хирургических процедур. Мы рассматриваем это как фундаментальный прорыв в понимании осязания и контроля осязания в синтетических системах».