Nyupptäckt fysisk lag förväntas ha en stor inverkan på robotteknik

Forskare vid North Carolina State University har upptäckt en ny fysisk lag som bör ha stora implikationer för området robotteknik. Den nya lagen hjälper till att lösa några av de problem som omger ett robots grepp, som vanligtvis används i många olika områden. Dessa robotar kämpar med att ta hänsyn till friktionen som uppstår när de griper föremål, särskilt i fuktiga miljöer.

Lilian Hsiao är biträdande professor i kemisk och biomedicinsk teknik vid North Carolina State University och korresponderande författare till artikeln. Den nya principen utvecklades av Hsiao och doktoranden Yunhu Peng, som är första författare.

“Vårt arbete här öppnar dörren för att skapa mer tillförlitliga och funktionella haptiska och robotiska enheter i tillämpningar som telesurgery och tillverkning”, säger Hsiao.

EHL Friktion

Det stora problemet i detta område är elastohydrodynamisk smörjning (EHL) friktion. EHL friktion uppstår när två fasta ytor kommer i kontakt med ett tunt lager vätska som finns mellan dem. Detta sker ofta när två fingrar gnids mot varandra, i detta fall är vätskan det tunna lagret av naturligt förekommande olja.

EHL friktion kan också uppstå när en robotklo lyfter ett oljebelagt föremål eller ett kirurgiskt instrument som används inuti kroppen. Friktion är vad som möjliggör att vi kan gripa och hålla saker utan att släppa dem.

“Att förstå friktion är intuitivt för människor — även när vi hanterar tvålade diskar”, säger Hsiao. “Men det är extremt svårt att ta hänsyn till EHL friktion när man utvecklar material som kontrollerar gripförmåga i robotar.”

Ingenjörer behöver en ram som kan tillämpas enhetligt på olika mönster, material och dynamiska driftsförhållanden om de vill kontrollera EHL friktion till viss del.

“Denna lag kan användas för att ta hänsyn till EHL friktion, och kan tillämpas på många olika mjuka system — så länge som ytor på föremålen är mönstrade”, säger Hsiao.

Ytmönster inkluderar de svagt upphöjda ytor på fingertopparna eller de räfflor som finns på ytan av ett robotverktyg.

Den nya principen bygger på fyra ekvationer för att ta hänsyn till alla fysiska krafter som finns i EHL friktion. Forskningsgruppen demonstrerade tre system, inklusive mänskliga fingrar, en biologiskt inspirerad robotfingertopp och ett tribo-rheometer-verktyg, som kan mäta friktionskrafter.

“Dessa resultat är mycket användbara i robotiska händer som har mer nyanserade kontroller för att tillförlitligt hantera tillverkningsprocesser”, säger Hsiao. “Och det har uppenbara tillämpningar inom området telesurgery, där kirurger fjärrkontrollerar robotiska enheter för att utföra kirurgiska ingrepp. Vi ser detta som en grundläggande framsteg för att förstå beröring och för att kontrollera beröring i syntetiska system.”