Нові відкриття законів фізики мають суттєво вплинути на робототехніку

Дослідники з Університету штату Північна Кароліна відкрили новий закон фізики, який повинен мати велике значення для галузі робототехніки. Новий закон допомагає вирішити деякі питання, пов’язані з захопленням об’єктів роботами, яке зазвичай використовується в багатьох різних галузях. Ці роботи мають труднощі з урахуванням тертя, яке відбувається при захопленні об’єктів, особливо у вологих середовищах.

Ліліан Хсао є помічником професора хімічної та біомолекулярної інженерії в Університеті штату Північна Кароліна і відповідальний автор статті. Новий принцип був розроблений Хсао і аспірантом Юнху Пенгом, який є першим автором.

“Наша робота тут відкриває двері до створення більш надійних і функціональних тактильних і робототехнічних пристроїв у застосуваннях, таких як телехірургія і виробництво”, – говорить Хсао.

Тертя EHL

Основною проблемою в цій галузі є тертя еластогідродинамічної смазки (EHL). Тертя EHL відбувається, коли дві твердих поверхні вступають у контакт з тонким шаром рідини, який знаходиться між ними. Це часто відбувається, коли дві фаланги пальців теруться одна про одну, в цьому випадку рідиною є тонкий шар природної олії.

Тертя EHL також може відбуватися, коли роботизована клешня піднімає об’єкт, покритий олією, або хірургічний інструмент, який використовується всередині тіла. Тертя дозволяє нам захоплювати і тримати речі без їх падіння.

“Поняття тертя є інтуїтивним для людей – навіть коли ми обробляємо мильні тарілки”, – говорить Хсао. “Але це дуже складно врахувати тертя EHL при розробці матеріалів, які контролюють здатність захоплення в роботах.”

Інженерам потрібна структура, яка може бути застосована однаково до різних узорів, матеріалів і динамічних умов експлуатації, якщо вони хочуть контролювати тертя EHL до певної міри.

“Цей закон може бути використаний для урахування тертя EHL і може бути застосований до багатьох різних м’яких систем – поки поверхні об’єктів мають узор”, – говорить Хсао.

Узори поверхні включають трохи підняті поверхні на кінчиках наших пальців або канавки, які присутні на поверхні роботизованого інструменту.

Новий принцип ґрунтується на чотирьох рівняннях для урахування всіх фізичних сил, присутніх у терті EHL. Команда дослідників продемонструвала три системи, включаючи людські пальці, біоінспірований роботизований кінчик пальця і трибореометричний інструмент, який може вимірювати сили тертя.

“Ці результати дуже корисні для роботизованих рук, які мають більш нюансовані контролі для надійної обробки виробничих процесів”, – говорить Хсао. “І це має очевидні застосування в галузі телехірургії, в якій хірурги дистанційно контролюють роботизовані пристрої для виконання хірургічних процедур. Ми розглядаємо це як фундаментальний крок вперед для розуміння дотику і контролю дотику в синтетичних системах.”