Hoewel robotachtige apparaten in alles worden gebruikt, van assemblagelijnen tot medicijnen, ingenieurs vinden het moeilijk om de wrijving te verklaren die optreedt wanneer die robots objecten vastgrijpen, vooral in natte omgevingen. Onderzoekers hebben nu een nieuwe natuurkundige wet ontdekt die dit soort wrijving verklaart, die een breed scala aan robottechnologieën zou moeten bevorderen.

"Ons werk hier opent de deur naar het creëren van betrouwbaardere en functionelere haptische en robotische apparaten in toepassingen zoals telechirurgie en productie, " zegt Lilian Hsiao, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de North Carolina State University en corresponderende auteur van een paper over het werk.

Het gaat om iets dat elastohydrodynamische smering (EHL) wrijving wordt genoemd, dat is de wrijving die optreedt wanneer twee vaste oppervlakken in contact komen met een dunne laag vloeistof ertussen. Dit omvat de wrijving die optreedt wanneer u uw vingertoppen tegen elkaar wrijft, waarbij de vloeistof de dunne laag van natuurlijk voorkomende olie op uw huid is. Maar het kan ook van toepassing zijn op een robotklauw die een object optilt dat is bedekt met olie, of aan een chirurgisch hulpmiddel dat in het menselijk lichaam wordt gebruikt.

Een van de redenen waarom wrijving belangrijk is, is omdat het ons helpt dingen vast te houden zonder ze te laten vallen.

"Het begrijpen van wrijving is intuïtief voor mensen, zelfs als we met zeepsopjes omgaan, " zegt Hsiao. "Maar het is buitengewoon moeilijk om EHL-frictie te verklaren bij het ontwikkelen van materialen die de grijpmogelijkheden van robots regelen."

Om materialen te ontwikkelen die EHL-wrijving helpen beheersen, ingenieurs hebben een raamwerk nodig dat uniform kan worden toegepast op een breed scala aan patronen, materialen en dynamische bedrijfsomstandigheden. En dat is precies wat de onderzoekers hebben ontdekt.

"Deze wet kan worden gebruikt om EHL-wrijving te verklaren, en kan worden toegepast op veel verschillende zachte systemen - zolang de oppervlakken van de objecten een patroon hebben, ' zegt Hsiao.

In deze context, oppervlaktepatronen kunnen van alles zijn, van de licht verhoogde oppervlakken op de toppen van onze vingers tot groeven in het oppervlak van een robotgereedschap.

Het nieuwe natuurkundige principe, gezamenlijk ontwikkeld door Hsiao en haar afgestudeerde student Yunhu Peng, maakt gebruik van vier vergelijkingen om rekening te houden met alle fysieke krachten die een rol spelen bij het begrijpen van EHL-wrijving. In de krant, het onderzoeksteam demonstreerde de wet in drie systemen:menselijke vingers; een bio-geïnspireerde robot vingertop; en een tool genaamd een tribo-rheometer, die wordt gebruikt om wrijvingskrachten te meten. Peng is de eerste auteur van het artikel.

"Deze resultaten zijn zeer nuttig in robothanden die meer genuanceerde controles hebben voor het betrouwbaar afhandelen van productieprocessen, " zegt Hsiao. "En het heeft duidelijke toepassingen op het gebied van telechirurgie, waarin chirurgen robotapparaten op afstand bedienen om chirurgische procedures uit te voeren. We zien dit als een fundamentele vooruitgang voor het begrijpen van aanraking en voor het beheersen van aanraking in synthetische systemen."

De krant, "Elastohydrodynamische wrijving van robot- en menselijke vingers op zachte substraten met micropatronen, " is gepubliceerd in Natuurmaterialen .