潮湿的湿滑:新的物理法律有助于人类和机器人掌握触摸的摩擦

湿时滑溜的物理学

研究人员现在描述了一个新的物理定律,这些物理学定律考虑了弹性动力学润滑(EHL)摩擦,这应该推进各种机器人技术。当两个固体表面与它们之间的薄层接触时,发生EHL摩擦。信誉:莉莲豪若

尽管从装配线到医学的一切中使用了机器人设备,但工程师对这些机器人握持物体时的摩擦力困难地占摩擦 - 特别是在潮湿的环境中。研究人员现在已经发现了一个占这种摩擦的新的物理法,这应该推进各种机器人技术。

“我们这里的工作开辟了在特派电和制造业等应用中创造更可靠和功能触觉和机器人设备的门,”化学和生物分子工程助理教授Lilian Hsiao说北卡罗来纳州立大学和关于工作的论文的通讯作者。

在问题上是称为弹性流动动力润滑(EHL)摩擦的东西,这是当两个固体表面与它们之间的薄层接触时发生的摩擦。这将包括当您将指尖擦拭时发生的摩擦,流体是皮肤上天然出现的薄层。但它也可以应用于抬起已经涂有油的物体或用于在人体内使用的手术装置的机器人爪。

一个原因摩擦很重要,是因为它有助于我们在没有丢弃它们的情况下保持东西。

“了解摩擦对人类直观 - 即使我们正在处理肥皂菜,”Hsiao说。“但是当在制定控制机器人的掌握能力的材料时,非常困难地造成EHL摩擦。”

开发有助于控制EHL摩擦的材料,工程师需要一个框架,可以均匀地应用于各种图案,材料和动态操作条件。这正是研究人员发现的。

“这项法律可以用来解释EHL摩擦,并且可以应用于许多不同的软系统 - 只要物体的表面被图案化,”Hsiao说。

在这种情况下,表面图案可以是从我们手指尖端的略微凸起的表面到机器人工具表面的凹槽中的任何东西。

新的物理原则是由云湖彭合作开发的新物理原则,利用四个方程来占理解EHL摩擦的所有物理力量。在论文中,研究小组在三个系统中展示了法律:人类手指;生物启发的机器人指尖;和一个名为摩擦流变仪的工具,用于测量摩擦力。彭是本文的第一作者。

“这些结果对于机器人双手非常有用,对于可靠地处理制造过程具有更大细致的控制,”Hsiao说。“它在远程手术领域具有明显的应用,在该境外外科医生远程控制机器人设备以进行外科手术。我们将此视为了解触摸和控制合成系统中的触摸的基本进步。“

参考:“软微型解放基板上机器人和人手指的弹性动力学摩擦”云湖彭,Christopher M. serfass,Anzu Kawazoe,yitian Shao,Kenneth Gutierrez,Catherine N. Hill,Veronica J. Santos,Yon Visell和Lilian C. Hsiao,2021年4月29日,自然材料
DOI:10.1038 / S41563-021-00990-9

本文由克里斯托弗·勒群岛,博士学位合作。纳邦国家的学生;凯瑟琳山,NC州的本科生;Anzu Kawazoe,宜天邵和加州大学山达·芭芭拉;和加州大学洛杉矶的Kenneth Gutierrez和Veronica J. Santos。

该工作是通过AAAS Marion Milligan Mason奖和国家科学基金会的支持,并于拨款号CBET-2042635。

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