La nouvelle loi de la physique aide les humains et les robots à saisir le frottement du toucher


La nouvelle loi de la physique aide les humains et les robots à saisir le frottement du toucher

Les chercheurs ont maintenant décrit une nouvelle de la physique qui prend en compte le frottement par la lubrification élastohydrodynamique (EHL) et devrait conduire à un large éventail de technologies robotiques. Le frottement EHL se produit lorsque deux surfaces solides entrent en contact avec une fine couche de liquide entre elles. Crédit photo: Lilian Hsiao

Bien que les appareils robotiques soient utilisés dans tout, des chaînes d’assemblage à la médecine, les ingénieurs ont du mal à tenir compte du frottement qui se produit lorsque ces saisissent des objets – en particulier dans des environnements humides. Les chercheurs ont maintenant découvert une nouvelle loi de la physique qui explique ce type de frottement et devrait alimenter un large éventail de technologies robotiques.

«Notre travail ici ouvre la porte à la création de dispositifs haptiques et robotiques plus fiables et fonctionnels dans des applications telles que la téléchirurgie et la fabrication», a déclaré Lilian Hsiao, professeur adjoint de génie chimique et de technologie biomoléculaire à la North Carolina State University et co-auteur d’un article sur le travail.

Il s’agit de la lubrification élastohydrodynamique (EHL), le frottement qui se produit lorsque deux surfaces solides entrent en contact avec une fine couche de liquide entre elles. Cela comprend le frottement qui se produit lorsque vous frottez le bout des doigts ensemble, le liquide étant la fine couche d’huile naturelle sur votre peau. Cependant, cela peut également s’appliquer à une griffe robotique qui soulève un objet enduit d’huile, ou à un dispositif chirurgical qui est utilisé dans le corps humain.

L’une des raisons pour lesquelles la friction est importante est qu’elle nous aide à tenir les choses sans les laisser tomber.

«Comprendre le frottement est intuitif pour les gens – même lorsqu’il s’agit de porte-savon», déclare Hsiao. « Cependant, il est extrêmement difficile de prendre en compte le frottement EHL lors de la conception de matériaux qui contrôlent les capacités de préhension des robots. »

Pour développer des matériaux qui aident à contrôler le frottement EHL, les ingénieurs ont besoin d’un cadre qui puisse être appliqué de manière cohérente à une grande variété de modèles, de matériaux et de conditions de fonctionnement dynamiques. Et c’est exactement ce que les chercheurs ont découvert.

«Cette loi peut être utilisée pour tenir compte du frottement EHL et peut être appliquée à de nombreux systèmes souples différents – tant que les surfaces des objets sont texturées», explique Hsiao.

Dans ce contexte, les motifs de surface peuvent être n’importe quoi, des surfaces légèrement surélevées sur le bout des doigts aux rainures dans la surface d’un outil robotique.

Le nouveau principe physique, développé conjointement par Hsiao et son doctorant Yunhu Peng, utilise quatre équations pour rendre compte de toutes les forces physiques impliquées dans la compréhension du frottement EHL. Dans le travail, l’équipe de recherche a démontré la loi dans trois systèmes: les doigts ; un doigt robotique bio-inspiré; et un outil appelé tribo-rhéomètre qui mesure les forces de frottement. Peng est le premier auteur de l’article.

«Ces résultats sont très utiles pour les mains robotiques avec des commandes plus sophistiquées pour gérer de manière fiable les processus de fabrication», déclare Hsiao. « Et il a des applications évidentes en téléchirurgie, où les chirurgiens contrôlent à distance des appareils robotiques pour effectuer des interventions chirurgicales. Nous voyons cela comme une avancée fondamentale dans la compréhension du toucher et le contrôle du toucher dans les systèmes synthétiques. »

L’article « Frottement élastohydrodynamique des doigts robotiques et humains sur des substrats microstructurés mous » est publié dans Matériaux naturels.


Un système de réduction du frottement pour le bout des doigts de robot déformable


Plus d’information:
Frottement élastohydrodynamique des doigts robotiques et humains sur des substrats microstructurés mous, Matériaux naturels (2021). DOI: 10.1038 / s41563-021-00990-9

Fourni par North Carolina State University

Citation: La nouvelle loi de la physique aide les humains et les robots à capturer le frottement du toucher (2021, 29 avril), publié le 29 avril 2021 sur https://phys.org/news/2021-04-law-physics- human-robots -grasp.html a été récupéré

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