盡管機(jī)器人設(shè)備被用于從裝配線到醫(yī)學(xué)的所有領(lǐng)域，但工程師們很難解釋這些機(jī)器人抓取物體時發(fā)生的摩擦--特別是在潮濕的環(huán)境中。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個新的物理定律，掌握了不同類型的摩擦力的差異，這應(yīng)該會推動廣泛的機(jī)器人技術(shù)。
北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程助理教授Lilian Hsiao說："我們在這里的工作為在遠(yuǎn)程手術(shù)和制造業(yè)等應(yīng)用中創(chuàng)造更可靠和功能性的觸覺和機(jī)器人設(shè)備打開了大門。"
問題來自一種叫做彈性流體潤滑（EHL）的摩擦，這是兩個固體表面與它們之間的一層薄薄的液體接觸時發(fā)生的摩擦。打個比方，就像是當(dāng)你的指尖在一起摩擦?xí)r發(fā)生的摩擦，液體是你皮膚上自然形成的油的薄層。但它也可能適用于機(jī)器人爪子舉起涂有油的物體，或者適用于正在人體內(nèi)部使用的手術(shù)設(shè)備。摩擦很重要的一個原因是，它幫助我們握住東西而不掉落。
"理解摩擦力對人類來說是很直觀的，即使是在我們處理沾著肥皂水的碗的時候，"Hsiao說。"但是在開發(fā)控制機(jī)器人抓取能力的材料時，要考慮到EHL摩擦是非常困難的。"
為了開發(fā)有助于控制EHL摩擦的材料，工程師們將需要一個可以統(tǒng)一應(yīng)用于各種模式、材料和動態(tài)操作條件的框架。而這恰恰是研究人員所發(fā)現(xiàn)的。這一定律可用于解釋EHL摩擦，并可應(yīng)用于許多不同的軟系統(tǒng)--只要物體的表面可以被圖案化。
在這種情況下，表面圖案可以是任何東西，從我們手指尖上略微凸起的表面到機(jī)器人工具表面的凹槽。
由Hsiao和她的研究生Yunhu Peng共同開發(fā)的新的物理原理，利用四個方程來說明在理解EHL摩擦中起作用的所有物理力。在論文中，研究小組在三個系統(tǒng)中展示了這一規(guī)律：人類的手指；一個生物啟發(fā)的機(jī)器人指尖；以及一個被稱為tribo-rheometer的工具，它被用來測量摩擦力。Peng是該論文的第一作者。
"這些結(jié)果在機(jī)器人手上非常有用，它有更細(xì)微的控制，可以可靠地處理制造過程，"Hsiao說。"而且它在遠(yuǎn)程手術(shù)領(lǐng)域有明顯的應(yīng)用，在遠(yuǎn)程手術(shù)中，外科醫(yī)生遠(yuǎn)程控制機(jī)器人設(shè)備來進(jìn)行手術(shù)，這是理解觸摸和控制合成系統(tǒng)中的觸摸的一個基本進(jìn)展。
